第10期中國(guó)氯堿No.102007年10月China Chlor- AlkaliOet,200727氯乙烯預(yù)熱器的優(yōu)化選擇惠正綱(無錫格林艾普化工股份有限公司,江蘇無錫214041)摘要:通過對(duì)預(yù)熱器的 各組分氣體流量、氣體溫升等相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量,根據(jù)熱量衡算計(jì)算出混合氣體流速、總傳熱系數(shù)、熱效率。比較分析了三者之間的關(guān)系,從而對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行優(yōu)化選擇。關(guān)鍵詞:氯乙烯;預(yù)熱器;流速;總傳熱系數(shù);優(yōu)化中圖分類號(hào):TQ222.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1009-1785(2007)10 -0027-03Optimization selection of preheater of chlorethyleneHUI Zheng -gung(Wuxi Greenapple Chemical Co, Ltd., Wuxi 214041, China )Abstract: Through measurement on gas flux and temperature of preheater, and based on the calculated ofsome datum with heat balance and comparsion of the datum, including the mixed gas flow velocity, heattransfer coefficient, the preheater were optimized.Key words: preheater; flow velocity; general heat transfer cofficient; optimiztion預(yù)熱器是電石法生產(chǎn)氣乙烯單體的設(shè)備之一,國(guó)內(nèi)有些電石法生產(chǎn)氣乙烯的廠家在相同生產(chǎn)其作用是將經(jīng)過低溫脫水后的乙炔、氯化氫混合氣規(guī)模裝置上所采用的預(yù)熱器的數(shù)量、換熱面積差異體進(jìn)行加熱,使其溫度由-14 C上升至75~85 C,以較大,而在相同溫度的轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水的加熱后,混便于其在轉(zhuǎn)化器中快速有效地反應(yīng)。預(yù)熱器通常選合氣體的溫度卻差異較小。顯然,預(yù)熱器的使用效率用石墨列管換熱器，也有生產(chǎn)廠家選用石墨塊孔式不同。過多的、不必要的預(yù)熱器不僅增加了設(shè)備投或碳鋼列管式換熱器。加熱方法多數(shù)采用轉(zhuǎn)化器循資、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用,而且增加占地面積、使布管復(fù)雜,環(huán)熱水加熱,少數(shù)采用蒸汽加熱。加熱方式有并流與降低了設(shè)備利用率。本文通過對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中預(yù)熱器逆流2種。的各組分氣體流量氣體溫升等相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量,根b.開車。立即同時(shí)關(guān)閉所有的氫氣閥和氣氣閥(FV-03,XV-(3)長(zhǎng)期停車05,XV-07,FV-04,XV-06,XV-08)，并且所有的外a.按照正常停車的a~f步操作。部信號(hào)全部回到安全位置。b.關(guān)閉冷卻水進(jìn)水閥。功應(yīng)用表明其安全、c.停熱水循環(huán)泵。注意,溫度低于0 C冷卻水會(huì)便捷AH中國(guó)煤化工生產(chǎn)裝置相比均有結(jié)冰,應(yīng)排盡冷卻水熱水或吸收水系統(tǒng),以避免冷較大CNMH G生產(chǎn)水平和自動(dòng)化卻水和熱水系統(tǒng)的阻塞。水平提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。(4)緊急停車收稿日期:2007-04-24當(dāng)按下緊急停車按鈕(S5/1 ,S5/2),控制系統(tǒng)將28中國(guó)氯堿2007年第10期據(jù)熱量衡算來計(jì)算混合氣體流速、總傳熱系數(shù)熱效略不計(jì);3只并聯(lián)預(yù)熱器共300m’，通道截面積率,比較分析三者之間的關(guān)系,從而對(duì)預(yù)熱器作出優(yōu)0.3409 m';混合氣進(jìn)氣-11.55 C,出氣79.95 C,預(yù)化選擇。熱器出口壓力22.3 kPao1預(yù)熱器材質(zhì) 、加熱方式.換熱面積的選擇計(jì)算過程:石墨列管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕傳熱效果好,查26 C時(shí)水飽和燕汽壓為3405.8 I'a,蒸汽含缺點(diǎn)是列管易損壞,特別是在運(yùn)輸、安裝時(shí)或生產(chǎn)中量為3 405.8 /(1.54x10*)= 2.212%。粗乙炔為1.54x2 1001 R (273.15 +26.1)=工況(例如溫度、壓力)發(fā)生突然變化時(shí)。采用碳鋼材質(zhì)雖不易損壞，但如果前道工序脫水效果不好或經(jīng)131.697 (kmolh)(R=0.082 06),其中,H20為131.697 x2.212% =2.913 kmolh=常發(fā)生故障,也會(huì)因氣體含酸而影響其使用壽命。目52.436 (kg/h),前行業(yè)中多數(shù)生產(chǎn)廠家采用石墨列管換熱器，本文CH2為(131.697-2913)<99%=127.496 (kmolh)=著重討論該類型換熱器。3 314.900 (kg/h),因氯化氫氣體中有時(shí)含有極少量游離氯，它與N2為131.697-2.913-127.496=1.288 (kmol/h)=乙炔會(huì)發(fā)生氯化反應(yīng)，在預(yù)熱器列管中產(chǎn)生并不斷36.064 (kg/h)。堆積,引起預(yù)熱器壓降增加。當(dāng)采用并流加熱時(shí),混粗氯化氫為1.38x2 7701 R (273.15 +50)= .合氣從下向上,沉積炭更容易堵塞列管;而采用逆流144.153 (kmolh),加熱時(shí),氣體自上向下,不易堵塞。此外,考慮提高換其中,HCI為144.153x92%=132.621 (kmolh)=熱效率、節(jié)省加熱介質(zhì),采用逆流加熱比較好。無錫4 840.658 (kg/h),格林艾普化工公司預(yù)熱器采用并流加熱方式，生產(chǎn)H2為14.153<89%=11.532 (kmolm)=23.064 (kgfb)。中拆檢管道時(shí)發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱器列管上部與頂部出口經(jīng)脫水后，測(cè)得混合氣中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%，附近有較多的沉積炭，它的存在會(huì)顯著地增加系統(tǒng)得(127.496+1.288 +132.621+11.532)/(1-0.06% )x的壓降,影響流量。0.06%=0.163 9 (kmolh),即2.949 kg/h。換熱器面積是一一個(gè)重要的工藝參數(shù)。換熱器面形成40%鹽酸耗水52.436 -2.949-49.487 (kgh)。積過大,其利用率降低,設(shè)備占地多、承重大;換熱耗氯化氫49.487/(1. -40% )x40%=32.991 (kg/h)=器面積過小，則混合氣體流阻增大,相應(yīng)增加動(dòng)力0.904 (kmol/h)。消耗或混合氣體預(yù)熱溫度不能達(dá)到工藝要求。實(shí)剩余氯化氫為4 840.658 -32991-4 807.667 (kgh)際生產(chǎn)中，要綜合考慮換熱器的面積。根據(jù)公式=131.717 (kmolh)。Q=KSOtm,對(duì)某-確定生產(chǎn)裝置而言換熱量Q與計(jì)算各組分吸收熱量為:溫差Ot的值基本是確定的，換熱面積S和總傳熱0ca=3 314.90.4029795155)=-121 932 (kca/系數(shù)K密切相關(guān)。要減小S就需要提高K,而K在h)很大程度上受流速u的影響,流速u高,則K值增QN =36.064x0.745/4.186x91 .5=587.3 (kcal/h)大,但u過高就可能會(huì)影響到壓降,所以,流速u要QH.o=2.949x1.88/4.186x91.5=121.2 (kcal/h)兼顧二者考慮。此外,為體現(xiàn)出預(yù)熱器的利用程度，QHa =4 807.667x0.18x91.5=79 085.2 (kcalh)要計(jì)算預(yù)熱器的傳熱效率ε,與u.K、Otm預(yù)熱后氣Qn,=23.064x3.5x91.5=7 386.3 (kcalh)體溫度等。Q a=209 112 kcalh2預(yù)熱器的氣體流速 u與總傳熱系數(shù)K的熱水進(jìn)口溫度為91.5 C，測(cè)得熱水流量約關(guān)系200 m2/h。忽略熱損失得:當(dāng)采用列管換熱器,用熱水(殼程)加熱混合氣Q=m.C.Ot得Ot=209 112/<(200x10*)=1.05 (C)體(管程)時(shí),受氣膜傳熱控制影響,氣體流速越快,即出口水溫為90.68 (C)氣體滯流層越薄，則總傳熱系數(shù)越高。利用測(cè)量得的因而執(zhí)器并流得At =40 818 C。相關(guān)數(shù)據(jù),計(jì)算出流速與對(duì)應(yīng)的總傳熱系數(shù)。計(jì)算過中國(guó)煤化工613 600 140.8181程如下。MHCNMHG已知條件:粗乙炔2100 m2/h ,54 kPa,26 C,體取預(yù)熱器平均溫度(79.95+11.55)/ 2= -45.75 C積分?jǐn)?shù)9%;粗氯化氫2 770 m2/h,38 kPa, ,50C,體V推合r=(127.496 +1.288 +0.163 9 +131.555+積分?jǐn)?shù)92%;循環(huán)熱水91.5C,并流加熱,熱損失忽11.532)R (273.15 +45.75)/1.223=5 820.836 (m/h)=第10期惠正綱:氯乙烯預(yù)熱器的優(yōu)化選擇.291.616 9 (m/s)4預(yù)熱器的改進(jìn)措施與結(jié)果列管中混合氣體平均流速u=1.6169/ 0.340 9=根據(jù)上面分析,可以進(jìn)行如下的改進(jìn):4.743 (m/s)(1)原3只并聯(lián)預(yù)熱器減少為2只并聯(lián)預(yù)熱器;傳熱效率ε=(79.95 +1.55)<91.53 +11.55)=(2)加熱方式由并流改為逆流。0.887 7考慮到預(yù)熱器加熱混合氣體時(shí),供應(yīng)熱量相對(duì)2005年6月，測(cè)量了不同流最時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù),較小進(jìn)出口水溫只差1 C左右,逆流并流時(shí)Otm差采用同樣的計(jì)算方法得到了并聯(lián)3只預(yù)熱器的1組別不大,而改變管道比較麻煩,對(duì)生產(chǎn)影響大。因此,數(shù)據(jù),詳見表1。決定擇機(jī)減少1只預(yù)熱器。表1 3只預(yù)熱器 的數(shù)據(jù)2006年1月初在裝置停車檢修時(shí),將1只預(yù)熱序號(hào)平均流速溫為/心總傳熱系數(shù)熱效率預(yù)熱后溫度器進(jìn)出口管道分別自住。在開車后測(cè)量了2只頎熱《(m-r")/(w.m2.9C)41.4212.2970.896 11.41---器并聯(lián)T.作時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。4月下旬利用停車時(shí)間4.39218.3180.879 60.0又清洗預(yù)熱器列管并再次測(cè)量計(jì)算。結(jié)果見表2。表2 2 只預(yù)熱器的數(shù)據(jù)4.56040.809.9380.893 280.9序號(hào)半均流速溫差總傳熱系數(shù)備注4.743 40.5819.98280.0(m's) C /(w-m2.C)熱效半元16.523 44.04 27.414 0.865176.73預(yù)熱器的改進(jìn)分析2 7.201 42.82 30.455 0.877280.5清洗前結(jié)合生產(chǎn)中的觀察,對(duì)表1數(shù)據(jù)分析后,認(rèn)為:37.249 41.67 30.683 0.8754 79.2(1)因轉(zhuǎn)化器循環(huán)水溫度相對(duì)穩(wěn)定(91~93C),溫差Otm也比較穩(wěn)定,在換熱面積足夠情況下,預(yù)熱46.872 40.48 30.718 0.892479.8清洗后7.548 42.32 31.758 0.878478.9后氣體溫度幾乎不受預(yù)熱前氣體溫度的影響，而主要取決于循環(huán)熱水溫度,循環(huán)熱水溫度越高,預(yù)熱后從表2數(shù)據(jù)中，可知:氣體溫度越高。(1)相同的生產(chǎn)流量時(shí)，預(yù)熱器氣體流速增(2)受氣膜傳熱控制影響,混合氣體流速增大,加，總傳熱系數(shù)也明顯增加;則總傳熱系數(shù)也增大。當(dāng)加熱介質(zhì)溫度不能進(jìn)一-步(2)傳熱效率基本不變,預(yù)熱后氣體溫度也基本提高時(shí)，提高氣體流速在一定程度上可以提高混合不變,預(yù)熱器仍有一定余量;氣體溫度。實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)得氣體平均流速<4.8m/s,(3)清洗后傳熱效率有所提高。與列管換熱器管程常用氣速5~30m/s相比,速度偏此外,多次測(cè)量預(yù)熱器壓降。在清洗后實(shí)測(cè)了預(yù)低,故總傳熱系數(shù)也低,有進(jìn)-步提高的叮能性。熱器進(jìn)出口的氣體壓力,在正常生產(chǎn)流量時(shí)(該廠裝(3)根據(jù)傳熱效率定義,8=實(shí)際的傳熱量Q1最置生產(chǎn)能力為7萬va VCM)其壓降約為78.5- 98.1 Pa,大可能的傳熱量Qmax,e能體現(xiàn)出換熱介質(zhì)間能量滿足生產(chǎn)需要。因?yàn)槟壳邦A(yù)熱器采用順流加熱,時(shí)間傳遞的程度。由上表得知ε>0.80,說明熱交換充足,-長(zhǎng)(約3個(gè)月),預(yù)熱器壓降會(huì)慢慢增加。計(jì)劃以后預(yù)熱器仍有較大利用余量。有條件時(shí)改為逆流加熱，將會(huì)延長(zhǎng)或消除列管的堵?lián)?，認(rèn)為預(yù)熱器列管中實(shí)際氣體流速低于列塞時(shí)間。管允許流速,有較大提高的可能性,可以考慮提高流5結(jié)論速、降低換熱面積。當(dāng)然,流速提高后,預(yù)熱器壓降也顯然,在選擇預(yù)熱器加熱混合氣體時(shí),應(yīng)優(yōu)先選可能增大。在壓降開始顯著增大時(shí)的氣體流速均可擇瘦長(zhǎng)型換熱器,列管中氣體流速(平均溫度下)可以考慮。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,認(rèn)為預(yù)熱器的壓降本身并不以取6.5~7.5 m/s。這樣,在不影響壓降的前提下,通高。長(zhǎng)時(shí)間使用后壓降升高,是因有微量的游離氯與過適當(dāng)提高混合氣體在預(yù)熱器列管中的流速,將顯乙炔在列管中反應(yīng)而產(chǎn)生沉積炭造成的。當(dāng)氣體流著增大總傳熱系數(shù).可以減少預(yù)熱器的使用面積,降速增加后,沉積炭不易堵塞列管,反而會(huì)減緩氣體壓低4中國(guó)煤化工吵占地。而采用逆降增加。此外,在預(yù)熱器進(jìn)口有時(shí)會(huì)產(chǎn)生黃綠色的水流加| YHCNMHG堵塞時(shí)間，對(duì)穩(wěn)定結(jié)晶物，這主要是由于混合脫水處溫度控制過低造生產(chǎn)有較大益處。成的,加強(qiáng)工藝中控,應(yīng)可以解決。收稿日期:2006-09-25