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1、! ! ! ! “ “ “ “ 经验交流 波纹管换热器在联碱制冷过程中的应用 瞿国忠， 周军 （江苏华昌化工股份有限公司， 江苏 张家港215600） 摘要： 从冷凝器换热效果差造成冰机超压跳闸、 循环水浪费严重的生产实际出发， 经对几种换热器 各方面比较和计算， 选用波纹管换热器， 达到了安全、 增产、 节能、 节水的目的。 关键词： 氨制冷； 波纹管换热器； 节能 中图分类号： TO 114.161；TK 172文献标识码： B文章编号： 1005-8370 （2005） 04-27-02 我公司联碱装置的制冷系统氨冷器原采用的是 列管式换热器， 其中有 6 台冷凝面积为 410 m2/台
2、， 有 4 台冷凝面积为 295 m2/台， 共 10 台。由于换热 器水量分布不均， 且水侧结垢严重， 因此， 进、 出口水 温温差仅为 1 2.5 C。在 2000 年扩建至 120 kt/a 后， 10 台氨冷凝器全开， 夏季经常发生冰机压力超 高、 跳闸严重， 影响了联碱生产的正常运行。因此， 氨冷凝器的改造对于保证联碱生产的正常， 装置满 负荷运行有实际意义。 1换热器改造方案的确定 在传热效率、 结构、 节能、 节水、 污垢清洗和投入 等各方面， 对列管式、 板式、 波纹管换热器等三种类 型换热器作了充分的比较之后， 决定选用波纹管卧 式换热器。 波纹管换热器的特点如下： 1） 换
3、热能力强 由于换热采用波纹形状， 管内外流道截面连续 不断地突变， 造成流体流动。始终处于高度湍流状 态， 难以形成层流底层， 使得对流传热的主要热阻被 有效地克服， 管内外传热被同时强化， 因而传热系数 高。同时换热管壁很薄 （0.8 mm） ， 极大地降低了管 壁热阻， 进一步强化了对流传热。 对于气氨和水的换热， 一方面因为湍流使得对 流传热系数较低的管内传热得到加强， 另一方面由 于波纹管的曲率不断变化， 使得管外壁冷凝液能够 迅速形成液滴脱落， 消除了膜状冷凝热阻， 强化了管 外氨气冷凝传热， 使得总传热系数大大提高。 2） 有自然防垢， 自然除垢特性 流道内流体的高度湍流特性， 使
4、得循环水中的 微粒难以沉积结垢， 即使有少量垢生成， 由于波纹管 上存在管壳温差应力而产生的应变， 这一应变， 使得 具有弹性特征的波纹管曲率发生微观变化， 从而使 附着其上的垢膜破裂而脱落。 3） 阻力降很小 由于波纹管内外流体流动的层流底层极度薄， 使得流体流动的剪切力很小。 4） 承压能力强， 安全系数高 波纹管管壁厚度很薄 （0.8 mm） ， 但承压能力很 强， 其爆破压力达成 8 Mpa， 而允许工作压力规定为 4 Mpa， 冰机氨冷器实际的工作压力为 1.6 Mpa。因 此使用安全系数很高， 故使用于冰机氨冷器。波纹 管的材质选用较耐氯根腐蚀的 316 L， 这较好地解决 了不锈
5、钢设备在循环水使用中的腐蚀问题。 2波纹管换热器的工艺设计 2.1氨冷凝器热负荷的确定 我公 司 联 碱 生 产 满 负 荷 生 产 冰 机 开 1 大 !“2005 年第 4 期瞿国忠， 等： 波纹管换热器在联碱制冷过程中的应用 （LG25A44OZ） 、 3 小 （LG2OA2OOZ） 共 4 台冰机， 现通过 计算， 求得符合生产实际的氨循环量。表 1 是改造 前后冰机氨冷凝器 1O 天随机运行工况条件。 表 1 制冷系统 10 天运行工况表 （平均值） 冰机入口氨冷凝器 蒸发 温度 C 气氨 温度 C 压力 Mpa 比容 m3/kg 气氨 温度 C 压力 Mpa 热水 温度 C 冷水
6、温度 C 改造前O1O.34O.28391.5531.529 改造后O1O.34O.2837.51.463429 2.2氨循环量的确定 公司内螺杆冰机在工况下的吸气系数为 O.817 （计算略， 见参考文献） ， 大冰机的理论打气量为 2 16O m3/1， 小冰机的理论打气量为 1 O86 m3 /1。 则氨循环量： G = （2 16O + 1 O86 X 3） X O.817/O.28 = 15 8O8.95 kg/1 2.3制冷循环中各点焓值 1） 蒸发： t1= O CP1= O.34 Mpa 则： i1= 1 681.92 kJ/kg 2） 冰机入口： t1= O CP1= O.3
7、4 Mpa 查 P1下气氨 Cp = 11.22 kcaI/kmOI C， 则： i2= 1 681.92 + 1 X 11.22 X 4.18/17 = 1 684.68 kJ/kg 3） 冰机出口： P3= 1.46 Mpa 由 T3= T2X （P3/ P2） k - 1/ k 计算出口温度 T3， 取气氨 K = 1.25。 T3= （273 + 1） X （1.46/O.34） O.25/1.25 = 93.6 C 查 P3下气氨 Cp = 13. 94 kcaI/kmOIC， 温度 35.7 C下的气氨焓为 1 7O7.1 kJ/kg， 则： i3= 1 7O7.1 + （93.6
8、 - 35.7） X 13.94 X 4.18/17 = 1 9O5.56 kJ/kg 4） 氨冷凝器出口：t4= 3O CP4= 1.46 Mpa 则： i4= 559.62 kJ/kg 2.4冷量、 压缩功及冷凝热负荷 制冷量： g = G （i2- i4） =15 8O8.95X （1 684.68-559.62） = 17 786 O17.29 kJ/1 压缩功： W = G （i3- i2） = 15 8O8.95 X （1 9O5.56 - 1 684.68） = 3 491 88O.88 kJ/1 冷凝热负荷： O = g + W = 21 277 898.17 kJ/1 2.5
9、氨冷凝器换热面积 波纹管换热器用作氨冷凝器时应考虑其中有气 相冷却和冷凝两换热过程， 它比纯液相换热过程的 传热系数小得多， 一般在 4OO 1 OOO W/m2C范围 内， 我们以 5OO W/m2C计。 平均温度： !tm= 85 - 34 - （3O - 29） In （85 - 34） / （3O - 29） = 12.7C 传热面积： A = O K!tm = 21 277 898.17 5OO X 3.6 X 12.7 = 93O m2 考虑到设备的制造、 设备的布置及气量和水量 的分配等因素， 我们选用了 2 台直径为 1 4OO mm， 换 热面积为 5OO m2的波纹管氨冷凝
10、器。 3应用效果 3.1性能指标 （如表 2， 改造前详细计算略） 表 2 改造前、 后氨冷凝器性能指标比较 项目列管换热器波纹管换热器 总制冷量，MJ/117 557.4 17 786.O 压缩功，MJ/13 674.3 3 491.9 冷凝热负荷，MJ/121 231.7 21 277.9 操作压力，Mpa （表）1.551.46 冷凝温度，C39 37.5 总换热面积，m2 3 64O1 OOO 总传热系数，W/m2 K 11555O 3.2增产 改造前后冷量增加 228.6 MJ/1， 吨氯化铵需冷 量按 961. 4 MJ/ I 计， 则增加的冷量可多产氯化铵 1 883 I/a。
11、氯化铵以 3OO 元/ I 计， 可多增收 56.5 万元。 3.3节水和节电 1） 节水。冷水用量： V = O 4 186.8 X （t2- t1） V改造前= 2 O32 m3/1，V改造后= 1 O18 m3/1 节水： !V = 2 O32 - 1 O18 = 1 O14 m3/1 82纯碱工业 锅炉炉顶密封保温的改进 李强， 胡向成， 李天华 （唐山三友化工股份有限公司 设备部， 河北 唐山063305） 摘要： 针对锅炉炉顶漏灰严重， 密封保温差的问题， 通过对各种密封保温材料的比较， 确定了炉顶 各部位的密封保温结构， 达到节能降耗的目的。 关键词： 锅炉； 炉顶； 密封保温
12、中图分类号： TK 22文献标识码： B 文章编号： 1005-8370 （2005） 04-29-02 我公司热电分公司共有 6 台 130 t/h 中压煤粉 锅炉。炉顶密封保温原设计为： 耐火混凝土加硅藻 土板等密封保温材料。使用 1 年后， 炉顶各部位漏 灰严重； 采用硅酸铝板加高温粘接剂等新型材料密 封保温， 情况虽有好转， 但效果仍不理想。为此， 我 们对密封保温方案做了进一步完善和改进。 1密封保温材料的选择 !.!硅酸铝耐火纤维板 硅酸铝耐火纤维板有以下特点： 耐高温， 质轻柔 软， 导热系数小， 热稳定性好， 受热膨胀小， 富有弹 性， 在常温下可不考虑热应力问题， 冷热骤变不
13、会破 裂， 是锅炉密封保温的好材料。 主要技术参数： 体积密度， g/cm30.2 0.25 导热系数 （20 C） ， W/m K0.42 最高使用温度， C1 000 耐火度， C 1 760 1.2高温微膨胀可塑料 它是中性、 可塑性耐火材料。体积密度小， 常温 下柔软可塑； 高温下微膨胀； 高温后抗压、 抗折强度 高； 无毒、 无腐蚀； 不燃烧， 施工方便， 无需现场支模。 主要技术参数： 体积密度， g/cm32.1 2.2 耐火度， C 1 650 可塑指标， C 40 60 烘干后抗压强度 （110 1 8 C） ， Mpa15 烘干后抗折强度 （110 1 8 C） ， Mpa
14、10 烧后抗压强度， ! Mpa12 循环水以 0.07 元/m3计， 年节水费 56.2 万元。 2） 节电。压缩功减少： ! = 3 674.3 - 3 491.9 = 182.4 MJ/h = 50.6 kW/h 电以 0.32 元/kW h 计， 则节电费 12.8 万元。 波纹管换热器于 2001 年 6 月投入生产运行后， 各项生产工艺指标达到设计要求。与原列管换热器 相比， 传热效果大大提高， 系统操作压力下降 0.09 Mpa， 投量增加， 年节水、 电及多生产氯化铵价值总 计为 125.5 万元。并保证了生产的满负荷安全运行 的需要， 综合效益明显， 总之， 波纹管换热器是化
15、工 生产中较好的一种节能设备。 参考文献 1王楚主编.纯碱生产工艺与设备计算 M .北京： 化学 工业出版社， 1995.10. 2石油化学工业部化工设计院主编. 氮肥工艺设计手册 （理化数据分册）M .北京： 石油化学工业出版社， 1977. 3制冷工程设计手册编写组. 制冷工程设计手册 M . 北 京： 建筑工业出版社， 1978.9. 收稿日期： 2005 - 05 - 25 作者简介： 瞿国忠 （1967） ， 毕业于南京化工学院。高级工程师， 江 苏华昌化工股份有限公司副总工程师。从事化肥和纯碱生产的技术 管理和技术改造工作， 主持完成多项技术改造和扩能项目。 “#2005 年第 4 期李强， 等： 锅炉炉顶密封保温的改进