板式換熱器在氯堿工藝生產(chǎn)中的應(yīng)用

周舒 顧濤 新疆圣雄氯堿有限公司

氯堿生產(chǎn)是一種高能耗的產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，隨著氯堿廠生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，總能耗也越來(lái)越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應(yīng)用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴(kuò)建中顯得越來(lái)越重要。板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能高效的換熱設(shè)備。與列管換熱器相比：它占地面積只相當(dāng)于列管換熱器的20%左右。由于增加擾動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱，傳熱效率提高了4～5倍。它組裝靈活，熱損失小，不需要保溫層，同時(shí)質(zhì)量輕，拆卸、檢修方便，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中。隨著氯堿廠生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，總能耗也越來(lái)越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應(yīng)用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴(kuò)建中顯得越來(lái)越重要。

一、工作原理及性能對(duì)比

在板式換熱器中，板片是傳熱元件，懸掛在導(dǎo)桿上，板片上面還貼有密封墊片，板片按設(shè)計(jì)要求組裝后壓緊。流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)，是通過(guò)板片上的角孔進(jìn)入板片通道，冷熱流體間達(dá)到換熱的作用。普通的板式換熱器主要用于無(wú)相變的換熱場(chǎng)合，還有冷凝式板式換熱器用于氣體冷凝，以及耐壓較高的焊接式板式換熱器。

板式換熱器與管殼式換熱器的性能對(duì)比見(jiàn)表1。

二、氯堿廠工序分析

（一）硅整流工序

硅整流工序的兩種換熱器均屬于液液換熱。其中變壓器的油冷卻器可使用鋁黃銅板片材質(zhì)、耐油丁腈橡膠墊片的板式換熱器；整流柜的純水冷卻器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材質(zhì)、丁腈橡膠墊片的板式換熱器。

（二）鹽水工序

鹽水預(yù)熱器屬于氣液換熱，同時(shí)由于鹽水介質(zhì)電化學(xué)腐蝕的存在，板片材質(zhì)必須使用1Cr18Ni9Ti以上奧氏體不銹鋼，墊片為丁腈橡膠的冷凝式板式換熱器。

（三）氯氣處理工序

在氯氣處理工序中，鈦管冷卻器板片可使用TA2鈦材材質(zhì)，由于濕氯氣的化學(xué)腐蝕較重，所以選用耐氧化的三元乙丙橡膠墊片，同時(shí)有氯水的冷凝，必須使用冷凝式板式換熱器；同樣氯水冷卻器可使用板片材質(zhì)為T(mén)A2、墊片為三元乙丙橡膠的板式換熱器；納氏泵的循環(huán)酸、各塔循環(huán)酸換熱器板片可使用耐濃硫酸和氯氣腐蝕的哈式合金C-276材質(zhì)以及氟橡膠墊片。

（四）液氯工序

在液氯工序中，無(wú)論使用氨制冷還是使用氟里昂制冷，制冷劑的液化均可使用板片材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的板式換熱器，由于壓縮后的氣體壓力較高，所以此板式換熱器必須選用焊接式的，雖然板片無(wú)法拆檢，但由于介質(zhì)腐蝕性較弱，使用壽命仍可達(dá)8年以上。氯氣液化器可使用板片材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的冷凝式板式換熱器、其墊片同鈦管冷卻器一樣選用三元乙丙橡膠。

（五）電解工序

由于電解液的腐蝕包括氯離子的孔蝕、堿脆和電化學(xué)腐蝕，因此電解液預(yù)熱器必須使用1Cr18Ni9Ti或Mo2Ti的奧氏體不銹鋼板片材質(zhì)、墊片選用耐強(qiáng)堿的丁基橡膠。

表1 板式換熱器與管殼式換熱器的性能對(duì)比

三、工藝實(shí)施過(guò)程注意事項(xiàng)

1.當(dāng)換熱介質(zhì)中含有固體顆粒、纖維狀物質(zhì)時(shí)，例如一次水或循環(huán)水，應(yīng)當(dāng)在換熱器前面安裝過(guò)濾器。

2.板式換熱器投入使用時(shí)，應(yīng)緩慢打開(kāi)高溫介質(zhì)入口閥門(mén)，使其充滿高溫側(cè)板程，然后再打開(kāi)低溫介質(zhì)的入口閥門(mén)。嚴(yán)禁壓力、溫度急劇變化。

3.通過(guò)分析介質(zhì)成分或判斷壓力變化情況，發(fā)現(xiàn)有兩種介質(zhì)相串通的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停車，查出并更換損壞的板片。

4.嚴(yán)格控制使用溫度與壓力在允許值以下，否則會(huì)加速密封墊的老化，造成嚴(yán)重泄漏等情況。

5.檢查發(fā)現(xiàn)換熱板束泄漏時(shí)，應(yīng)做好標(biāo)記，以便設(shè)備拆開(kāi)后，迅速查出損壞的板片和密封墊片，換上新的換熱板片和密封墊片。

6.開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)換熱器冷熱不均，應(yīng)先檢查換熱器內(nèi)是否有空氣沒(méi)放干凈，然后檢查換熱板片是否加錯(cuò)，通道是否堵塞，并采取相應(yīng)的有效措施進(jìn)行處理。

7.板式換熱器停車時(shí)，應(yīng)緩慢關(guān)閉低溫介質(zhì)入口閥門(mén)，隨即緩慢關(guān)閉高溫介質(zhì)入口閥門(mén)，然后關(guān)閉低溫介質(zhì)的出口閥門(mén)，再關(guān)閉高溫介質(zhì)的出口閥門(mén)。禁止壓力、溫度發(fā)生急劇變化。

四、設(shè)備改造升級(jí)及維修

（一）設(shè)備改造升級(jí)

隨著時(shí)間的推移，新工藝、新技術(shù)的出現(xiàn)，以及對(duì)原設(shè)計(jì)局部的優(yōu)化都要求對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行材質(zhì)或能力改造升級(jí)，所以設(shè)備改造類項(xiàng)目數(shù)量較多。設(shè)備改造升級(jí)類項(xiàng)目主要集中在換熱器材質(zhì)升級(jí)、管線及儲(chǔ)罐材質(zhì)升級(jí)等方面。比如氯氣壓縮機(jī)段間換熱器材質(zhì)升級(jí)為銅鎳合金，脫氯單元換熱器材質(zhì)升級(jí)為鈦鈀合金，鹽水儲(chǔ)罐由碳鋼襯膠改為玻璃鋼材質(zhì)，電解槽陰極出口非金屬管線升級(jí)為鎳管線，電解槽陽(yáng)極出口非金屬管線升級(jí)為鈦管線等。

氯氣壓縮機(jī)的段間換熱器，作用是降低氯氣各級(jí)壓縮后的溫度，原設(shè)計(jì)材質(zhì)為碳鋼，結(jié)構(gòu)為管殼式。氯氣壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)10年左右的運(yùn)行，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)部分碳鋼列管存在明顯的減薄，為了防止發(fā)生泄漏后干氯氣與循環(huán)水接觸，對(duì)設(shè)備造成腐蝕，決定對(duì)段間換熱器進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)。改造升級(jí)方案分為2種：（1）將列管升級(jí)為銅鎳合金材質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)是材質(zhì)性能好、壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、制造周期長(zhǎng)；（2）采用碳鋼涂刷環(huán)氧防腐涂層，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、制造周期短，缺點(diǎn)是涂層對(duì)換熱效果有輕微影響，且有脫落風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終分2批次對(duì)9臺(tái)段間換熱器進(jìn)行了更換，其中4臺(tái)段間換熱器升級(jí)為銅鎳合金，5臺(tái)段間換熱器變更為碳鋼加環(huán)氧防腐涂層。其中銅鎳合金運(yùn)行后換熱效果良好，設(shè)備無(wú)明顯減薄。碳鋼加環(huán)氧防腐涂層換熱器剛在2019年6月更換，目前換熱效果良好，涂層牢固性有待持續(xù)跟蹤。鹽水工序的儲(chǔ)罐最初設(shè)計(jì)多是碳鋼襯膠材質(zhì)，但是多年運(yùn)行后，經(jīng)常出現(xiàn)襯膠脫落、碳鋼腐蝕泄漏等問(wèn)題，每年檢修都須花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行清理儲(chǔ)罐、補(bǔ)焊漏點(diǎn)、修補(bǔ)襯膠。為了集中解決這一問(wèn)題，樂(lè)金渤海逐年將舊儲(chǔ)罐更換成為玻璃鋼材質(zhì)的儲(chǔ)罐，現(xiàn)在已經(jīng)完成一次鹽水儲(chǔ)罐、二次鹽水儲(chǔ)罐、返回鹽水儲(chǔ)罐的更換，綜合運(yùn)行情況良好，有效減少了鋼襯膠年年修補(bǔ)的問(wèn)題。

（二）設(shè)備維修

當(dāng)板式換熱器拆檢清洗后或板片、墊片損壞時(shí)，應(yīng)進(jìn)行維修。（1）板式換熱器在拆卸前，應(yīng)測(cè)量板束的壓緊長(zhǎng)度尺寸，以便在重裝時(shí)使用。（2）密封墊片若粘在兩板片間的溝槽內(nèi)，應(yīng)小心地用工具從易剝離的部位插入，然后沿其周邊進(jìn)行剝離，切不可損壞板片和密封墊片。（3）檢查換熱板片是否有穿孔情況，一般用放大鏡檢查。奧氏體不銹鋼板片可先用磁鐵粗檢，再用放大鏡檢查。（4）如果發(fā)現(xiàn)介質(zhì)出入口及通道內(nèi)有雜物積累，則說(shuō)明過(guò)濾器失效，應(yīng)及時(shí)清掃過(guò)濾器。（5）換熱板片結(jié)疤時(shí)，切忌用鋼絲刷子來(lái)洗刷，尤其是不銹鋼板片，以防止加速板片的腐蝕。（6）拆卸氯氣處理的鈦材板片時(shí)，嚴(yán)禁與明火接觸，以防氧化。（7）檢查密封墊片是否有老化、裂紋等缺陷，禁止用硬的物品在表面上亂劃。（8）板式換熱器的一個(gè)板片損壞而無(wú)備件時(shí)，可將此板片和相鄰的板片同時(shí)取下，再擰緊夾緊螺栓。（9）板片組裝時(shí)，可用刷子將密封膠涂在板片的溝槽內(nèi)，然后壓入密封墊片，最后把板片組裝起來(lái)即可。

五、結(jié)語(yǔ)

板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效的新型換熱設(shè)備。在氯堿生產(chǎn)中應(yīng)用新型的板式換熱器，占地面積比列管換熱器減少80%，投資降低50%～70%，傳熱效率提高了400%～500%。由于選用的材質(zhì)較好，使用中只要按規(guī)程操作就可以保證氯堿裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行。同時(shí)板式換熱器質(zhì)量輕，換熱器外不需要保溫。在使用中如果阻力增大或結(jié)垢，清洗比較容易。板片損壞或密封墊片泄漏時(shí)，拆卸、檢修也比較方便。因此在氯堿生產(chǎn)中應(yīng)盡可能選用板式換熱器。