氯化鈣生產(chǎn)中二次冷凝水安全利用的研究

鄭現(xiàn)鋒，李家強(qiáng)，姜 杰

（青島華東制鈣有限公司，山東 青島 266043）

1 二次冷凝水的使用現(xiàn)狀及危害

氯化鈣的生產(chǎn)工藝采用的是兩效順流蒸發(fā)模式，制鹽Ⅱ效的加熱蒸汽來自Ⅰ效所產(chǎn)生的二次汽，因此由Ⅱ效生成的二次冷凝水中含有少量氯化鈣雜質(zhì)。同時(shí)由于Ⅱ效的氯化鈣濃度高，其產(chǎn)生的冷凝水溫度也較高，可達(dá)100℃左右。

在實(shí)際生產(chǎn)中，二次冷凝水主要用來化鹽和沖洗設(shè)備，其使用存在工藝不合理性和安全隱患。在化鹽工序中，為了提高化鹽速度避免堵塞設(shè)備，需要補(bǔ)充部分溫度較高的冷凝水，與海水混合提高化鹽水的溫度。這樣就引進(jìn)了鈣、鎂離子等雜質(zhì)，給總公司的鹽水精制工序增加了除雜負(fù)荷。二次冷凝水用來沖洗設(shè)備時(shí)，由于溫度高容易造成燙傷事故，也造成了熱能浪費(fèi)。

因此為了消除二次冷凝水使用的安全隱患，提高化鹽操作的穩(wěn)定性及利用海水中的鈉鹽，有必要改善目前二次冷凝水的使用現(xiàn)狀。

2 二次冷凝水安全利用的方案

根據(jù)生產(chǎn)中冷凝水的使用情況，可通過換熱設(shè)備使冷凝水與海水換熱，將二次冷凝水溫度降低到（50℃以下）符合安全操作的范圍，再輸送到各個(gè)工段使用。同時(shí)換熱后的溫海水可以通入到化鹽罐，用來化鹽，避免使用冷凝水帶來的鈣、鎂等離子雜質(zhì)的問題，同時(shí)也可以利用海水中鈉鹽，降低生產(chǎn)成本。

3 工藝流程及相關(guān)計(jì)算

3.1 工藝流程設(shè)計(jì)及說明

根據(jù)車間現(xiàn)有的設(shè)備及布置，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了利用原有的設(shè)備和管路，增加一臺(tái)換熱效率較高的螺旋板。二次冷凝水泵出水經(jīng)過換熱器，再進(jìn)入冷凝水管。為了解決使用冷凝水的無序性，帶來的操作困難的問題，提出了“防高不防低”調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)思路，避免了安裝遠(yuǎn)程控制自動(dòng)閥，降低了降溫系統(tǒng)的投入費(fèi)用。此系統(tǒng)通過控制海水量可任意調(diào)節(jié)冷凝水的出口溫度，解決了由于季節(jié)溫度變化對(duì)降溫要求不同的問題。換熱后的海水可以通往化鹽罐實(shí)現(xiàn)再利用，充分利用了冷凝水的顯熱，改善了化鹽操作，同時(shí)增加了氯化鈉的濃度減少了氯化鈣雜質(zhì)。此系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，投資小，符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

圖1 降溫系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 換熱計(jì)算

3.2.1 換熱量的計(jì)算

二次冷凝水經(jīng)降溫系統(tǒng)換熱后，溫度可從100℃降低至50℃，其平均溫度為75℃。

75℃時(shí)水的物性參數(shù)：ρ＝977.8kg／m3，cP＝4.22kJ／kg· ℃，λ＝0.6676W／m· ℃，μ＝0.0004061Pa·s。

車間每小時(shí)產(chǎn)生二次冷凝水30t，二次冷凝水進(jìn)螺旋板換熱器時(shí)的溫度為100℃，出螺旋板換熱器時(shí)的溫度為50℃，則計(jì)算得換熱量：

3.2.2 海水量的計(jì)算

海水經(jīng)降溫系統(tǒng)換熱后，溫度從25℃升高至45℃，其平均溫度為30℃。

30℃時(shí)取水的物性參數(shù)代替海水的物性參數(shù)：ρ＝995.8kg／m3，cP＝4.174kJ／kg· ℃，λ＝0.6176W／m· ℃，μ＝0.0008007Pa·s。

海水進(jìn)螺旋板換熱器時(shí)的溫度為25℃，出螺旋板換熱器時(shí)的溫度為45℃，則計(jì)算得海水量：

3.2.3 流速計(jì)算

二次冷凝水流量：m1＝30t／h

板寬＝0.8m

通道間距：b1＝0.01m，b2＝0.014m

二次冷凝水流速：

海水流量：m2＝75.5t／h

3.2.4 雷諾數(shù)計(jì)算

二次冷凝水：

換熱海水：

3.2.5 普朗特常數(shù)計(jì)算

二次冷凝水：

換熱海水：

3.2.6 螺旋板當(dāng)量直徑的計(jì)算

3.2.7 介質(zhì)換熱系數(shù)的計(jì)算

二次冷凝水：

換熱海水：

3.2.8 總傳熱系數(shù)的計(jì)算

取螺旋板的板厚為0.005m；碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為50.595W／m· ℃；海水、二次冷凝水熱阻均取為0.00008598m2／W· ℃。

總傳熱系數(shù)：

平均溫差的計(jì)算：

3.2.9 螺旋板換熱面積的計(jì)算

通過計(jì)算可知，要使二次冷凝水溫度降到50℃以下，螺旋板的有效換熱面積至少為28.5m2。根據(jù)實(shí)際操作情況，螺旋板在長(zhǎng)期使用時(shí)存在結(jié)疤現(xiàn)象，會(huì)影響其實(shí)際的換熱效率，因此在選螺旋板型號(hào)時(shí)，換熱面積要有一定的余量。

根據(jù)實(shí)際的情況選擇的螺旋板：

型號(hào)：SSⅠ1.6－16

換熱量：7.5×103MJ／h

公稱壓力：1.6MPa

換熱面積：90m2

流量：30.84m3／h

阻力降：0.040MPa

4 效果驗(yàn)證

二次冷凝水降溫系統(tǒng)自投入使用以來，其安全性、穩(wěn)定性、可操作性滿足生產(chǎn)的要求。對(duì)降溫系統(tǒng)運(yùn)行一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行了查定和統(tǒng)計(jì)。降溫后的二次冷凝水各溫度段的分布情況：

表1 二次冷凝水溫度統(tǒng)計(jì)

1）二次冷凝水經(jīng)降溫系統(tǒng)換熱后，溫度降到50℃以下的合格率達(dá)到96%，符合公司技措項(xiàng)目的要求。

2）降溫系統(tǒng)換熱后的海水可通往化鹽罐，用來替代冷凝水化鹽，減少了化鹽水中Ca2＋、Mg2＋，利用了海水中的Na＋，改善了化鹽操作，提高了鹽水的品質(zhì)。

3）降溫后的冷凝水，溫度較低（50℃以下），消除了以前高溫燙傷的安全隱患，用來沖洗設(shè)備，提高了操作的安全性，從根本上解決了冷凝水燙傷事故的發(fā)生。

［1］ 北京石油化工工程公司編.氯堿化工理化常數(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988

［2］ 《化學(xué)工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)，第四卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989

［3］ 中國(guó)純堿工業(yè)協(xié)會(huì)主編.純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990