板式換熱器在氯堿工藝生產中的應用

周舒 顧濤 新疆圣雄氯堿有限公司

氯堿生產是一種高能耗的產業。近年來，隨著氯堿廠生產規模的日益擴大，總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應用新型的換熱器在氯堿企業的擴建中顯得越來越重要。板式換熱器是一種結構緊湊、性能高效的換熱設備。與列管換熱器相比：它占地面積只相當于列管換熱器的20%左右。由于增加擾動，強化了傳熱，傳熱效率提高了4～5倍。它組裝靈活，熱損失小，不需要保溫層，同時質量輕，拆卸、檢修方便，廣泛應用于各種工業生產中。隨著氯堿廠生產規模的日益擴大，總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應用新型的換熱器在氯堿企業的擴建中顯得越來越重要。

一、工作原理及性能對比

在板式換熱器中，板片是傳熱元件，懸掛在導桿上，板片上面還貼有密封墊片，板片按設計要求組裝后壓緊。流體在板式換熱器內的流動，是通過板片上的角孔進入板片通道，冷熱流體間達到換熱的作用。普通的板式換熱器主要用于無相變的換熱場合，還有冷凝式板式換熱器用于氣體冷凝，以及耐壓較高的焊接式板式換熱器。

板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比見表1。

二、氯堿廠工序分析

（一）硅整流工序

硅整流工序的兩種換熱器均屬于液液換熱。其中變壓器的油冷卻器可使用鋁黃銅板片材質、耐油丁腈橡膠墊片的板式換熱器；整流柜的純水冷卻器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材質、丁腈橡膠墊片的板式換熱器。

（二）鹽水工序

鹽水預熱器屬于氣液換熱，同時由于鹽水介質電化學腐蝕的存在，板片材質必須使用1Cr18Ni9Ti以上奧氏體不銹鋼，墊片為丁腈橡膠的冷凝式板式換熱器。

（三）氯氣處理工序

在氯氣處理工序中，鈦管冷卻器板片可使用TA2鈦材材質，由于濕氯氣的化學腐蝕較重，所以選用耐氧化的三元乙丙橡膠墊片，同時有氯水的冷凝，必須使用冷凝式板式換熱器；同樣氯水冷卻器可使用板片材質為TA2、墊片為三元乙丙橡膠的板式換熱器；納氏泵的循環酸、各塔循環酸換熱器板片可使用耐濃硫酸和氯氣腐蝕的哈式合金C-276材質以及氟橡膠墊片。

（四）液氯工序

在液氯工序中，無論使用氨制冷還是使用氟里昂制冷，制冷劑的液化均可使用板片材質為1Cr18Ni9Ti的板式換熱器，由于壓縮后的氣體壓力較高，所以此板式換熱器必須選用焊接式的，雖然板片無法拆檢，但由于介質腐蝕性較弱，使用壽命仍可達8年以上。氯氣液化器可使用板片材質為1Cr18Ni9Ti的冷凝式板式換熱器、其墊片同鈦管冷卻器一樣選用三元乙丙橡膠。

（五）電解工序

由于電解液的腐蝕包括氯離子的孔蝕、堿脆和電化學腐蝕，因此電解液預熱器必須使用1Cr18Ni9Ti或Mo2Ti的奧氏體不銹鋼板片材質、墊片選用耐強堿的丁基橡膠。

表1 板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比

三、工藝實施過程注意事項

1.當換熱介質中含有固體顆粒、纖維狀物質時，例如一次水或循環水，應當在換熱器前面安裝過濾器。

2.板式換熱器投入使用時，應緩慢打開高溫介質入口閥門，使其充滿高溫側板程，然后再打開低溫介質的入口閥門。嚴禁壓力、溫度急劇變化。

3.通過分析介質成分或判斷壓力變化情況，發現有兩種介質相串通的現象時，應立即停車，查出并更換損壞的板片。

4.嚴格控制使用溫度與壓力在允許值以下，否則會加速密封墊的老化，造成嚴重泄漏等情況。

5.檢查發現換熱板束泄漏時，應做好標記，以便設備拆開后，迅速查出損壞的板片和密封墊片，換上新的換熱板片和密封墊片。

6.開始運行時，發現換熱器冷熱不均，應先檢查換熱器內是否有空氣沒放干凈，然后檢查換熱板片是否加錯，通道是否堵塞，并采取相應的有效措施進行處理。

7.板式換熱器停車時，應緩慢關閉低溫介質入口閥門，隨即緩慢關閉高溫介質入口閥門，然后關閉低溫介質的出口閥門，再關閉高溫介質的出口閥門。禁止壓力、溫度發生急劇變化。

四、設備改造升級及維修

（一）設備改造升級

隨著時間的推移，新工藝、新技術的出現，以及對原設計局部的優化都要求對原有設備進行材質或能力改造升級，所以設備改造類項目數量較多。設備改造升級類項目主要集中在換熱器材質升級、管線及儲罐材質升級等方面。比如氯氣壓縮機段間換熱器材質升級為銅鎳合金，脫氯單元換熱器材質升級為鈦鈀合金，鹽水儲罐由碳鋼襯膠改為玻璃鋼材質，電解槽陰極出口非金屬管線升級為鎳管線，電解槽陽極出口非金屬管線升級為鈦管線等。

氯氣壓縮機的段間換熱器，作用是降低氯氣各級壓縮后的溫度，原設計材質為碳鋼，結構為管殼式。氯氣壓縮機經過10年左右的運行，檢修時發現部分碳鋼列管存在明顯的減薄，為了防止發生泄漏后干氯氣與循環水接觸，對設備造成腐蝕，決定對段間換熱器進行材質升級。改造升級方案分為2種：（1）將列管升級為銅鎳合金材質，優點是材質性能好、壽命長，缺點是價格昂貴、制造周期長；（2）采用碳鋼涂刷環氧防腐涂層，優點是價格便宜、制造周期短，缺點是涂層對換熱效果有輕微影響，且有脫落風險。

經過綜合考慮，最終分2批次對9臺段間換熱器進行了更換，其中4臺段間換熱器升級為銅鎳合金，5臺段間換熱器變更為碳鋼加環氧防腐涂層。其中銅鎳合金運行后換熱效果良好，設備無明顯減薄。碳鋼加環氧防腐涂層換熱器剛在2019年6月更換，目前換熱效果良好，涂層牢固性有待持續跟蹤。鹽水工序的儲罐最初設計多是碳鋼襯膠材質，但是多年運行后，經常出現襯膠脫落、碳鋼腐蝕泄漏等問題，每年檢修都須花費大量人力、物力進行清理儲罐、補焊漏點、修補襯膠。為了集中解決這一問題，樂金渤海逐年將舊儲罐更換成為玻璃鋼材質的儲罐，現在已經完成一次鹽水儲罐、二次鹽水儲罐、返回鹽水儲罐的更換，綜合運行情況良好，有效減少了鋼襯膠年年修補的問題。

（二）設備維修

當板式換熱器拆檢清洗后或板片、墊片損壞時，應進行維修。（1）板式換熱器在拆卸前，應測量板束的壓緊長度尺寸，以便在重裝時使用。（2）密封墊片若粘在兩板片間的溝槽內，應小心地用工具從易剝離的部位插入，然后沿其周邊進行剝離，切不可損壞板片和密封墊片。（3）檢查換熱板片是否有穿孔情況，一般用放大鏡檢查。奧氏體不銹鋼板片可先用磁鐵粗檢，再用放大鏡檢查。（4）如果發現介質出入口及通道內有雜物積累，則說明過濾器失效，應及時清掃過濾器。（5）換熱板片結疤時，切忌用鋼絲刷子來洗刷，尤其是不銹鋼板片，以防止加速板片的腐蝕。（6）拆卸氯氣處理的鈦材板片時，嚴禁與明火接觸，以防氧化。（7）檢查密封墊片是否有老化、裂紋等缺陷，禁止用硬的物品在表面上亂劃。（8）板式換熱器的一個板片損壞而無備件時，可將此板片和相鄰的板片同時取下，再擰緊夾緊螺栓。（9）板片組裝時，可用刷子將密封膠涂在板片的溝槽內，然后壓入密封墊片，最后把板片組裝起來即可。

五、結語

板式換熱器是一種結構緊湊、高效的新型換熱設備。在氯堿生產中應用新型的板式換熱器，占地面積比列管換熱器減少80%，投資降低50%～70%，傳熱效率提高了400%～500%。由于選用的材質較好，使用中只要按規程操作就可以保證氯堿裝置安全長周期運行。同時板式換熱器質量輕，換熱器外不需要保溫。在使用中如果阻力增大或結垢，清洗比較容易。板片損壞或密封墊片泄漏時，拆卸、檢修也比較方便。因此在氯堿生產中應盡可能選用板式換熱器。