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      濃縮冷凝液熱能回收節(jié)能技改

      2020-10-10 07:51:24李朝波
      云南化工 2020年9期
      關(guān)鍵詞:內(nèi)管閃蒸結(jié)垢

      李朝波

      (云南三環(huán)中化化肥有限公司,云南 昆明 650100)

      云南三環(huán)中化化肥有限公司60萬(wàn)t/a磷酸裝置,現(xiàn)有4套磷酸濃縮系統(tǒng),每套產(chǎn)能為15t/a P2O5。濃縮系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)、真空蒸發(fā)工藝,利用2.0MPa的低壓蒸汽在石墨換熱器中加熱稀磷酸,形成的冷凝液進(jìn)入冷凝液中間槽閃蒸,閃蒸后的冷凝液再經(jīng)輸送泵送到硫酸除氧器或脫鹽水,閃蒸出來(lái)的蒸汽直接放空,導(dǎo)致大量的熱量損失[1-2]。結(jié)合磷酸濃縮裝置工藝原理及運(yùn)行現(xiàn)狀,為提高裝置產(chǎn)能的發(fā)揮,有效利用蒸汽余熱,通過(guò)對(duì)進(jìn)入濃縮系統(tǒng)的稀磷酸增加冷凝液預(yù)加熱裝置 (夾套管加熱),輔助濃縮石墨換熱器對(duì)系統(tǒng)中的酸液進(jìn)行預(yù)加熱,達(dá)到回收冷凝水中的熱能,同時(shí)提高進(jìn)入石墨換熱器稀酸溫度,實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗的目的[3-5]。

      1 改造前工藝流程

      蒸汽冷凝液進(jìn)入冷凝液中間槽閃蒸,閃蒸后的冷凝液再經(jīng)輸送泵送到硫酸除氧器或脫鹽水,閃蒸出來(lái)的蒸汽直接放空。見(jiàn)圖1。

      圖1 改造前工藝流程圖

      2 主要問(wèn)題及措施

      2.1 換熱器介質(zhì)參數(shù)確定

      進(jìn)入換熱器介質(zhì)參數(shù)的確定是節(jié)能技改的基礎(chǔ),確定不準(zhǔn)確,會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱面積偏差過(guò)大或過(guò)小,最終影響換熱效果,對(duì)換熱器進(jìn)行物料和熱量恒算,可以得到所選換熱器熱負(fù)荷及換熱面積。

      2.2 換熱器選型及布置

      換熱器的流程應(yīng)盡量選擇逆流換熱,在逆流換熱流程中,相同條件下對(duì)數(shù)平均溫差較大,換熱面積相對(duì)順流少,從而節(jié)省設(shè)備投資。換熱器選型因考慮投資少、換熱效率高、清洗維修方便的原則,

      由于換熱介質(zhì)是稀磷酸和蒸汽冷凝液,換熱器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降的情況,同時(shí)針對(duì)稀磷酸易結(jié)垢、易腐蝕的特性,為方便清理、檢修,因此稀磷酸設(shè)置走管程,蒸汽冷凝液走殼程。換熱器的布置,應(yīng)根據(jù)換熱面積及現(xiàn)場(chǎng)布置條件做出合適的選擇。

      3 改造方案

      3.1 流程描述

      在稀磷酸輸送至濃縮系統(tǒng)的管道上增加不銹鋼管夾式換熱器,濃縮裝置產(chǎn)生的冷凝液經(jīng)冷凝水泵打出后經(jīng)過(guò)預(yù)加熱器殼程,與來(lái)自稀磷酸澄清槽的稀磷酸在此進(jìn)行間接逆流換熱;加熱后的稀磷酸進(jìn)入到濃縮系統(tǒng)中進(jìn)行蒸發(fā)換熱,換熱后冷凝液直接輸送至硫酸除氧器或脫鹽水。見(jiàn)圖2。

      圖2 改造后工藝流程圖

      3.2 換熱器計(jì)算選型

      3.2.1 介質(zhì)參數(shù)

      1)稀磷酸流量。單臺(tái)稀磷酸流量:80m3/h,稀磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù):24%(以P2O5計(jì)),密度:1300kg/m3,稀磷酸溫度:55℃。2)冷凝液流量:50m3/h;密度:958kg/m3,冷凝液溫度:110℃;3)換熱后,冷凝液溫度:93℃,稀酸溫度:65℃。

      3.2.2 換熱面積計(jì)算

      換熱面積計(jì)算見(jiàn)表1。

      表1 換熱面積計(jì)算表

      3.2.3 夾套管道選型 (內(nèi)管)

      1)材質(zhì)

      由于介質(zhì)為稀磷酸、稀硫酸,因此在選用材質(zhì)時(shí)需考慮防腐、耐磨,建議選用材質(zhì)至少為316L(00Cr17Ni14Mo2)。

      2)結(jié)構(gòu)形式

      ①內(nèi)管為1根管。優(yōu)點(diǎn):便于制作和清洗。缺點(diǎn):管線總長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng),現(xiàn)場(chǎng)布置困難。

      ②內(nèi)管為多根管??紤]到管長(zhǎng)及現(xiàn)場(chǎng)布置、安裝受限,建議以4根內(nèi)管為宜。優(yōu)點(diǎn):管線總長(zhǎng)縮短,現(xiàn)場(chǎng)容易布置。缺點(diǎn):清洗時(shí)因每根內(nèi)管因結(jié)垢厚度不同、清洗水流量不同可能會(huì)導(dǎo)致清洗效果不同;制作難度較第一種增加。

      3)管徑

      綜合考慮,選用內(nèi)管為1根管夾套管形式,采用分段環(huán)繞形式,縮短管道布置長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì)算,不銹鋼換熱器的換熱面積為33.44 m2。考慮換熱效率及管道結(jié)垢后傳熱系數(shù)降低,換熱面積選:33.44×1.2=40.13m2。在選擇夾套管內(nèi)管直徑時(shí)需要考慮管道結(jié)垢速率、介質(zhì)流速、管道長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)布置等參數(shù)。綜合考慮,選用Φ219制作夾套換熱器,分三排二層共六組進(jìn)行布置。

      4 改造后效果

      改造后,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定換熱器稀磷酸流量為80.1 m3/h,進(jìn)口溫度為55.8℃,出口溫度為65.2℃,則冷凝液Q吸為:Q吸=c1m1Δt1=80.1m3/h×1300kg/m3×0.74 kcal/(kg·℃) × (65.2℃-55.8℃)=724328kcal/h。換算成焦耳熱 (1kcal/kg=4.187kJ/kg),則:Q吸=3032762kJ/h。進(jìn)換熱器冷凝液量46.7m3/h,比進(jìn)口溫度為108.9℃,出口溫度為91℃。Q放=c2m2Δt=t246.7 m3/h×1.011 kcal/(kg·℃) ×951kg/m3× (108.9℃-91℃)=803714kcal/h, 換 算 成 焦 耳 熱 (1kcal/kg=4.187kJ/kg),則:Q放=3365150kJ/h。換熱器換熱效率 =Q吸÷Q放=3032762 kJ/h÷3365150 kJ/h=90.1%。實(shí)際回收的冷凝水量m為:M=Q/C t=803714 kcal/h÷1.011 kcal/(kg·℃) ÷91℃ ÷951kg/m3=9.2t/h;同時(shí)稀磷酸溫度從55.8℃上升至65.2℃,有效降低了低壓蒸汽在石墨換熱器中加熱稀磷酸過(guò)程中的蒸汽消耗量,經(jīng)過(guò)對(duì)比蒸汽消耗下降0.1t/t P2O5左右。

      通過(guò)技改后,每小時(shí)回收冷凝水量9.2t,濃縮系統(tǒng)石墨換熱器蒸汽消耗下降0.1t/t P2O5,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗及改善周邊環(huán)境的目的,取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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