降膜管的國產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

東娟 羅耿波 霍沛君

摘 要：文章就降膜蒸發(fā)器的損壞原因進(jìn)行了分析，從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：降膜蒸發(fā)器；降膜管；優(yōu)化設(shè)計(jì)；改進(jìn)

1 前言

降膜管是生產(chǎn)片堿的重要設(shè)備之一，國外進(jìn)口的降膜管一般可用三年以上，而我們?cè)O(shè)計(jì)制造的降膜管一般生產(chǎn)周期為一年左右，最短的四個(gè)月，最長的一年八個(gè)月，針對(duì)這種情況，我們結(jié)合用戶讓我們修理的破損的降膜管，從原理上進(jìn)行了分析，對(duì)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

2 結(jié)構(gòu)原理

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

3 降膜蒸發(fā)器損壞原因分析

3.1在降膜管檢查中，我們發(fā)現(xiàn)降膜管底部腐蝕情況比較嚴(yán)重，有粉末狀物質(zhì)粘附在降膜管內(nèi)壁，用戶介紹其使用的其它降膜管的泄漏也是發(fā)生在這一位置，所用材料為Ni99.0，相當(dāng)于國產(chǎn)的N6，我們認(rèn)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(huì)在晶粒邊界上析出成石墨狀態(tài)，因而使鎳的機(jī)械性能變壞、發(fā)脆、韌性下降。當(dāng)（C）≤0.02%時(shí)，不超過碳在鎳中的溶解度，高溫下不會(huì)有碳在晶粒邊界上析出。因此，采用N6工業(yè)純鎳作降膜管不是很適宜。

3.2 膨脹節(jié)腐蝕、破損嚴(yán)重，波形失真。

膨脹節(jié)材質(zhì)為低合金鋼，夾套內(nèi)熔鹽的溫度一般在在450°，低合金鋼425°長期使用的情況下，會(huì)有石墨化傾向，導(dǎo)致膨脹節(jié)變脆，失去補(bǔ)償功能，降膜管補(bǔ)償量不夠造成降膜管變形損壞。

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

3.4 據(jù)用戶介紹，在片堿生產(chǎn)中，有時(shí)片堿濃度達(dá)不到規(guī)定要求，可以通過提高熔熔鹽溫度來實(shí)現(xiàn)。如熔鹽溫度過高，會(huì)引起熔鹽的分解，不但使膨脹節(jié)因補(bǔ)償量的增大而變形失效，也使夾套材質(zhì)變形失效。用戶提供的破損的降膜管夾套材質(zhì)為ST37.8/Gr1鋼管，德國的材料牌號(hào)，相當(dāng)于國產(chǎn)的10# 鋼管，使用溫度為450°，基本已達(dá)到其允許使用溫度上限（475°），一旦超溫使用，應(yīng)力值嚴(yán)重下降，從而引起降膜管的變形損壞。

3.5 設(shè)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(jìn)

4.1 對(duì)降膜管材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)行的JB/T4756-2006 標(biāo)準(zhǔn)，300℃以上N6已無強(qiáng)度計(jì)算數(shù)據(jù)，在高溫下N5更為合適。因此降膜管內(nèi)筒材質(zhì)改為國產(chǎn)低碳鎳N5。

4.2 對(duì)原膨脹節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)原膨脹節(jié)存在的問題.我們對(duì)補(bǔ)償量做了適當(dāng)增加。膨脹節(jié)由上海永鑫波紋管公司提供，膨脹節(jié)5（0.3X5）層10波，位移保證21mm。材質(zhì)由低合金鋼改為補(bǔ)償功能更好的不銹鋼。

4.3分配器堿進(jìn)口處增加環(huán)形擋板，以提高堿液的均勻分配程度，減少干壁現(xiàn)象的產(chǎn)生。見圖1。

圖1

4.4 在熔鹽進(jìn)口處增設(shè)錐形擋板，以減少熔鹽對(duì)降膜管的影響。如圖2。

圖2

4.5 走熔鹽介質(zhì)的夾套材質(zhì)改為不銹鋼，其使用溫度上限為700℃，彈性模量，線脹系數(shù)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(zhuǎn)90°，槽底與內(nèi)筒管間隙1.5 mm.主要用來防止降膜管夾套堵塞，同時(shí)增加熔鹽湍流，提高熱交換能力。

圖3

4.7 設(shè)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(fā)的成膜原理中我們知道，降膜管垂直度對(duì)成膜的均勻有較大影響，如果不垂直，堿液在管內(nèi)會(huì)形成偏流，導(dǎo)致膜厚薄不均，甚至出現(xiàn)斷流的現(xiàn)象，從而引起降膜管的變形損壞。因此增加降膜管的技術(shù)要求，對(duì)其內(nèi)筒與安裝基面提出垂直度要求。

5 結(jié)束語

雖然作設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但了解降膜蒸發(fā)器的工藝流程，蒸發(fā)原理，成膜條件，對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要作用。同時(shí)與用戶的交流溝通，對(duì)其使用情況的了解，對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)也具有重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李學(xué)斌.影響降膜蒸發(fā)器中成膜原因分析[J].氯堿工業(yè)，2001，6：18-19.

[2]GB16749-97.壓力容器波形膨脹節(jié)[S].

[3]HG20580-98.鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定[S].

[4]GB150-98.鋼制壓力容器[S].