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新型列管式石墨换热器在合成氨生产中的应用

点击:1536 日期:[ 2014-04-26 22:06:24 ]
新型列管式石墨换热器在合成氨生产中的应用                        宋建波                               (山东海化华龙硝铵有限公司  261055)                         殷志军             (青岛金利康化工设备有限公司 266600)   摘要:简要介绍了石墨换热器的特点、使用情况及经济效益。   关键词:列管式石墨换热器 合成氨生产  应用    在合成氨生产过程中,始终伴随着热量交换,特别对化肥企业来说夏季气温上升, 压缩机出工不出力现象普遍存在。    夏季气温上升, 半水煤气脱硫后进入清洗塔清洗, 而清洗塔在烈日暴晒下, 温度高达 40~43℃,使半水煤气在 40℃的水饱和蒸汽压为880mmH2O( 8.63kPa),半水煤气在2600mmH2O(25.50kPa)( G)出清洗塔进入压缩机一段,一般由清洗塔到压缩机一段的半水煤气总管长100m,流速为 8~10m/s,温度到达压缩机前可达到44℃,因而压缩机在夏季存在“有气无力”的现象。      在夏季水温高, 压缩机“有气无力”、传热效果差、能耗高是制约合成氨生产的主要问题, 对化肥企业来说, 夏季是销售旺季, 需要生产装置满负荷运行。针对以上问题我们经过了反复的研究, 决定采用新型列管式石墨换热器, 用在压缩机一段前, 取得了良好的经济效益。   1 新型石墨换热器设备    ( 1) 不透性石墨材料     不透性石墨是一种由人造石墨及合成树脂通过浸渍、压制、浇铸等方法制得新型的结构材料, 它和其它一切非金属耐腐蚀材料的区别在于, 除了具有高度的化学稳定性能, 还具有极高的导热性能且不污染介质, 不易结垢, 因而大大的扩展了其应用范围。      在化学稳定性方面, 不透性石墨除了强氧化性酸及碱外, 对大部分化学介质都是耐腐蚀的,特别含氯离子的介质。      在导热性方面, 浸渍石墨的导热系数为100~110W/m·K, 其导热系数和铜、铝相仿, 是普通碳钢 2.5 倍以上, 通常将其制作热交换器就是根据这一特点。   在热稳定方面, 酚醛浸渍石墨一般可以承受170℃左右的温度, 其热膨胀系数很小, 大约为0.4~0.45×10-5/K。    ( 2) 新型热交换设备    新型列管式石墨热交换器两端为固定管板,管板与换热管连接使用高弹性耐腐蚀橡胶材料,实行三道弹性密封,设备结构简单,抗震性好、传热性能好, 且操作阻力小,易维护和清理。彻底消除了传统石墨换热器结构上因粘结剂与浸渍石墨块材料线胀系数的明显差异所引起的应力破坏,消除了温度作用下石墨换热管“差异伸长”和温度不均布因素导致的破坏作用。即使在温差较大条件下,运行仍然稳定可靠。设备全部采用活性连接, 换管方便, 换热面积不减少,避免因堵管造成的整机报废情况。该新型石墨换热器许用压力可达到 1.0MPa, 使用温度可达到 150 ℃。   2 在合成氨中的应用    为了解决压缩机“有气无力”问题, 以前有一些厂家采用以喷淋式和喷射式为主的混合热交换器, 有的直接采用冷冻水进行降温。前者存在着诸如电耗高、有效气体成分损失、气水分离等系列问题, 而后者投资大、耗能更高。在压缩机前增设石墨管煤气冷却器, 考虑到夏季煤气温度平均 46℃, 故而采用温度较低的一次性地下水( 温度为 16℃) 对煤气进行冷却, 这样压缩机一段入口温度在夏季可降低 10℃以上, 可以始终保持压缩机满负荷运行。    ( 1) 应用情况分析    根据克拉伯龙方程: PV=MRT 可知, 降低压缩机一段进气温度, 可以提高压缩机打气量。以8×104t/a 合成氨计算( 投资约 50 万元) , 其新型石墨换热器传热面积为 712m2, 按降低 10℃计算, 可增加输气量为 2.3% 。    ( 2) 经济效益     在正常情况下, 原来系统日产氨 280t, 则按氨产量折算, 新型石墨冷却器投产后可增加产量280×2.3%=6.44( t/d) , 高温季节按每年 150 天计算, 则每年因此增加产量 6.44×150=966( t/a) 。    按合成氨价格1800 元 /t,吨氨耗煤 700×1.3=900 元, 吨氨其它费用50元,耗水费用约500元 /天,则每年增加效益:    (1800-900-50)×966-150×500=74.61 万元    通过以上计算可以看出, 合成氨生产装置在压缩机一段入口采用新型石墨换热器可有效提高设备运行负荷, 增收节能, 不到一年即可收回设备投资。    总之, 从平度天柱等几个厂家使用情况来看, 新型石墨换热器的使用取得了令人满意结果。我们相信, 其使用前景将会更好。
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