EPVC聚合釜配套冷凝器的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)與制造

張立紅

（天津渤天化工有限公司，天津 300480）

EPVC聚合釜配套冷凝器的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)與制造

張立紅

（天津渤天化工有限公司，天津 300480）

介紹了24m3乳液法聚氯乙烯（EPVC）聚合釜配套釜頂冷凝器的結(jié)構(gòu)形式，分析了其國產(chǎn)化設(shè)計(jì)與制造要點(diǎn)。

EPVC；聚合釜；冷凝器；國產(chǎn)化設(shè)計(jì)與制造

目前在國內(nèi)中型乳液聚合法EPVC（乳液法聚氯乙稀）樹脂生產(chǎn)中，24m3EPVC聚合釜為常規(guī)設(shè)備，其制造水平、生產(chǎn)工藝日趨益亦完善，己成為國內(nèi)中型乳液聚合EPVC生產(chǎn)裝置中通用釜型。

傳熱能力是聚合釜的重要性能指標(biāo)，對(duì)于中型聚合釜來說，24m3EPVC聚合釜經(jīng)過多項(xiàng)改進(jìn)，其夾套，內(nèi)冷擋板等傳熱裝置基本達(dá)到最佳設(shè)計(jì)，因此只有通過體釜外冷卻器的設(shè)置，才能具備有效地再次提高傳熱能力。

我公司原設(shè)備釜外冷卻器，訂貨周期長，用外匯價(jià)格價(jià)高，以及自身缺陷如表面光潔度不高造成換熱管經(jīng)常堵塞，不易清理，且停車清理周期長，影響生產(chǎn)效能。隨著換熱管清理次數(shù)的增加，換熱管的內(nèi)壁光潔度急聚下降，如此惡性循環(huán)，致使換熱管易泄漏,換熱器壽命縮短。所以，為提質(zhì)高產(chǎn)降耗，我公司通過國產(chǎn)化的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用，取得了一定的生產(chǎn)效果，下面就應(yīng)用幾個(gè)部分進(jìn)行論述。

1 冷凝器的設(shè)計(jì)

EPVC聚合釜體外冷凝器均設(shè)置在設(shè)備頂部，冷凝器屬列管式換熱器，需垂直安裝。釜內(nèi)氣相介質(zhì)氯乙烯（VCM）進(jìn)入釜項(xiàng)冷凝器管程，被冷凝成液體，沿?fù)Q熱管內(nèi)壁流回釜內(nèi)，達(dá)到冷卻目的，使物料的溫度保持在工藝要求的范圍內(nèi)。這種冷卻方式是最有效的，結(jié)合攪拌裝置可將介質(zhì)中絕大部分熱量移出釜外，實(shí)現(xiàn)熱交換，縮短聚合周期，從而進(jìn)一步提高聚合釜的生產(chǎn)能力。

本設(shè)計(jì)是在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，而原設(shè)備是在役的壓力容器，其使用、改造必須按照國家相應(yīng)的法律、法規(guī)在壓力容器制造廠進(jìn)行。本設(shè)計(jì)的體外冷凝器作為獨(dú)立的壓力容器與原設(shè)備進(jìn)行組裝，對(duì)原設(shè)備不需進(jìn)行任何更改，即可實(shí)現(xiàn)熱交換的目的。

冷凝器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)規(guī)范按GB151《管殼式換熱器》、GB150《鋼制壓力容器》進(jìn)行，并接受《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。

1.1 設(shè)計(jì)步驟

1.1.1 根據(jù)工藝要求計(jì)算冷凝器的熱交換量Q、平均溫度差△Tm及傳熱系數(shù)K。

1.1.2 確定傳熱面積A（考慮了10%的安全量）。按A=Q/（K·△Tm）進(jìn)行計(jì)算。

1.1.3 確定換熱管數(shù)量。根據(jù)換熱管規(guī)格（管徑d0、厚度δ）和有效長度L1計(jì)算出所需換熱管的數(shù)量n:n=A/(πd0·L1)。

1.1.4 計(jì)算換熱器的阻力△P。

式中：△P為流體阻力損失，Pa；N為流動(dòng)方向上的管排數(shù)；g 為重力加速度，m/s2；P 為氣體密度，kg/m3；F為摩擦系數(shù)；Gmax為最窄截面處的氣體質(zhì)量流速，kg/（m2·S）。

1.1.5 按規(guī)范進(jìn)行管板、殼體、管箱筒體、封頭、接管開口處補(bǔ)強(qiáng)等強(qiáng)度計(jì)算。

從整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算過程看，換熱器各參數(shù)之間是相互影響的，在計(jì)算一開始必須進(jìn)行部分估算后才能進(jìn)一步進(jìn)行精確計(jì)算。必須用精確計(jì)算所得的各參數(shù)值對(duì)估算值進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)估算值是否與計(jì)算結(jié)果相接近或不相互矛盾，如果兩者相差較大或出現(xiàn)矛盾，則必須用精算結(jié)果進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。

最終確定24m3EPVC聚合釜配套冷凝器的換熱面積為180m2。

1.2 技術(shù)特性

24m3EPVC聚合釜配套冷凝器的技術(shù)特性見表1。

表1 24m3EPVC聚合釜配套冷凝器的技術(shù)特性

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

冷凝器殼程筒體直徑為1400mm，殼體長為2000mm，主體殼程材料為16MnR，管程材料為00Cr19Ni10，換熱管為00Cr19Ni10。上管箱由法蘭連接一段筒體與封頭組焊。下管箱與錐體相連，錐體小口與一套筒節(jié)及法蘭組焊。冷凝器安裝在聚合釜頂部，其本身也設(shè)置了耳式支承結(jié)構(gòu)。

管板采用復(fù)合板加工結(jié)構(gòu)，上管板與換熱管采用平齊結(jié)構(gòu)，以防止物料堆積。下管板與換熱管有角焊縫。上下管板復(fù)層表面均需要拋光處理，換熱管內(nèi)壁及下管箱錐體內(nèi)表面也需要拋光處理，表面粗糙度 R2≤0.1μm。

按工藝要求設(shè)置各種管口，冷凝器頂部設(shè)置了噴霧管口，管口配置噴嘴可對(duì)內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)噴霧涂敷，另在下錐體處設(shè)置了手孔，供檢查設(shè)備使用。

2 制造要點(diǎn)

2.1 換熱管的拋光

φ32×2、L=2000mm的不銹鋼換熱管內(nèi)壁拋光難度很大，我公司與國內(nèi)某機(jī)械廠合作，采用電化學(xué)技術(shù)進(jìn)行換熱管的內(nèi)壁拋光，并制定了一整套拋光工藝，拋光后換熱管內(nèi)壁紋理均勻、光潔度好，且拋光效率高，既達(dá)到了設(shè)計(jì)要求又節(jié)省了時(shí)間。

為了防止上管板積液，上管頭應(yīng)與管板上表面平齊，因此，將管子與上管板組對(duì)、焊接、脹接合格后，上管頭應(yīng)加工到與管板表面平齊，且要保證管子與管板表面垂直，要制定可靠的加工工藝。

2.2 管板加工

管板材料為16Mn鍛件與不銹鋼板00Cr19Ni10，復(fù)合板，B1級(jí)合格。管板采用四軸數(shù)控鉆床鉆孔，將上下管板同時(shí)鉆孔，以保證兩管板孔同心，且對(duì)設(shè)備的垂直有保障作用。管孔鉆好后用專用切槽器及鉸刀加工管孔的密封槽，在加工過程中要避免管孔產(chǎn)生縱向劃痕。

應(yīng)嚴(yán)格控制脹度，防止脹接產(chǎn)生變形，必要時(shí)可對(duì)換熱管脹接處進(jìn)行退火處理，以保證換熱管端的硬度比管板低。

24m3EPVC聚合釜配套冷凝器的法蘭密封面應(yīng)相互平行，且與主軸線垂直，為此，上下法蘭面要進(jìn)行整體加工，組對(duì)設(shè)備支座的基礎(chǔ)面應(yīng)與設(shè)備主軸線垂直。

管箱法蘭因焊接而發(fā)生變形是不可避免的，應(yīng)采取合理的工藝措施解決焊后變形問題，然后再進(jìn)行機(jī)加工。因此我們采用強(qiáng)度焊加貼脹。

2.3 折流板的加工

折流板的外圈用車床加工，應(yīng)在疊合后的折流板鉆孔后再進(jìn)行外圈加工，折流板的毛坯應(yīng)以整圓形經(jīng)車床加工后，再進(jìn)行去豁，這樣才能保證折流板的外徑偏差在要求范圍內(nèi)，而且可保證管孔的直徑偏差在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，穿管時(shí)亦容易進(jìn)行，在必要時(shí)，可以設(shè)置孔徑偏差小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，以減少換熱管的震動(dòng)和磨損。

2.4 壓力試驗(yàn)

24m3EPVC聚合釜配套冷凝器制造完成后，需進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，應(yīng)按試驗(yàn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)。殼程部分單獨(dú)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格控制水中氯離子含量不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行1.2MPa的氣密性試驗(yàn)。管程部分水壓試驗(yàn)壓力為1.5MPa，氣密性試驗(yàn)壓力為1.2MPa。

結(jié)論：24m3EPVC聚合釜配套冷凝器的國產(chǎn)化使總制購費(fèi)降低30%，并因光潔度加大，減少了管內(nèi)壁的自聚物的粘結(jié)生成，從而使工人勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，從每周清理一次到每月清理一次。從而達(dá)到了國產(chǎn)化設(shè)計(jì)的初衷，提質(zhì)降耗，增產(chǎn)增收。

The localization design and manufacture of condensers for EPVC polymerizers

ZHANG Li-Hong
（Tianjin Botian Chemical Industry Co.,Ltd.,Han Gu Tianjin 300480，China）

The structure of overhead condenscres matching with 24m3EPVC polymerizers was in-troduced,and the main points for its localization design and manufacture were analyzed.

EPVC;polymerizer;condenser;localization

10.3969/j.issn.1008-1267.2012.05.022

TQ051.6+1

B

1008-1267（2012）05-0058-03

2012-03-31

張立紅（1962～），女，工程師。