苯酐切換冷凝器國(guó)產(chǎn)化情況總結(jié)及展望

1、苯酐切換冷凝器國(guó)產(chǎn)化情況總結(jié)及展望苯酐工業(yè)2010 年第 1 期技進(jìn)展苯酐切換冷凝器國(guó)產(chǎn)化情況總結(jié)及展望伍楚同湖南省送變電建設(shè)公司器材廠苯酐切換冷凝器（熱熔冷凝器）是苯酐生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備之一,我國(guó)原使用的苯酐切換冷凝器大部分為非定型產(chǎn)品,基本上是根據(jù)生產(chǎn)要求,由苯酐生產(chǎn)廠自己設(shè)計(jì)圖紙,交非專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)或苯酐生產(chǎn)廠自己制造.我國(guó)原有苯酐切換冷凝器多采用的是圓形翅片傳熱管.翅片與基管的結(jié)合采用套片,張力纏繞和點(diǎn)焊等方法,其間有較大的附加接觸熱阻,影響了使用效果.國(guó)外公司生產(chǎn)的大型電站空冷器和化學(xué)工業(yè)用的冷凝器均大量采用了矩形翅片橢圓管,翅片與基管結(jié)合采用焊接方法,提高了翅片管的傳熱性能

2、.我國(guó)苯酐生產(chǎn)廠商約有8O 多家 ,苯酐切換冷凝器保有量約400多臺(tái)，每年將更換4O臺(tái)左右.湖南省送變電建設(shè)公司器材廠1990 年為濟(jì)南化工五廠研制生產(chǎn)3000a苯酊的苯酊切換冷凝器獲得成功 .1991 年該產(chǎn)品獲湖南省經(jīng)委頒發(fā)的省級(jí)新產(chǎn)品證書(shū).在東莞盛和化工有限公司5萬(wàn)t/a與上海焦化有限公司4 萬(wàn) t/a 的苯酐切換冷凝器已成功運(yùn)行.到目前為止,我廠已成功開(kāi)發(fā)了為6 萬(wàn) t/a苯酐裝置配套的苯酐切換冷凝器可以替代進(jìn)口產(chǎn)品 ,價(jià)格大約只有進(jìn)口產(chǎn)品的1/3.截止目前,湖南送變電建設(shè)公司器材廠生產(chǎn)的苯酐切換冷凝器已在國(guó)內(nèi)外40 多個(gè)苯酐生產(chǎn)廠投人使用.國(guó)產(chǎn)苯酐切換冷凝器在設(shè)計(jì)上充分消化吸收了國(guó)外

3、的先進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國(guó)用戶的具體情況進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn).傳熱管束的傳熱實(shí)驗(yàn)證明了橢圓翅片管束傳熱系數(shù)比圓翅片管束高25%以上,單位體積的傳熱量增加40%以上,且管束外側(cè)流動(dòng)阻力下降30%.實(shí)際使用中的熱熔和冷凝的性能指標(biāo)也大大優(yōu)于原有產(chǎn)品.,主要技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)1 .技術(shù)參數(shù)（為實(shí)際工藝流程問(wèn)題確定）生產(chǎn)能力:每臺(tái)每年在設(shè)計(jì)條件下生產(chǎn)的苯酐量 （t/a）.工作壓力:含苯酐的反應(yīng)混合氣的殼程壓力0.055MPa通過(guò)導(dǎo)熱油白管程壓力 0.58MPa.工作溫度:殼程22O,管程220.保溫蒸汽:操作壓力0.54MPa,操作溫度164 .2 .技術(shù)指標(biāo)平均傳熱系數(shù):K=5.5W/m .苯酊捕集效率：T1=9

4、9.5%以上.凝華強(qiáng)度:每平方米換熱面積所凝華的苯酐干量 M=0.375kg/m.根據(jù)同行業(yè)廠家報(bào)告及行業(yè)協(xié)作組測(cè)試數(shù)據(jù)上述指標(biāo)居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平,有的達(dá)到國(guó)際水平（原來(lái)國(guó)內(nèi)水平是:K=3.5w/m ,-q=97%,M0.25kg/m).二 ,苯酐切換冷凝器的設(shè)計(jì)1 .總體設(shè)計(jì)20 多年前,單臺(tái)苯酐切換冷凝器換熱面積主要為600m和800m,現(xiàn)在最大可達(dá)6000m.如山東宏信化工股份有限公司,齊魯石化有限公司淄博增塑劑廠和伊朗MOVALLEDANSANAYECHEMI公司 2 萬(wàn) t/a 苯酐裝置采用我廠生產(chǎn)的3200m 苯酐切換冷凝器,東莞盛和化工有限公司5 萬(wàn) t/a,上海焦化有限公司4 萬(wàn)

5、t/a 苯酐裝置采用我廠生產(chǎn)?29?巷拄 J 畏苯酐工業(yè)2010 年第 1 期的 4500m 苯酐切換冷凝器.翅片管束采用橢圓形管矩形翅片.根據(jù)橢圓管的氣體流型,分為大橢圓管及小橢圓管兩種規(guī)格.對(duì)于大型的苯酐切換冷凝器,一般采用大橢圓管比較經(jīng)濟(jì).其關(guān)鍵在于管的布置,為了避免氣流走短路 ,工藝上采用中心線交錯(cuò)排列.翅片與管的連接采用電阻焊.總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1.翅片與翅片之間的間距,從氣體入口到氣體出口是從大到小變化的.管間距和排間距是不變化的.翅片與殼體之間的間隙一定要很小,以防氣流走短路.氣體的入口無(wú)氣體分布管,出口有時(shí)可以加特殊的擋板,一般以鄰二甲苯為原料的苯酐切換冷凝器,其氣體走向?yàn)樯线M(jìn)下出,

6、導(dǎo)熱油走向?yàn)橄逻M(jìn)上出.而以萘為原料的苯酐切換冷凝器,其氣體走向是下進(jìn)上出,導(dǎo)熱油走向是上進(jìn)下出.以單位傳熱面積計(jì)氣流速度要<7.5Nm/h?m.一般按6.5Nm./h?m設(shè)計(jì).如果超過(guò)，則會(huì)因沖刷而帶走苯酐.另外如果冷凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng),結(jié)晶苯酐量過(guò)多也會(huì)造成夾帶現(xiàn)象.以單位傳熱面積計(jì)，最大苯酊凝結(jié)量一般不超過(guò)1.5kg/m.氣體停留時(shí)間影響不大.油路系統(tǒng)采用聯(lián)苯醚為介質(zhì),這樣可以避免普通導(dǎo)熱油長(zhǎng)期使用結(jié)焦而堵塞管路.對(duì)于1.5萬(wàn) t/a的冷油泵Q=440m/h,P出=5.5bar熱油泵Q240m/h,P出=4.7bar每臺(tái)苯酊切換冷凝器有45個(gè)管箱，換熱面積大的采用雙連通主油管，換熱面積小的采

7、用單連通主油管.在整個(gè)殼體外壁焊有保溫伴管,頂部殼體始終用熱油加熱,底部和殼體的保溫油與內(nèi)部翅片管串聯(lián)并同步,以保證苯酐不在殼體上沉積,避免產(chǎn)生順?biāo)猁}或酞酸鹽.在鄰二甲苯法的苯酐切換冷凝器中,因冷的氣體從下部排出,僅下部的人孔和出氣管設(shè)有蒸汽保溫夾套;萘法苯酐切換冷凝器則相反,僅上部的人孔和出氣管有保溫夾套.不管苯酐切換冷凝器的面積大小如何,其外形僅僅改變寬度或長(zhǎng)度的尺寸,而高度基本不變,從而使沿列管高度的溫度分布相同 ,使凝華過(guò)程相似.?30-圖 1 翅片管束總體設(shè)計(jì)2 .苯酐切換冷凝器的計(jì)算c 氣體 (Nm3h.m;C 最大 =7?5Nm h.mC 負(fù)荷:=ckm;C 負(fù)荷 ,最大=1.5

8、kg/mTz=TB+Ts+TRTn 等c 氣體氣體負(fù)荷參數(shù) Nm/h?mC 負(fù)荷苯酐負(fù)荷參數(shù)kg/mVga8總氣體量Nm3/h?mG 苯酐總苯酐氣體量kg/hf氣體中苯酊含量g/NmF苯酊切換冷凝器的額定面積mT 切換周期 hT 每個(gè)苯酐切換冷凝器的冷凝運(yùn)行時(shí)間 hT熱火時(shí)間h,最短為4O分鐘T 苯酐切換冷凝器預(yù)冷時(shí)間 h, 最短為 30分鐘nses-苯酊切換冷凝器總數(shù)量n投入運(yùn)行的苯酊切換冷凝器數(shù)量苯酐切換冷凝器油路壓力損失表1（即壓力降 P表）中給出的壓力降是按照所給出的油量和單位重量為950kg/m 計(jì)算的 .實(shí)際壓力降應(yīng)按下式進(jìn)行校正:AP 實(shí)際二zP 表x （K1 XK2校正系數(shù)K1

9、 是根據(jù)以萘為原料運(yùn)行的熱熔冷凝器考慮的.K1=0.97,K2 為當(dāng)加熱管尺寸（直徑 /壁厚）發(fā)生變化時(shí)的校正系數(shù).苯酐工業(yè)2010 年第 1 期 1表 1 額定尺寸下的壓力降額定尺寸2 油程/柬 4 油程/束換熱面積mV（m/h） P（mm 水柱）V（m/h） P（mm 水柱 ）900907.550l6.8 1185908.95Ol9.013501009.350l7.815001158.755l8.417501258.66017.5200014016.22300l5515.02550l7015.12850l9O15.51l038.O330022015.1l3039.8360023011.5l

10、3540.2450026023.2l5O46.03 .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)總體結(jié)構(gòu)苯酐切換冷凝器總體結(jié)構(gòu)大致由三部分組成:一是上部的上殼體,二是中部的翅片管箱組(一般由四至五組翅片管箱組成),三是下殼體.上殼體上側(cè)面裝有進(jìn)氣口,含有苯酐的反應(yīng)氣體由此進(jìn)入熱熔冷凝器內(nèi).上殼體的上部有1 2 個(gè)人孔以便于檢查設(shè)備情況,同時(shí)人孔上裝有防爆片,在設(shè)備發(fā)生異常情況下可以保證設(shè)備的安全.中部的翅片管箱組通過(guò)外部管路連接成一個(gè)整體管路,周期性地通人冷油或熱油.翅片管箱由管板,帶翅片的u 型管束和管箱頭組成,每組翅片管箱上有一組進(jìn)油口和出油口.下殼體上設(shè)有人孔,出氣口和放料口 .人孔是為了檢查設(shè)備情況之用,出氣口是

11、苯酐經(jīng)捕集后的尾氣出口,熱熔后的液態(tài)苯酐經(jīng)放料口放人液態(tài)苯酐槽中,由于苯酐是一種在一定溫度下極易凝華和升華的物質(zhì),所以苯酐切換冷凝器的外殼四周應(yīng)布有保溫伴熱管以防止苯酐凝結(jié).苯酐切換冷凝器的工作原理是:在冷凝周期,熱的苯酐氣體通過(guò)通人冷油的翅片管箱組時(shí),在翅片及管上凝結(jié),這就是捕集;在熱熔周期,翅片管箱組中通人熱油,凝結(jié)在翅片及管上的苯酐熔化后經(jīng)下殼體上的放料口被放入液酐槽中.在每組翅片管箱下有35根支撐管焊在殼體上 ,翅片管箱中通入冷熱交替的油時(shí),翅片管箱熱脹冷縮時(shí)可以在支撐管上滑動(dòng).(2)支撐結(jié)構(gòu)早先的苯酐切換冷凝器氣體為下進(jìn)上出,采用圓形管支撐,易發(fā)生氣體短路,改進(jìn)后,氣體為上進(jìn)下出 ,

12、采用籠形管支撐,氣體不會(huì)在支撐處短路 ,且上部翅片管凝華的大量苯酐在熱熔過(guò)程中對(duì)下部翅片管有清洗作用.苯酊切換冷凝器內(nèi)有34個(gè)翅片支撐管，斷面外形為矩形,內(nèi)有矩形通道.不論苯酐切換冷凝器換熱面積多大,設(shè)備總高基本不變.上部支撐起固定翅片的作用,下部支撐主要起支撐翅片管重量的作用 .支撐內(nèi)通冷油或通熱油的切換周期要和翅片管內(nèi)通冷油或熱油,以及苯酐切換冷凝器外殼上冷卻或加熱用油管里通冷油或熱油的周期同步,以保證苯酐切換冷凝器各部分溫度一致,防止熱脹冷縮不一致造成設(shè)備損壞.苯酐切換冷凝器的底部同樣設(shè)計(jì)有滑動(dòng)支架,以防止冷熱切換的內(nèi)應(yīng)力造成設(shè)備外殼的損壞.(3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須很好地考慮翅片間距問(wèn)題

13、,當(dāng)氣體剛一進(jìn)人苯酊切換冷凝器時(shí)由于與翅片管有較大的溫差,苯酐凝華較多,大量附著在翅片間,氣體不易通過(guò),因此片間距應(yīng)較大.而出口部分則不存在這個(gè)問(wèn)題.采用4個(gè)管箱的苯酐切換冷凝器,從進(jìn)口到出口4 個(gè)管箱的翅片間距一般為14mm,?3l?技術(shù)進(jìn)展苯酐工業(yè)2010 年第 1 期12mm,12ram和9mm.橫向翅片距離很小，其間隙供熱脹冷縮及安裝用即可,縱向翅片之間的間隙為 10mm.翅片與橢圓管的連接是將翅片兩側(cè)沖出的翻邊與管壁接觸部分用高頻電阻焊接,這樣可以大大提高傳熱效率.(4)傳熱油系統(tǒng)在冷凝周期,冷油進(jìn)出苯酐切換冷凝器的溫差為12C;在熱熔周期，熱油進(jìn)苯酊切換冷凝器溫度為200 ,其出口

14、溫度隨時(shí)間而變化.熱油用60bar蒸汽加熱，由于苯酊切換冷凝器為周期性操作 ,加熱負(fù)荷隨時(shí)間變化,為避免蒸汽高峰消耗時(shí)使管網(wǎng)蒸汽發(fā)生波動(dòng),影響其他用戶,設(shè)計(jì)了所謂 熱井系統(tǒng).即采用一臺(tái)大熱油槽,其中熱油不斷經(jīng)油加熱器被加熱,加熱使用恒定的60bar蒸汽量.這相當(dāng)于苯酐切換冷凝器系統(tǒng)熱油的平均熱負(fù)荷，大熱油槽中油溫則周期性地在250C220間變化.另外還設(shè)計(jì)了一臺(tái)小熱油罐,在熱熔周期中熱油由小油罐經(jīng)泵送至苯酐切換冷凝器.在泵的入口有三通閥及混合器,大熱油槽來(lái)的熱油進(jìn)入三通閥與小熱油槽的熱油相混合,以保證出熱油泵油溫為200 ,以此調(diào)節(jié)大熱油槽來(lái)的油量.小熱油罐頂有N2,以保持罐中的一定壓力，并使

15、罐中熱油自動(dòng)流人大槽,保持兩者液面穩(wěn)定.在開(kāi)始由冷油切換到熱油時(shí),先切換進(jìn)苯酐切換冷凝器的油閥，使200cC熱油進(jìn)入翅片管，而出苯酐切換冷凝器的油閥流向暫時(shí)不變,油仍流人冷油罐中 ,直至出油溫度升到一定值才切換出苯酐切換冷凝器油閥,使油返回?zé)嵊凸?此時(shí)冷油罐液面上升到最高值,熱油罐液面下降到最低值,油罐的容積要使得最高液位時(shí)頂部仍有N 的氣封空問(wèn),最低液位時(shí)油泵仍可操作.其存油量與苯酐切換冷凝器的熱負(fù)荷有關(guān)（包括設(shè)備本身熱容量及翅片管上苯酐量）,往往設(shè)備的熱容量更大（例如設(shè)備重 30 噸 /臺(tái) ,而翅片上苯酐重5 噸 /臺(tái) ）.在由熱油切換成冷油時(shí),情況類似,故小熱油罐與冷油罐容積差不多.如上

16、所述,當(dāng)苯酐切換冷凝器油閥開(kāi)始切換,?32?熱油流回小熱油罐后,罐內(nèi)熱油溫度開(kāi)始由200C迅速下降,隨之大熱油槽內(nèi)250C 的熱油自動(dòng)流入熱油泵前三通閥以保持進(jìn)苯酐切換冷凝器熱油溫度為200C,從而大槽液面下降，小熱油罐內(nèi)溫度較低的油自動(dòng)流入大熱油槽.因油加熱器的蒸汽流量是恒定的,故大熱油槽內(nèi)油溫逐漸由250下降,隨著苯酐切換冷凝器的溫度升高,苯酐切換冷凝器出油溫度在經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)（140（2,約 5 分鐘）后開(kāi)始逐漸升高（此時(shí)翅片管上苯酐也開(kāi)始熔化）,大熱油槽內(nèi)溫度經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)(22012,約 15 分鐘 )后也開(kāi)始逐漸回升,待苯酐切換冷凝器出溫與進(jìn)溫相等(約 200 )且小熱油罐內(nèi)油溫達(dá)200時(shí)

17、,大熱油槽內(nèi)熱油不再流人三通閥,此時(shí)大熱油槽內(nèi)溫度恢復(fù)250C,熱熔周期結(jié)束.熱熔周期為60分鐘 .4 .苯酐切換冷凝器的效率(1)效率苯酐的損失量與苯酐切換冷凝器的出氣溫度有關(guān) ,其損失量隨著出氣溫度的提高而陡增.如當(dāng)出氣溫度為60C時(shí)，損失量為0.1g苯酊/Nm;當(dāng)出氣溫度為80%時(shí)損失量為0.8g苯酊/Nm.這個(gè)損失是由物理性質(zhì)決定的,不可避免.為防止機(jī)械夾帶,提高效率,氣體進(jìn)苯酐切換冷凝器后先冷至132飽和溫度,然后氣相濃度隨溫度的降低沿飽和曲線降低.(2)凝華周期鄰二甲苯法生產(chǎn)苯酐一般采用4 臺(tái)苯酐切換冷凝器,其中3 臺(tái)凝華.如果總共采用3 臺(tái)苯酐切換冷凝器 ,2臺(tái)凝華,雖然投資減少

18、,但每臺(tái)需承擔(dān)50%的總負(fù)荷,偶爾有1 臺(tái)需檢修時(shí),則僅有50%的負(fù)荷操作,反應(yīng)器就要停產(chǎn).而如果采用4臺(tái)苯酐切換冷凝器,有 1 臺(tái)停車 ,則仍可維持5 6.7%負(fù)荷,在進(jìn)氣濃渡稍降的條件下仍可保持反應(yīng)器的運(yùn)行.所以目前國(guó)內(nèi)的裝置都是采用4臺(tái)苯酐切換冷凝器.用計(jì)算機(jī)控制操作.其凝華,熱熔,再冷的時(shí)問(wèn)安排如下:苯酐工業(yè)2010 年第1 期凝華 :3小時(shí) 180分一三臺(tái)熱熔:0.75小時(shí)45 分再冷:0.25小時(shí)15 分4 小時(shí) 240 分一四臺(tái)從阻力的角度來(lái)看,采用4臺(tái)苯酐切換冷凝器也比較合理,因?yàn)榇呋瘎┦堑妥枇Φ拇呋瘎┒紧袚Q冷凝器處的阻力相當(dāng)于催化劑阻力的25%一30%.在只有 2 臺(tái)苯酐

19、切換冷凝器,一臺(tái)凝華,一臺(tái)熱熔的情況下,系統(tǒng)阻力會(huì)隨著苯酐切換冷凝器阻力的周期性變化而波動(dòng),后者又引起空氣流量的波動(dòng) .系統(tǒng)對(duì)此十分敏感,故很不利.采用4臺(tái)苯酐切換冷凝器,則隨苯酐切換冷凝器阻力調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥 ,系統(tǒng)的阻力變化比較平穩(wěn).設(shè)計(jì)時(shí)取苯酐切換冷凝器的阻力500mmH:0,實(shí)際操作為350mmH,0左右.5 .苯酐切換冷凝器進(jìn)氣閥進(jìn)氣閥為三桿閥,氣動(dòng)活塞操作,閥頭上有三根桿,其中二根短桿,一根長(zhǎng)桿,閥位可自動(dòng)調(diào)節(jié) ,以保持系統(tǒng)阻力恒定并可以精細(xì)地控制苯酐切換冷凝器.苯酐切換冷凝器出氣口和由出口到水洗塔的整個(gè)管道都沒(méi)有設(shè)計(jì)閥門,但需加熱,由于苯酐切換冷凝器的捕集效率大于99.5%,且出氣管到總管的體積大于苯酐切換冷凝器熱熔時(shí)的體積膨脹量,因此沒(méi)有出氣閥門熱熔時(shí)也不會(huì)有苯酐帶出 .由尾氣水洗液順?biāo)?酞酸=20:1,也可說(shuō)明苯酐切換冷凝器的效率及選擇性很好,這一比值也是苯酐切換冷凝器的重要衡量指標(biāo).國(guó)內(nèi)苯酐生產(chǎn)廠把 30%濃度水洗液濃縮到45%仍未有酞酸析出說(shuō)明順?biāo)?酞酸 >20:1.三 ,設(shè)計(jì)上的改進(jìn)1 .伴熱管以前設(shè)計(jì)的苯酐切換冷凝器殼體上的伴熱管采用圓管直接焊接到殼體上的方法,缺點(diǎn)是如果焊接電流過(guò)大容易造成管子焊穿,形成虛焊,而且整管技l,彗畏焊好以后,試壓時(shí)很難找到漏點(diǎn)具體位置給補(bǔ)焊造成困難.圓管焊接到殼體上是線接觸式,