鲁南化学工业集团公司第二氮肥厂设计能力为年产合成氨8万t、尿素13万t,于1993年5月投产。经挖潜改造,目前已达到10万t合成氨、16万t尿素的年生产能力。NHD脱除H2S和CO2是国内80年代末开发成功的一项新工艺,在国内首次成功应用在我厂合成氨的净化装置上。板式换热器作为一种新型高效换热器也首次在我厂NHD脱硫系统中得到了应用。我厂脱硫系统采用的7台板式换热器均用于NHD溶液的换热,命名为贫富液板式换热器。经过4年的工业实践,板式换热器的结构紧凑、能够处理微小温差、维修方便等优点得到了充分的发挥。
1. 板式换热器的性能及结构
7台板式换热器中有5台为上海化机二厂生产的R13-J-F型,其余2台为兰州石油化机厂生产的BR1010/150200B型和BR1010/150290B型,它们的性能参数见表1。
2. 板式换热器的运行效果
贫富液板式换热器自投入运行以来,运行效果良好,它的优点主要体现在以下6个方面。
(1)传热效率高由于板片组中流动的介质在较低雷诺数时就能形成湍流,而且光滑的板片上不易生成污垢,因此传热效率非常高,其换热系数比管壳式换热器高2～4倍。
(2)结构紧凑由于板片间距仅有4mm ,每立方米空间的换热面积可达250m2 ,因此它占地面积小,在同样的换热条件下,板式换热器占地面积只是管壳式换热器的1/3～1/4。
(3)热回收率高由于传热系数大,传热温差可以选用得很低,因此非常适合于低位能热量的回收,贫富液板式换热器的热回收率可以高达90%左右。
(4)热损失小由于只有板片周边与垫片暴露在大气中,所以热损失一般只有0. 1%左右,在安装时不需采用保温层。
(5)操作控制稳定由于板片间的流道较小,NHD溶液滞流量也很小,因此贫富液换热器具有良好的控制温度的能力,能实现稳定操作。
(6)维修方便单程流道的排列使换热介质的进出口都安排在固定板上,这样的设计在清洗或检修板片时不必拆除管道,大大缩短了维修时间。板片的设计使其无死角区域,所以不需拆卸就可在现场进行化学清洗。
3. 存在的问题
贫富液换热器在运行过程中也暴露出一些缺陷,其中有些缺陷是由板式换热器的本身结构造成的,有些缺陷是与NHD溶液的物理性质有关。
(1)密封周边长板片整个周边及角孔周围均需设置垫圈,所以使得1台设备的垫圈长度往往成百米,甚至上千米。如R13-J-F,单片密封垫长度达6m多,433片总长度达2600m。过长的密封周边增加了渗漏的可能性。
(2)处理量较小由于板间间隙很小,故流道横截面亦小,加之贫富液换热器采用的是低速操作,导致单台板式换热器处理NHD溶液的量不大,所以只好采用5台R13-J-F型板式换热器进行并联操作的组合形式来提高设备的处理量。
(3)垫片不耐NHD溶液的溶解目前板式换热器的密封均采用合成橡胶材料,如丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶等。NHD溶液属醚类,迄今为止,还没有找到能够耐醚类溶液溶解的橡胶密封材料。合成橡胶在NHD溶液中会发生“溶胀”现象,短时间内(甚至仅有24h),其整体自由膨胀为10%左右。一旦垫片从设备上取下,体积的增大将使它无法再恢复。时间稍长(15～20d) ,合成橡胶就会被“沤烂”,强度和弹性几乎完全丧失,这就造成垫片只能一次性使用。
(4)有泄漏这7台板式换热器在运行过程中均出现了不同程度的泄漏,尤其是停车后再开车时,介质温度的降低使泄漏量明显加大。为了节省维修费用,4年中这些换热器都不曾更换垫片,而只是对漏点进行修补,在这方面我厂已有较成功的经验。步骤为:泄压→松开拉紧螺栓→撬开漏点处板片→加入密封材料→拧紧拉紧螺栓。采用这种堵漏方法的效果很好,漏点可以完全消除。
4. 结论
(1)以NHD溶液为介质的工况,应研制开发新的密封材料来替代现有橡胶制品或对橡胶垫片进行包覆,使之既能耐醚类的溶解,又有足够的弹性来保证密封。
(2)虽然NHD脱硫溶液中存在小颗粒杂质,但在运行中至今未发现有明显的阻力损失和堵塞现象,这就说明可采用全焊型、不可拆式板式换热器,这种换热器可省去密封垫片,增强密封性和承压能力。
(3)通过4年的工业实践说明,板式换热器完全能够满足NHD脱硫系统能量回收利用的需要,是理想的节能设备。随着NHD在化工系统的推广使用,板式换热器也将有着广阔的市场前景。
(编辑：银红丽) |
