板式冷卻器在磷銨產品冷卻中的應用

潘自立，廖國剛，鄧永達

（甕福（集團）有限責任公司，貴州 福泉 550501）

0 引言

甕福（集團）有限責任公司甕福化工公司（以下簡稱公司）1 200 kt/a磷酸二銨裝置前身為重過磷酸鈣裝置，由于重過磷酸鈣市場疲軟，公司將該裝置改建為磷酸二銨生產裝置，于2000年9月完成改造并試車投產，主要采用預中和加管式反應器的粘合法工藝生產磷酸二銨，后由于產品外觀質量等因素于2012年改用管式反應器加管式反應器（簡稱雙管反）生產工藝。但投產以來，由于裝置洗滌系統是按照重過磷酸鈣生產工藝進行設計安裝的，存在局部設計安裝缺陷；再加上傳統冷卻流化床不能滿足磷銨產品冷卻工藝要求，導致產品堆存、包裝溫度過高，容易出現局部結塊、泛白現象。為此必須選用新型冷卻設備來代替傳統冷卻流化床，將產品溫度降低到合適范圍，消除結塊和泛白現象，保證產品流動性和外觀質量。目前公司引進加拿大SOLEX（夏勒）公司板式冷卻器2臺，板式冷卻器能夠滿足磷銨產品冷卻工藝要求。現將板式冷卻器工作原理、工藝條件、操作注意事項、容易出現的問題、換熱能力相關計算等簡要介紹如下。

1 板式冷卻器的工作原理

板式冷卻器是將薄金屬板壓制成具有一定形狀的換熱板片，然后疊裝，用夾板、螺栓緊固而成的一種換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，工作流體在窄小而曲折的通道中流過，中間有隔層板片將冷熱流體分開，并通過此板片進行換熱［1］。

2 板式冷卻器換熱能力計算

2.1 夏季常規工況

已知數據（按夏季平均計算）：磷酸二銨A系列產品進口溫度95 ℃，出口溫度55 ℃；冷卻水進口溫度32 ℃（年平均溫度為25 ℃），出口溫度50 ℃，產量70 t/h，傳熱系數K=117.152 kJ/（m2·K），磷酸二銨比熱cp=1.498 kJ/（kg·℃）；平均傳熱溫差Δt=33 ℃。

熱量Q=4 194 400 kJ/h，循環水量qV=56 m3/h，換熱面積A=Q/KΔt=4 194 400÷（117.152×33）m2≈1 085 m2。設備實際面積為1 000 m2，即基本能實現55 ℃的產品冷卻溫度。

2.2 大風量（造粒、干燥系統風機能力加大）后夏季計算

已知數據（按夏季平均計算）：磷酸二銨A系列產品進口溫度85 ℃，出口溫度55 ℃；冷卻水進口溫度32 ℃（年平均溫度為25 ℃），出口溫度50 ℃，產量70 t/h，傳熱系數K=117.152 kJ/（m2·K），磷酸二銨比熱cp=1.498 kJ/（kg·℃）；平均傳熱溫差Δt=28.5 ℃。熱量Q=3 145 800 kJ/h，循環水量qV=42 m3/h，換熱面積A=Q/KΔt=942 m2。設備實際面積為1 000 m2，即夏季干燥風機大風量情況下能實現產品冷卻溫度55 ℃。

通過計算可以看出，板式冷卻器能保證產品溫度控制在60 ℃以內，滿足產品防護需求。使用后冷卻效果良好，極大發揮了設備結構緊湊、占地面積小、換熱能力穩定、運動部件少、動力消耗低、無風無塵等優勢。實現了夏季55 ℃、冬季45 ℃的冷卻效果，甚至板式冷卻器一開一備運行即可實現冬季55 ℃的冷卻效果。

3 生產工藝控制

3.1 板式冷卻器操作

投運板式冷卻器前先啟動干空氣鼓風機，將板冷組凝結的水珠吹干，防止物料黏結傳熱板組，且將板式冷卻器出料氣動閥關閉。投料試車時，必須先通過觀察孔找出出料氣動閥最小行程，即板式冷卻器能夠均勻出料時出料氣動閥的最小開度，便于迅速累積料位。待板式冷卻器有料位顯示后，開啟冷卻器進出循環水降溫，根據包裹筒出口物料溫度調節循環水進水流量。循環水進水溫度設定為32 ℃，回水溫度控制在45 ℃以上。循環水壓力為0.4～0.6 MPa，最高不能超過0.7 MPa。因此板式冷卻器回水閥要求全開，防止憋壓損壞板冷組。停車1 h以上，必須將板式冷卻器放空，防止物料在冷卻器內結塊堵塞。板式冷卻器進料電動閥切換到位后，必須按下停止按鈕，防止電機長時間運行，損壞液壓系統。涼水塔降溫冷卻水需用蒸汽冷凝液進行補充置換，防止冷卻水自蒸發鹽化，腐蝕涼水塔，若無冷凝液就用工藝水補充置換。板式冷卻器停車，必須關閉板式冷卻器進水閥，冬天停車還需將板式冷卻器板冷組循環水排空，防止其結冰損壞。

3.2 工藝控制參數

進料溫度，85～100 ℃；出料溫度，50～60 ℃；產品設計能力，40 000 kg/h；系統設計，三板組；冷卻介質，水；冷卻水氯離子質量分數，≤0.005%；進水溫度，28～35 ℃；出水溫度，45～50 ℃；冷卻水流量，30 000 kg/h；最大流量總壓力，100 kPa；運行干空氣注入，2 000 m3/h；起始干空氣注入，500 m3/h；注入干空氣壓力，10 kPa；泄壓閥壓力設定，700 kPa。

3.3 常見問題處置

（1）板冷組冷卻片之間容易積料結垢，影響冷卻效果。停車時及時排空冷卻器內物料，控制好回水溫度，定時清理。（2）板式冷卻器氣動卸料閥開度與料位計給定值不成線性關系，導致板式冷卻器出料不穩定。聯系廠家調校卸料閥機械部分，聯系儀表工程師調節PID參數。（3）板式冷卻器出料溫度波動大。根據溫度變化調節循環冷卻水進水流量。（4）板冷組間冷卻水連接水管冬天易凍裂。停車時及時排空冷卻器循環冷卻水。（5）板式冷卻器料位計導波桿易斷。對料位計導波桿進行加固或重新選型。

3.4 配套涼水塔操作

板式冷卻器進水溫度控制（即循環水出水溫度）：理論上按高于當時露點溫度10 ℃設置，實際操作中按當月最高氣溫加10 ℃設置，但最高水溫不得超過32 ℃。

板式冷卻器出水溫度控制（即循環水回水溫度）：任何情況下，冷卻器出水溫度不得低于45 ℃；原則上進出水溫差必須大于25 ℃（各個地方可根據空氣濕度和最高溫度探索一下15 ℃能否保證板冷組不結疤）。

系統壓力控制：系統核心設備壓力原則上按小于0.6 MPa控制；因核心設備是板式冷卻器，并是進水閥門控制操作，其壓力經常為0.05～0.2 MPa。所以重點是防止壓力過低，系統不能有效排氣。現場真正控制水溫后不必考慮壓力偏高問題，并已設置了安全閥。

4 結束語

項目技改增加板式冷卻器后已成功運行，進入包裹筒的產品溫度從85～95 ℃降到50～60 ℃，降低了磷銨產品結塊、泛白風險，且板式冷卻器運行成本比傳統流化床運行成本低。不過也一定程度暴露了目前板式冷卻器余量不足的問題，夏季產品溫度將在55 ℃左右運行。必須更嚴格進行循環水溫度管理，精心操作，盡量避免物料黏結換熱器板冷組，最大限度發揮板式冷卻器熱交換效率。