增加蒸氨冷凝器換熱面積的改造

梁爾希

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

增加蒸氨冷凝器換熱面積的改造

梁爾希

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

通過(guò)對(duì)蒸氨冷凝器改造，增大其換熱面積，回收蒸氨過(guò)程中氨氣的熱量，提高預(yù)熱母液溫度，降低蒸餾蒸氨過(guò)程中蒸汽用量，降低蒸餾汽耗。同時(shí)降低吸收系統(tǒng)熱負(fù)荷，保證吸收塔出氣降溫的需要。

蒸氨冷凝器；換熱面積；熱母液溫度；蒸餾汽耗

1 項(xiàng)目概述

蒸氨冷凝器E101，是蒸吸工序的主要設(shè)備之一，是濾過(guò)母液與蒸氨氣體之間的換熱設(shè)備。由母液桶來(lái)的母液經(jīng)泵送至蒸吸進(jìn)入冷凝器的底部，與加熱器出來(lái)的蒸氨氣體進(jìn)行逆向換熱，濾過(guò)母液在冷凝器內(nèi)被加熱后蒸發(fā)部分游離氨和CO2氣體。廣東南方堿業(yè)共有2套蒸餾吸收裝置，每套系統(tǒng)各配置一臺(tái)蒸氨冷凝器(E101)。其中E101A是南方堿業(yè)第一批元老級(jí)塔器，從建廠至今已經(jīng)歷了20多年的滄桑。早已破舊不堪，嚴(yán)重影響蒸吸工序的工藝指標(biāo)和消耗指標(biāo)。主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

1)冷凝器內(nèi)母液列管穿孔泄漏導(dǎo)致母液跟隨冷凝液流失，只能采取臨時(shí)措施，將冷凝液加入預(yù)灰桶中，此舉變相提高了蒸餾塔的負(fù)擔(dān)，影響其作業(yè)周期。

2)冷凝器內(nèi)氣相通道有局部堵塞的情況，氣相阻力增大，唯有加開(kāi)真空泵，提高系統(tǒng)的真空保證蒸餾塔正常平穩(wěn)運(yùn)行，此舉增加了生產(chǎn)的電耗。

3)隨著產(chǎn)能提高，冷凝器換熱面積的不足日益明顯。

由此可見(jiàn)，E101A的更換已刻不容緩，只有對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行更換與技術(shù)改造，才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、節(jié)能、安全、平穩(wěn)運(yùn)行的目標(biāo)，為公司贏得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 項(xiàng)目實(shí)施方案

原蒸氨冷凝器E101A的設(shè)備換熱面積設(shè)計(jì)為650 m2(換熱管φ25×1)。其結(jié)構(gòu)為垂直列管式換熱器，換熱管、管束殼體均采用鈦材，上管箱和下管箱材質(zhì)為碳鋼。考慮到現(xiàn)在蒸吸樓的設(shè)備布置，重新選址配管比較困難，必須用原E101A的外形結(jié)構(gòu)尺寸，重新設(shè)計(jì)與布置換熱管。 通過(guò)參照新蒸氨冷凝器E101B的結(jié)構(gòu)尺寸，將設(shè)備換熱管改為φ32×1，換熱面積提高到1 045 m2。設(shè)備材質(zhì)上，基于母液、氣氨的腐蝕性較大，換熱管與管束殼體，仍按原E101圖紙，采用鈦材。上、下管箱參照E101B圖紙，采用含鈦復(fù)合材料，無(wú)需在內(nèi)壁內(nèi)襯PO防腐層，不但提高了耐腐蝕性能，而且大大延長(zhǎng)部件的使用壽命。本次改造，一方面徹底解決設(shè)備存在的問(wèn)題，確保生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定；另一方面， E101A的生產(chǎn)能力提高了60.8%，滿足60萬(wàn)t純堿產(chǎn)能的需求。

3 設(shè)備改造后的效果

項(xiàng)目于2015年3月施工完畢并投入使用。E101A改造后母液提溫效果明顯，降低蒸汽消耗約5%，可滿足蒸吸正常生產(chǎn)需要。夏天可舒緩吸收工序系統(tǒng)熱負(fù)荷，避免后續(xù)工序因氨鹽水溫度過(guò)高所帶來(lái)的一系列不利影響；冬天也可減少循環(huán)水用量，減輕我司的電力負(fù)擔(dān)。項(xiàng)目取得較為滿意的效果。

通過(guò)對(duì)改造前后出E101A的熱母液溫度查定，從查定數(shù)據(jù)上看：改造前出E101A熱母液溫度在61～63 ℃，改造后出E101A熱母液溫度在64～66 ℃。

表1 分析采集數(shù)據(jù)

通過(guò)物料平衡與熱量平衡，計(jì)算出E101A改造后與改造前相比蒸汽的節(jié)約量，并以此結(jié)算年經(jīng)濟(jì)利益。

3.1 物料平衡

1)收入物料

①母液m1=E1×ρ1=5.40×1 130=6 102 kg/t

FNH3：5.40×1.282×17=117.69 kg/t，

6.9229 kmol/t

CO2：5.40×0.563×44=133.76 kg/t，

3.0416 kmol/t

NH4Cl：5.40×3.791×53.5=1 095.22 kg/t，

20.4714 kmol/t

NaCl：5.40×1.088×58.5=343.69 kg/t，

5.8751 kmol/t

Σ=1 690.36 kg/t

H2O：m1-Σ=6 102-1 690.36=4 411.64 kg/t

②石灰乳m2=E2×ρ2=2.5903×1 240=3 212 kg/t

ACaO：2.5903×4×56=580.22 kg/t，

10.3610 kmol/t

表2 蒸氨塔物料表

CaCO3：2.5903×0.2273×100=58.22 kg/t，0.5888 kmol/t

③蒸汽，假設(shè)蒸汽量為m3kg/t

即收入物料合計(jì)m1+m2+m3=9 414+m3

2)支出物料

①蒸餾塔出氣，總量m4kg/t

NH3:母液帶NH3=(6.9229+20.4714)×17=465.70 kg/t

廢液跑NH3=8.75×0.0035×17=0.51 kg/t

出氣含NH3=465.70-0.51=465.19 kg/t，27.36 kmol/t

CO2:母液帶CO2133.76 kg/t

預(yù)熱母液殘留CO2=5.40×0.044×44=10.45 kg/t

出氣含CO2=133.76-10.45= 123.31 kg/t，2.85 kmol/t

H2O：出氣中 CO2與NH3比值=123.31∶465.19=0.27

Tga=0.27a=15.1°

查文獻(xiàn)[1]得：出氣組成Wt%

NH3CO2H2O

38.5 10.4 51.1

即出氣總量m4=465.19+123.31+617.43=1 205.93 kg/t

②蒸氨廢液，假設(shè)為m5kg/t

加強(qiáng)對(duì)工商業(yè)的重視。立法要求資助計(jì)劃與州和地方企業(yè)建立更緊密的聯(lián)系。例如，受資助的職業(yè)教育機(jī)構(gòu)必須進(jìn)行勞動(dòng)力需求評(píng)估并公示其與企業(yè)的合作，加強(qiáng)學(xué)生以工作為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。

即支出物料合計(jì)m4+m5=1 205.93+m5

物料平衡9 414+m3=1 205.93+m5

m5=8 209+m3

(1)

3.2 熱量平衡

表3 蒸氨塔熱量表

1)收入熱量

①母液Q1=m1×s1×T1=6 102×3.265×65=1 294 997 kJ/t

②石灰乳Q2=m2×s2×T2=3 212×3.433×92=1 014 465 kJ/t

③蒸汽Q3=m3×i=2 702m3kJ/t

④反應(yīng)熱Q4：

2NH4Cl(aq)+Ca(OH)2(aq)=2NH4OH(aq)+CaCl2(aq)-11 430 kJ/kmol

分解NH4Cl 20.4714 kmol/t

b.(NH4)2CO3與Ca(OH)2反應(yīng)熱q2:

(NH4)2CO3(aq)+Ca(OH)2(aq)=CaCO3(s)+2NH4OH(aq)-8 709 kJ/kmol

反應(yīng)(NH4)2CO3量 0.525 kmol/t

反應(yīng)熱q2=0.525×8 709=4 572 kJ/t

反應(yīng)熱Q4合計(jì):q1+q2=121 566 kJ/t

即收入熱量合計(jì)：Q1+Q2+Q3+Q4=2 431 028+2 702m3

2)支出熱量

①反應(yīng)熱Q5:

a.(NH4)2CO3分解熱q3:

(NH4)2CO3(aq)=H2O(l)+CO2(g)+2NH3(aq)+94 165 kJ/kmol

分解(NH4)2CO3量:2.85 kmol/t

分解熱q3=2.85×94 165=268 370 kJ/t

b.NH3揮發(fā)熱q4:

NH3(l)=NH3(g)+34 792 kJ/kmol

揮發(fā)氨量：27.36 kmol/t

揮發(fā)熱q4=27.36×34 792=951 909 kJ/t

反應(yīng)熱Q5合計(jì):q3+q4=1 220 279 kJ/t

②出氣帶走熱Q6:

NH3: 456.38×2.29×75=78 383.265 kJ/t

CO2: 123.31×0.9211×75=8 518.56 kJ/t

H2O： 617.43×2 636=1 627 545 kJ/t

出氣帶走熱Q6合計(jì)：1 714 446 kJ/t

③廢液帶走熱Q7:m5×s5×T5=345m5

即收入熱量合計(jì)：Q5+Q6+Q7=2 934 725+345m5

熱量平衡:2 431 028+2 702m3=2 934 725+345m5

2 702m3-345m5=503 697

(2)

由公式(1)與公式(2)解得：m3=1 415 kg/t

同理當(dāng)T1=62 ℃時(shí)，解得：m3=1 492 kg/t，Δm3=77 kg/t。

改造后進(jìn)蒸餾塔的總汽耗量為1 415 kg/t(含煅燒輕灰、重灰閃發(fā)汽，外購(gòu)低壓蒸汽等)。從投用結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，噸堿可節(jié)約蒸汽77 kg。以年運(yùn)行10個(gè)月計(jì)(產(chǎn)量：51.7萬(wàn)t)，低壓蒸汽150元/t：

可回收蒸汽：0.077×51.7=3.98萬(wàn)t

年效益：3.98×150=597.1萬(wàn)元(不包括改造費(fèi)用)

4 設(shè)備改造后存在的問(wèn)題

項(xiàng)目投用后雖然取到了較為明顯的降耗效果，但在實(shí)際運(yùn)行中也暴露出以下的問(wèn)題：

1)冷凝液量有所偏高，冷凝液量增大了淡液塔的負(fù)荷。

2)我司E101A有兩個(gè)熱母液出口進(jìn)加熱器，由于換熱后溫度偏高，造成管線內(nèi)部帶氣(NH3/CO2),導(dǎo)致兩個(gè)蒸餾塔的母液進(jìn)量會(huì)有所偏流，操作難以平穩(wěn)。

3)舊E101A進(jìn)口管處焊有5塊擋氣板，呈階梯分布。它們減緩熱氣流的沖力，防止熱氣流對(duì)鈦管進(jìn)行沖擊造成損壞。新E101A因器內(nèi)空間受限，將原緩沖區(qū)縮小改成換熱區(qū)，5塊擋氣板設(shè)計(jì)成1塊，上下各6點(diǎn)共12條焊條與器壁相連。存在擋氣板受沖擊力大而脫落，熱氣流推動(dòng)擋氣板刮破前排列管，導(dǎo)致母液泄漏至冷凝液中的隱患。

5 問(wèn)題解決方案

1)冷凝液量變大是因?yàn)閾Q熱效果良好引起，當(dāng)冷凝液桶液位無(wú)法平衡時(shí)，部分冷凝液引進(jìn)蒸餾塔，將E101A冷凝液流程管線重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。在E101A的原管線出口處增設(shè)三通，充分利用原有管線，其中新管線與煅燒冷凝液管相連進(jìn)預(yù)灰桶(V101A與、V101E)，其中增設(shè)“U”型管，以克服真空度的影響。配置新管線，一旦發(fā)生泄漏，將冷凝液引流至預(yù)灰桶；在發(fā)生管道結(jié)晶或疤塊堵塞時(shí)，可用煅燒冷凝液溶解沖堵。

2)穩(wěn)定控制E101A的上封頭真空度在0～-10 kPa之間有利于母液流動(dòng)。

3)改進(jìn)擋氣板固定結(jié)構(gòu)，如圖2所示，把兩條槽鋼交叉焊死在擋氣板上，如圖3用4條鋼管在ABCD處做鏈接將擋氣板拉固在器壁上。重新加固后的E101A運(yùn)行至今運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部氣流不穩(wěn)或碰撞情況。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)E101A內(nèi)部的重新設(shè)計(jì)改造，充分利用蒸餾塔出氣的熱源，減少汽耗的同時(shí)還節(jié)省大量的循環(huán)水，達(dá)到雙重效果。不但提高工藝熱能利用率，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，對(duì)南堿公司致力于打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)桿企業(yè)作出實(shí)際的行動(dòng)，更是樹(shù)立了良好企業(yè)形象，為企業(yè)贏得較好的社會(huì)效益。

[1] 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995

TQ114.15

B

1005-8370(2017)01-13-04

2016-06-06

梁爾希(1989—)，西南民族大學(xué)畢業(yè)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)。現(xiàn)任廣東南方堿業(yè)股份有限公司重堿車(chē)間設(shè)備員。