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哈雷釬焊板式換熱器
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氯氣一鹽水換熱器的設計及效益分析

點擊:2010 日期:[ 2014-04-26 22:21:40 ]
                          氯氣一鹽水換熱器的設計及效益分析                                 張 寅   周 衛   孟文進                          (北京化二股份有限公司,北京100022)     【關鍵詞】氯氣顯熱;鹽水預熱;列管換熱器;降低汽耗     【摘要】介紹了利用來自隔膜法電解裝置的氯氣的顯熱預熱鹽水的工藝改進措施,具體闡述了氯氣一鹽水換熱器的設計方案,工藝改進后節約蒸汽費用97萬元/a。     【中圖分類號】TQ114.15 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008—133X(2006)09—0039—02     北京化二股份有限公司(以下簡稱“北化二”)隔膜法電解裝置由108個“D30一II型”電解槽組成,生產能力為6萬t/a。按工藝指標要求,隔膜電解入槽鹽水的溫度應在75—85℃ ,而從鹽水工段來的精鹽水溫度為50(冬季)一60℃(夏季),以前入槽鹽水用蒸汽直接預熱,一般月耗蒸汽為1 200(夏)一2 500 t(冬),直接影響隔膜堿的生產成本。充分利用從電解槽出來的氣體的顯熱,可以提高入槽鹽水溫度,節約蒸汽,降低成本。曾有人提出利用出電解槽的氫氣顯熱來提高入槽鹽水溫度,北化二技術人員經過分析認為,其安全性較差。因為從電解槽出來的氫氣呈微正壓狀態,在與鹽水進行換熱時,一旦換熱器內漏,氫氣就會跟隨鹽水進入電解槽,在電解槽陽極室與氯氣混合,有發生爆炸的危險。于是選擇了利用氯氣顯熱來提高入槽鹽水的溫度。     1 新工藝流程設計方案     原設計讓精鹽水先經過氯氣預熱,再用蒸汽補充加熱,以達到人槽鹽水的溫度要求。但受原有管道走向及設備位置的影響,氯氣一鹽水換熱器只能放到蒸汽一鹽水換熱器的后面。氯氣一鹽水換熱器設計為鈦列管式換熱器,在鈦列管式換熱器中精鹽水低進高出走殼程,濕氯氣高進低出走管程,精鹽水與濕氯氣逆流換熱,濕氯氣冷卻在70℃ 以下,精鹽水溫度提高6℃ 以上。     2 方案設計條件     2.1 換熱條件     此項目設計的氯氣一鹽水換熱器由419根25.8 的鈦管組成,鈦管長3 019 mm。|s:1T×0.025 8×3.019=102.5 (m )2.2 操作條件操作條件為:氯氣出電解槽溫度92℃ ,與鹽水換熱后氯氣溫度70℃ ,精鹽水入換熱器溫度為67 ℃ ,精鹽水出換熱器溫度為75℃ 。     2.3 相關計算     已知入槽精鹽水流量為75 m /h,精鹽水比熱c=3.26 kJ/(kg·℃),密度P=1 195 kg/m ,則計算如下。     (1)傳熱溫度     At2=92—75=17(℃),Atl=70—67=3(℃ ),At =(△£2一△£。)/ln(At2/At1)=8.07(℃)     (2)精鹽水預熱所需能量     Q=m ·c·At=P·V·c·At=1 195 X 75 X3.26×8=2.34×10。(kJ/h)=6.5×10 (J/s)     (3)操作條件下需要的換熱面積     取經驗值850 W/(m ·℃),S =Q/(KAt )= 6.5×10 ÷(850×8.07)=94.76(m )。因為S>S ,從設計方案上看完全滿足生產操作條件。     3 設計方案的改進     氯氣一鹽水換熱器投入生產使用后,帶來了新的問題。氯氣通過換熱器后,經過冷卻,在換熱器出口產生1.2~1.8 m /h的氯水。開始時想把氯水打到離子膜脫氯崗位進行脫氯處理,這樣得經過幾百米氯水管;而且由于氯水的凝固點高,在氯水管外還得加電伴熱,須增加投資。經分析認為,可以將氯水直接加至入槽鹽水中。因為氯氣從鹽水中逸出的過程中,鹽水會溶解一部分氯氣,而鹽水飽和氯氣量是一定的,氯水加入到鹽水中就減少了氯氣被鹽水溶解的量,這樣既可以提高氯氣產量,又可以解決氯水處理所發生的費用問題。于是增加了氯水罐和氯水泵,氯水罐為 2 000×1 000,材質為PVC+FRP,氯水泵型號為40FSB,流量為10 m /h。在操作中,須把氯水平穩地加至入槽鹽水中。具體工藝流程如圖1。    4 項目的經濟效益    4.1 節約蒸汽費用     使用氯氣一鹽水換熱器后,非常有效地節省了蒸汽用量,可節約蒸汽0.87 t/h左右。節約蒸汽用量計算如下。     (1)精鹽水流量為75 m /h,密度為1 195kg/m ,比熱為3.39 kJ/(kg·cC)。     (2)精鹽水被92℃ 濕氯氣加熱,溫度升高8~10℃ ,冬天時溫升小些,所以全年平均取At=6℃ 。    (3)蒸汽壓力為0.4 MPa時,其潛熱r=2 113kJ/kg。     (4)回收熱量:Q=c·m ·At=3.39×75×1 195×6=1.82×10 (kJ/h),折算成蒸汽為:1.82×10 ÷2 113=0.87(t/h)。    (5)節約蒸汽:0.87×8 000=6 960(t/a)。蒸汽按140元/t計算,全年可節約蒸汽費用97萬元,效益可觀。                     4.2 節約冷卻水及硫酸用量     該項目大大降低了氯氣干燥時冷卻水用量,濕氯氣經鈦冷卻器冷卻后,出口濕氯氣溫度容易達標,大大減少了濃硫酸的消耗,降低了氯中含水量。     4.3 節約氯水處理費用     如果氯水送到脫氯崗位進行脫氯處理,則要增加相應的保溫、輸送及處理費用。按此設計,既可以提高氯氣產量,又可以避免氯水處理所發生的費用問題。     5 結 語     該項目于2003年初投入至今,運行穩定,投資少,效益大,很值得推廣。由于此項技術改造是在原有工藝基礎上進行的,受原有管道走向及設備位置的影響,氯氣一鹽水換熱器放到蒸汽一鹽水換熱器的后面,預熱程序不是很理想。如果有條件,精鹽水應先經過氯氣換熱器預熱,再用蒸汽換熱器進行補充加熱。這樣更有利于控制入槽鹽水的溫度,還可以更好地節約蒸汽。在能源日益緊張的今天,充分合理的利用能源是我們永恒的追求。                                                    【編輯:董紅果]
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