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板式换热器在氯碱生产中的应用

2018-12-07

    氯碱生产是一种高能耗的产业。近年来,由于市场的竟争曰益激烈,我国各氯碱企业为了提高自身的竟争力,纷纷扩大烧碱装置规模。随着氯碱厂生产规模的曰益扩大,总能耗也越来越多。由于换热器的能耗和投资占烧碱的成本较高,因此应用新型的换热器在氯碱企业的扩建中显得越来越重要。
  板式换热器是以波纹板为传热面的新型、高效换热器,具有传热系数高的特点,总传热系数最高可达体积小,占地面积小,重量轻,特别适用于空间有限的场合。组装灵活,拆装清洗方便。板式换热器可以随时用增减板片来变换换热面积,以适应热负荷的变化。

   
  在板式换热器中,板片是传热元件,悬挂在导杆上,板片上面还贴有密封垫片,板片按设计要求组装后压紧。介质通过换热板片的通孔在板片表面进行流动,在板片波纹的作用下形成激烈的湍流,犹如用筷子搅动杯中的热水,加大了换热面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触,通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割,或者通过大量的焊缝来保证,在换热板片不开裂穿孔情况下,冷热介质不会发生混淆。普通的板式换热器主要用于无相变的换热场合,还有冷凝式板式换热器用于气体冷凝,以及耐压较高的焊接式板式换热器。
  板式换热器按照组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等形式;按照换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形式;按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。各种形式进行组合可以满足不同的工况需求,在使用中更有针对性。由于氯碱生产中各工序不同,需根据各工序的具体情况选用不同型式和材质的换热器。

   
  板式换热器在氯碱厂各工序中的使用板式换热器在许多工业中己经用得很普遍,在氯碱厂中,除了蒸发器的加热室和浓碱冷却器因结晶盐的存在无法使用板式换热器外,其它可使用换热器的工序,板式换热器均能很好地起作用。硅整流工序硅整流工序的两种换热器均属于液液换热。其中变压器的油冷却器可使用铝黄铜板片材质、耐油丁腈橡胶垫片的板式换热器;整流柜的纯水冷却器可使用316L的板片材质、丁腈橡胶垫片的板式换热器。盐水工序盐水预热器属于气液换热,同时由于盐水介质电化学腐蚀的存在,板片材质必须使用315L以上奥氏体不锈钢或Ti材板材质,垫片为丁腈橡胶的冷凝式板式换热器。氯气处理工序在氯气处理工序中,钛管冷却器板片可使用TA1钛材材质,由于湿氯气的化学腐蚀较重,所以选用耐氧化的三元乙丙橡胶垫片,同时有氯水的冷凝,必须使用冷凝式板式换热器;同样氯水冷却器可使用板片材质为TA2、垫片为三元乙丙橡胶的板式换热器;纳氏泵的循环酸、各塔循环酸换热器板片可使用耐浓硫酸和氯气腐蚀的哈式合金C-276材质以及氟橡胶垫片。

   液氯工序在液氯工序中,无论使用氨制冷还是使用氟里昂制冷,制冷剂的液化均可使用板片材质为的板式换热器,由于压缩后的气体压力较高,所以此板式换热器必须选用焊接式的,虽然板片无法拆检,但由于介质腐蚀性较弱,使用寿命仍可达8年以上。氯气液化器可使用板片材质为191的冷凝式板式换热器、其垫片同钛管冷却器一样选用三元乙丙橡胶。
  电解工序由于电解液的腐蚀包括氯离子的孔蚀、碱脆和电化学腐蚀,因此电解液预热器必须使用1Cr18Ni9Tl或M2T!的奥氏体不锈钢板片材质、垫片选用耐强碱的丁基橡胶。
   板式换热器使用中应注意的问题当换热介质中含有固体颗粒、纤维状物质时,例如一次水或循环水,应当在换热器前面安装过滤器。板式换热器投入使用时,应缓慢打开高温介质入口阀门,使其充满高温侧板程,然后再打开低温介质的入口阀门。严禁压力、温度急剧变化。通过分析介质成分或判断压力变化情况,发现有两种介质相串通的现象时,应立即停车,查出并更换损坏的板片。严掐控制使用温度与压力在允许值以下,否则会加速密封垫的老化,造成严重泄漏等情况。检查发现换热板束泄漏时,应做好标记,以便设音拆开后,迅速查出损坏的板片和密封垫片,换上新的换热板片和密封垫片。开始运行时,发现换热器冷热不均,应先检查换热器内是否有空气没放干净,然后检查换热板片是否加错,通道是否堵塞,并采取相应的有效措施进行处理。板式换热器停车时,应缓慢关闭低温介质入口阀门,随即缓慢关闭高温介质入口阀门,然后关闭低温介质的出口阀门,再关闭高温介质的出口阀门。禁止压力、温度发生急剧变化。板式换热器的清洗清洗的间隔期应视板式换热器的使用情况而定。当板式换热器通道的阻力增加,换热效果下降时应进行清洗。当板式换热器的流道阻力较轻或阻力降突然升高时,停车,从流道的反方向,用高于操作压力1.5倍的工艺介质反向冲洗。板式换热器因其内部物料湍流强烈且板片表面很光滑,生成积垢较少,故亦称为“自洁式换热器”。如果在运行期间定期加大物料流量或使物料反向流动,可以将它内部的一些沉积物冲去,延长换热器的工作周期。在需要把换热器打开清洗前,先用大量泵水冲洗也可除去其内部的部分沉积物。如果板式换热器的流道阻力用反冲洗法无法消除,且换热板片结垢层很薄时,根据强度的不同,可用软纤维的刷子洗刷,再用压力为0.2MPa的水冲刷干净为止。

   
  现代的化学工业大力发展各种容器设音的化学清洗,简化清洗工作,板式换热器也如此。可以采用在线清洗,容器设音不用拆卸打开,分别用化学药剂和水进行清洁,大大提高了清洗工作的效率。
  板式换热器的材料能抵受多种化学药剂的作用,而且它的内部容积较小,很便于用化学清洗。所用的化学药剂视积垢的种类和成份而定,一般采用10%的硝酸、2%的聚偏磷酸、50%的乙二胺四乙酸的混合溶液来清洗,也可用10%的硝酸加上蓝星清洗公司的专用缓蚀剂来清洗,化学清洗后再反复泵水洗净。在良好的情况下,板式换热器可以常年不拆开。但是当板式换热器拆检清洗后或板片、垫片损坏时,应进行维修。
  由于氨和氧化夹杂物的存在,影响了铸锭的纯净度,使铸锭产生气孔夹杂等铸造缺陷,因此提高铝熔体纯净度是生产高质量铸锭的关键。而铝熔体净化是提高熔体纯净度的主要手段。
  熔体的在线净化铝熔体的净化分为炉内净化和在线净化。传统的炉内净化有气体精炼、熔剂精练和啧射精炼等。但由于都是人工操作,存在死角,所以净化效果是有限的。因此要进一步提高熔体的纯净度,进一步的降低氨含量和排除非金属夹杂物,就必须采用高效的在线净化处理技术。这种净化处理技术效果好,公害少,不污染环境,目前己成为国内外先进的铝液净化的主要发展趋势。熔体的在线净化处理有除气和过滤之分。
  熔体在线净化处理方法2.1除氨净化除氨净化主要是用情性气体(N2、Ar)对铝熔体进行吹洗,可以有效去除熔体中的氨和氧化夹杂。
  除氨原理:由于N2(或Ar)泡中最初氨分压PH2=,在气泡和铝液的界面上有压力差,使融于金属液中的氨不断的被吸入气泡中,这一吸入过程直至气泡中其氨的分压力和铝液中氨的分压力相等时才会停止。气泡浮出液面后,气泡中H2即逸出而进入大气中。因此,气泡上升过程中即带出氧化夹杂,也带出氨,使铝液得到净化。除氨原则:根据除氨净化原理知道,提高除氨速度和效率有三大主要途径:尽可能增加净化气泡数目,以增加铝液与气泡两相间的有效接触的表面积。尽可能减小净化气泡直径,并在不导致液面飞溅的前提下设法增大净化气泡在铝液内的运动速度,即增大搅动强度,强化气液表面更新,提高其传质能力。尽可能延长净化气泡在铝液中浮游的路程,即增加气泡处理铝液的时间,从而提高除氨效率。
  除氨方式:以往的除氨净化技术,实际上都是围绕着以上三条途径进行的。随着对熔体纯净度要求的提高,除氨技术也在不断的改善和发展,己从原始的单管啧吹到多孔吹头,发展到目前的旋转啧头。20世纪80年代以来,采用旋转啧头吹气处理方法己成为国外先进的铝液净化技术的主要发展趋势。如美国联合碳化物公司研制的SNF法,就是典型的旋转啧头净化铝液的新工艺技术,目前己获得推广应用,且近年己引进我国,东轻厂就曾经引进过SNF除氨净化设音,使用效果良好。
  SNF法:为旋转啧嘴情性气体浮游法简称。该设音设有两个石墨制的气体旋转啧嘴,气体通过啧嘴的转子形成细小分散的小气泡,同时随着转子搅动的熔体使气泡均匀的分散到整个熔体中,增加了气一液的接触面积,延长了气泡在铝液中的运动距离和停留时间,使气体体积增加,吸附熔体中的气体和氧化夹杂物浮游到熔体表面,从而产生除气、排杂的净化效果。此法避免了向铝液单一方向吹入气体,造成气泡聚集、上浮形成的气体连续通道,而影响净化效果。这种方法的除氨效率是传统的单管啧吹法的3倍。传统的单管啧吹处理后熔体的含氨量为0.2ni/100ng,而用SMF法净化处理后的熔体含氨量为0.08n1/100ng.因此,各大铝熔铸厂现在均采用旋转啧头吹气法对铝液进行净化处理。
  过滤净化除氨处理后的过滤是去除铝熔体中非金属夹杂物最有效和最可靠的手段。过滤方式有多钟,效果最好的有刚玉过滤管和泡洙陶瓷过滤板,刚玉管过滤器过滤效率高,但价格较昂责、使用不方便。而泡沫陶瓷过滤板是近几年发展起来的新型陶瓷过滤材料。它的特点是使用方便,过滤效果好,价格低。泡沫陶瓷过滤板过滤在全世界广泛使用,发达国家50%以上的铝合金熔体都采用泡沫陶瓷过滤板过滤。目前,一般采用箱式泡沫陶瓷过滤板技术的较多,它是一套带有气体预热盖系统的过滤箱。铝液从过滤板通过时,熔体中的夹杂物经过过滤器机械阻隔而达到排除分离的目的。这种方式过滤效果好。其过滤精度为10um 3在线净化处理的发展一一复合净化多年的生产实践证明,各种净化方法都有一种主要作用,但又兼有另一种作用,所以采用一种工艺要同时有效除气和排杂是困难的。因此国外净化的发展趋势是从单一净化向复合净化发展。即集除气、排杂为一体的净化复合。如:美国铝业公司的469法,英国铝业公司的FILD法等,都是将除气和过滤相接合的复合净化,据称这是未来很有发展前途的先进净化处理技术,净化方法,在工艺上均是较先进合理的,也注意到环境保护等要求,与传统的炉内净化工艺相比,化效果好,效率高,不污染环境,可在线连续净化,为生产高质量铝熔体创造了条件。

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