降膜管的國產優化設計

東娟 羅耿波 霍沛君

摘 要：文章就降膜蒸發器的損壞原因進行了分析，從材質、結構上進行了優化和改進。

關鍵詞：降膜蒸發器；降膜管；優化設計；改進

1 前言

降膜管是生產片堿的重要設備之一，國外進口的降膜管一般可用三年以上，而我們設計制造的降膜管一般生產周期為一年左右，最短的四個月，最長的一年八個月，針對這種情況，我們結合用戶讓我們修理的破損的降膜管，從原理上進行了分析，對材質、結構進行了優化設計和改進。

2 結構原理

降膜管均由兩層套管組成，外層走熔鹽，內層走堿液，兩種液體逆流進行傳熱。堿液從分配器進入每根降膜管后，受到夾套熔鹽的加熱，堿液沸騰，濃縮蒸發。然后經底部匯總管至氣液分離器進行分離。

3 降膜蒸發器損壞原因分析

3.1在降膜管檢查中，我們發現降膜管底部腐蝕情況比較嚴重，有粉末狀物質粘附在降膜管內壁，用戶介紹其使用的其它降膜管的泄漏也是發生在這一位置，所用材料為Ni99.0，相當于國產的N6，我們認為這是鎳在高溫下腐蝕引起的，N6鎳中（Ni+Co）>99.5%，（C）>0.1%，其在325℃-435℃高溫下，碳會在晶粒邊界上析出成石墨狀態，因而使鎳的機械性能變壞、發脆、韌性下降。當（C）≤0.02%時，不超過碳在鎳中的溶解度，高溫下不會有碳在晶粒邊界上析出。因此，采用N6工業純鎳作降膜管不是很適宜。

3.2 膨脹節腐蝕、破損嚴重，波形失真。

膨脹節材質為低合金鋼，夾套內熔鹽的溫度一般在在450°，低合金鋼425°長期使用的情況下，會有石墨化傾向，導致膨脹節變脆，失去補償功能，降膜管補償量不夠造成降膜管變形損壞。

3.3 分配器堿進口堿液的均勻程度對降膜管影響很大，如進液不均勻，易使降膜管內液膜太薄或形成干壁區，由于其與非干壁區溫差很大，在應力的作用下易造成降膜管變形損壞。

3.4 據用戶介紹，在片堿生產中，有時片堿濃度達不到規定要求，可以通過提高熔熔鹽溫度來實現。如熔鹽溫度過高，會引起熔鹽的分解，不但使膨脹節因補償量的增大而變形失效，也使夾套材質變形失效。用戶提供的破損的降膜管夾套材質為ST37.8/Gr1鋼管，德國的材料牌號，相當于國產的10# 鋼管，使用溫度為450°，基本已達到其允許使用溫度上限（475°），一旦超溫使用，應力值嚴重下降，從而引起降膜管的變形損壞。

3.5 設備主法蘭為板式活套法蘭，剛性較差，在高溫作用下變形、翹曲，不能保證密封性能。

4 降膜管的改進

4.1 對降膜管材質進行改進。根據現行的JB/T4756-2006 標準，300℃以上N6已無強度計算數據，在高溫下N5更為合適。因此降膜管內筒材質改為國產低碳鎳N5。

4.2 對原膨脹節進行改進。針對原膨脹節存在的問題.我們對補償量做了適當增加。膨脹節由上海永鑫波紋管公司提供，膨脹節5（0.3X5）層10波，位移保證21mm。材質由低合金鋼改為補償功能更好的不銹鋼。

4.3分配器堿進口處增加環形擋板，以提高堿液的均勻分配程度，減少干壁現象的產生。見圖1。

圖1

4.4 在熔鹽進口處增設錐形擋板，以減少熔鹽對降膜管的影響。如圖2。

圖2

4.5 走熔鹽介質的夾套材質改為不銹鋼，其使用溫度上限為700℃，彈性模量，線脹系數均較10#鋼管有較大的提高。

4.6 在夾套管外表沖壓凹槽，每隔90mm旋轉90°，槽底與內筒管間隙1.5 mm.主要用來防止降膜管夾套堵塞，同時增加熔鹽湍流，提高熱交換能力。

圖3

4.7 設備主法蘭由板式活套法蘭改為帶頸活套法蘭，增加剛性，防止變形，而影響密封性能。

4.8 在與用戶的交流溝通及降膜蒸發的成膜原理中我們知道，降膜管垂直度對成膜的均勻有較大影響，如果不垂直，堿液在管內會形成偏流，導致膜厚薄不均，甚至出現斷流的現象，從而引起降膜管的變形損壞。因此增加降膜管的技術要求，對其內筒與安裝基面提出垂直度要求。

5 結束語

雖然作設備的結構設計，但了解降膜蒸發器的工藝流程，蒸發原理，成膜條件，對其優化設計具有重要作用。同時與用戶的交流溝通，對其使用情況的了解，對其優化設計也具有重要作用。

參考文獻

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