石墨換熱器在氯乙烯生產(chǎn)中的應用

第38卷第4期聚氯乙烯Vol.38, No. 42010年4月Polyvinyl ChlorideApr.，2010[裝置與設備]石墨換熱器在氯乙烯生產(chǎn)中的應用孫貴臣'" ,陸景陽(yáng)2(1.錦化化工(集團)有限責任公司,遼寧葫蘆島125001;2.葫蘆島市特種設備監督檢測所,遼寧葫蘆島125001)[關(guān)鍵詞]氯乙烯;聚氯乙烯;石墨換熱器;結構;泄漏[摘要] 介紹了氯乙烯生產(chǎn)中矩形塊孔式及列管式兩種典型石量換熱器的結構特點(diǎn),分析了其在使用中出現泄漏的原因,并提出了相應的解決措施。[中團分類(lèi)號] TQ325.3;TQ051.1[文獻標志碼] B[文章編號] 1009 - 7937(2010)04 - 0036 - 04Application of graphite heat exchangers in production of vinyl chlorideSUN Guichen' ,LUJingyang2(1. Jinhua Chemical Industry (Group) Co. , Ltd., Huludao 125001, China,2. Huludao City Special Equipment Supervise Institute, Huludao 125001, China)Key words: vinyI chloride; PVC; graphite heat exchanger; structure; leakageAbstract: Structure characteristics of two kinds of typical graphite heat exchanger, i.e. rectan-gular block type and tubular type, were introduced. Reasons for their leakages during operationwere analyzed, and the corresponding solving methods were proposed.電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝中,HCl作為合成氯緊固為一體。乙烯的主要原料,貫穿于整個(gè)合成工序。為解決其4塊矩形石墨塊具有相同的規格尺寸,為380水溶液一鹽酸對設備的腐蝕影響,石墨材質(zhì)的換mmX380 mmX1 200 mm(寬X高x長(cháng)),塊體開(kāi)孔熱器得到了廣泛應用,如HCI合成工序的矩形塊孔方式為垂直交錯式,縱向和橫向開(kāi)孔規格均為中15.式石墨換熱器.混合脫水工序的列管式冷凝器和預熱器等。1石墨換熱器的結構特點(diǎn)石墨換熱器按結構形式分為矩形塊孔式(HCl.合成工序)和列管式(混合脫水工序)。11.1矩形塊孔式石 墨換熱器的結構特點(diǎn)[2]_8矩形塊孔式石墨換熱器的結構見(jiàn)圖1.HCl合成爐采用矩形塊孔式冷凝器,換熱面積旦32 m2 ,是由4塊矩形石墨元件(石墨塊)、上下鑄鐵1一物料進(jìn)口(HC1氣)12-鑄鐵蓋板;3-石墨封頭;蓋板、兩側鑄鐵蓋板、上下石墨封頭等主要零部件組4- -石蠆塊;5-氣相通道16 冷卻水通道i7-冷卻水管:成,各零部件之間用石棉巴金墊或橡膠墊密封,上下8- -鑄鐵側普板19一冷凝游出口(鹽院)10-物料出口(HC1氣)。鑄鐵蓋板、兩側鑄鐵蓋板用長(cháng)桿螺栓連接,與石墨塊中國煤化工的結構TYHICNMHG[收稿日期] 2010-04-09[作者簡(jiǎn)介]孫貴臣(1965-),男,高級工程師,畢業(yè)于大連交通大學(xué),現任錦化化工(集團)有限責任公司氯堿股份有限公司總經(jīng)理。36_~第4期孫貴臣等:石墨換熱器在氯乙烯生產(chǎn)中的應用裝置與設備生產(chǎn)中,縱向通道通物料(HCI氣),橫向通道又稱(chēng)浮頭,當操作溫度高于或低于安裝溫度時(shí),石墨走冷卻水,物料程通過(guò)設備上下石墨蓋板的分隔區，列管由于具有較大的熱膨脹系數,比鋼殼體有較大分隔為4流程;玲卻水程通過(guò)塊體外連式冷卻水管的伸長(cháng)和收縮性,浮頭式結構可使設備本身具有熱設置為4流程,如圖2所示。補償功能,臧少溫差應力的影響。鋼殼體與浮頭之間為防止溫差引起的伸縮泄漏,采用了填料函結構。操作條件如下。作冷凝器使用時(shí)，管程介質(zhì)為物料(HCl與CH2的混合氣),人口溫度為常溫;出口溫度- 14土2 C ,壓力70~90 kPa;殼程介質(zhì)為水,人口溫度- 35~- 30 C ,壓力0.2~0.4 MPa. .物料進(jìn)口(HC1)國流程冷卻水回境程作預熱器使用時(shí),管程介質(zhì)為物料(HCl與圈2矩形塊孔式石晏換熱器內物質(zhì)流動(dòng)示意圖在換熱過(guò)程中,HCl氣、冷卻水無(wú)相變,多程流CH2的混合氣),人口溫度(-14土2) C,出口溫度動(dòng)，流體速度快,有利于形成湍流狀態(tài),易獲得較高60~80 C ,壓力70~90 kPa;殼程介質(zhì)為水,人口溫度95~100 C ,壓力0.2~0.4 MPa。的傳熱系數。2石墨換熱器出現的問(wèn)題及原因探討物料(HCl氣):進(jìn)口溫度120~150 C,出口溫下面結合使用經(jīng)驗,對兩種形式的換熱器在使度35 C ,壓力70~90 kPa.用中出現的問(wèn)題及原因加以探討，并力求找出解決冷卻水:進(jìn)口溫度(工業(yè)水溫)15~20 C,出口.措施。2.1矩形塊孔式石 墨換熱器溫度25 C,壓力0.2~0.3 MPa.矩形塊孔式石墨換熱器使用中出現較多的問(wèn)題1.2 列管式石量換熱器的結構特點(diǎn)[1]是密封墊片的泄漏,多采用更換墊片的方式即可解列管式石墨換熱器的結構如圖3所示。決。對設備產(chǎn)生破壞性影響的多是石墨塊體本身的徹底失效。下面從制作、使用方面分析塊體失效形I52.1.1“崩裂”泄漏6“崩裂”泄漏形式發(fā)生在物料人口側,第一塊石墨換熱塊上表面，即氣相第-流程的開(kāi)始面?！氨?2裂”情況如圖4所示。I89Y 11Oj191-.崩耍區;2- -冷卻水通道;3-氣相通道。1-物料進(jìn)口(HCI,CqH2混合氣);2-上管箱;3-上管板;團4“崩裂”泄漏示意圉4-冷卻水或熱水出口.5- -折謊板;6 - -殼體;在塊體.上表面出現直徑8~12 cm、深1~3 cm7-冷卻水或熱水人口;8-下管板;9-物料出口:10-放酸口11-村膠底板;12-石墨換熱管.的“崩裂”,石墨材質(zhì)以碎塊形式成片脫落,而該處破圈3列管式石墨換熱器的結構示意圍壞的結果是使部分橫向孔道與縱向孔道的孔壁連由圖3可見(jiàn)，與氣體接觸部分均用石墨材料制通,出現物料程與冷卻程相互泄漏。該泄漏是酚醛造,這種石墨是浸漬過(guò)酚醛樹(shù)脂的“不透性石墨”,上樹(shù)脂浸漬石墨的性能與溫度共同作用的結果。下管板是由小尺寸石墨塊交叉粘接后,經(jīng)過(guò)車(chē)圈浸中國煤化工平性,均采用浸漬的漬、鉆孔、浸漬再精加工完成;列管則是由石墨粉與方法H孔中的縫隙，還能酚醛樹(shù)脂捏合擠壓成型,列管與管板之間借酚醛膠增強CN M H G文中討論的浸漬泥粘合。列管外的殼體通冷卻水(作冷凝器時(shí))或熱劑為酚醛樹(shù)脂浸漬劑。酚醛樹(shù)脂與石墨材料的膨脹水(作預熱器時(shí)) ,殼體材料為Q235A碳鋼。下管板系數不同,在較高操作溫度下,浸漬樹(shù)脂和石墨材質(zhì)37裝置與設備"聚氯乙烯2010年發(fā)生顯著(zhù)的熱變形,因其膨脹率不同(樹(shù)脂膨脹變形螺栓。該種泄漏多發(fā)生在長(cháng)時(shí)間使用后,根據現場(chǎng):要大于石墨材質(zhì)),變形不均造成兩者之間產(chǎn)生溫度情況,穿桿螺栓本身銹層較厚,幾乎焊固在石墨塊體應力,溫度應力足夠大時(shí),石墨材質(zhì)受浸漬樹(shù)脂擠壓內,難以拔出。發(fā)生脆性斷裂,而多個(gè)微孔的脆性斷裂點(diǎn)、斷裂區就該泄漏原因為:穿桿螺栓多為Q235A材質(zhì),石會(huì )積聚成較大的宏觀(guān)“崩裂”。墨塊體周?chē)鸀樗嵝陨a(chǎn)環(huán)境，螺栓發(fā)生化學(xué)腐蝕。造成該情況出現,操作溫度需達到170C以上，隨著(zhù)腐蝕的進(jìn)行,穿桿螺栓周?chē)母g產(chǎn)物積聚,將在正常的工藝控制指標范圍內(120~150 C),“崩螺栓孔空隙塞滿(mǎn),進(jìn)一步的腐蝕、膨脹對石墨孔壁產(chǎn)裂”現象不會(huì )出現。為避免該情況出現，主要是控制生擠壓,最終達到塊體的擠壓強度,導致螺栓孔壁坍合成爐的通量,避免超負荷運行,同時(shí)保證爐套的換塌,與氣相或水相連通發(fā)生泄漏,嚴重時(shí)石墨塊體出熱能力,提高空冷管的冷卻作用,確保進(jìn)人冷凝器的現較大裂紋,徹底失效。HCl氣體溫度在150 C以下。防范措施:可在穿桿螺栓安裝時(shí)采取--定的防2.1.2氣道 與水道穿孔滲漏、泄漏腐措施,或在密封壓緊力要求不高的場(chǎng)合采用非金氣道與水道穿孔滲漏.泄漏基本由塊體的制造屬材料的螺栓。質(zhì)量造成。前面講過(guò),矩形塊孔式石墨換熱器是垂2.2列管 式石墨換熱器直交錯型,氣道和水道是通過(guò)對塊體進(jìn)行縱向和橫列管式石墨換熱器的使用問(wèn)題主要表現有換熱向鉆孔加工而成的,而兩孔壁厚的保證(即擠壓強管泄漏、管板泄漏和殼體泄漏.度),除了設計開(kāi)孔的合理性外,主要受加工精度影2.2.1換熱管泄漏響,一般規定,設計壁厚為:同向孔≥3 mm,異向孔(1)酚醛石墨壓型管管體質(zhì)量差(如固化不完.≥5 mm,并要求制造中壁厚偏差不大于1 mm。全、表面粗糙、有宏觀(guān)裂紋砂眼等),降低了換熱管若制造精度達到要求而出現滲漏,多為塊體成的拉伸強度和抗壓強度,在操作溫度、壓力作用下，型后浸漬質(zhì)量達不到要求(如浸漬深度不夠,漫漬劑缺陷管體斷裂而致泄漏.達不到使用溫度老化分解),造成異向孔壁致密性不(2)換熱管管頭與石墨管板連接處脫開(kāi)泄漏.足,出現高壓流體向低壓流體介質(zhì)滲透。換熱管管頭與管板采用膠黏連接方式,這種連接方泄漏則多因異向孔壁加工偏差大,造成孔壁的式對制作安裝要求較高。①黏合劑的使用剪切應力耐壓性不足(即使有浸漬樹(shù)脂的加強作用),運行中要足夠大。因為在粘結面上,要能承受由溫度、操作在兩向介質(zhì)壓力作用下出現孔壁坍塌,介質(zhì)與冷卻壓力以及設備裝配時(shí)產(chǎn)生的軸向力,還要能承受立水徹底連通,形成泄漏。式安裝時(shí)物料和設備重力所引起的軸向力。這幾種一般較小的滲漏,根據工藝要求可暫不處理,待合力在粘結面上共同產(chǎn)生的剪切應力不能超過(guò)黏合發(fā)展到對系統的后續操作不利時(shí),再采取塊體浸漬劑的使用剪切應力。②要采用合理的粘結面。要保的方法修復。泄漏如果僅是單個(gè)孔壁的問(wèn)題,可以證管頭插人管板的深度和錐度尺寸,以確保足夠的采用從水道側用石墨桿粘結堵漏的辦法解決,但如黏結強度和氣密性。插人長(cháng)度要適當,若不足,則抗果出現多部位異向孔道坍塌,則須更換塊體。拉脫力不夠;若過(guò)長(cháng),則粘結處產(chǎn)生的溫度應力大，2.1.3穿桿螺栓引發(fā) 的塊體泄漏反而有害。③粘結施工質(zhì)量要穩定。矩形塊孔式石墨換熱器的密封保障是通過(guò)長(cháng)桿管板與換熱管頭脫開(kāi),多為上述多種因素共同螺栓實(shí)現的。作用的結果。各換熱管頭與管板粘結抗剪切強度的物料相:類(lèi)似于搭積木,鑄鐵下蓋板、石墨下封差異性,決定了抗拉脫力弱者先行泄漏。頭.4塊矩形石墨塊、石墨上封頭.金屬上蓋板依次(3)在泄漏的石墨管中發(fā)現有類(lèi)似冰狀的結晶安裝,塊體之間以石棉巴金墊或橡膠墊密封。密封物,結晶物的位置即為石墨管的開(kāi)裂點(diǎn),該泄漏為凍預緊力通過(guò)穿過(guò)上下鑄鐵蓋板的長(cháng)桿螺栓實(shí)現(不裂。這種情況出現在混合脫水冷凝器上。穿過(guò)石墨塊體)。" 中國煤化工用的是氯化氫吸冷卻水相:以側向鑄鐵蓋板為水程兩側封頭,蓋收水二霧狀析出的原理。板與石墨塊之間加密封墊,用穿桿螺栓將水程密封而當:MYHCNMHS酸和更低含水量(穿桿螺栓要穿過(guò)石墨塊體的螺栓孔)。的混合氣。因此,在一-定溫度范圍，溫度越低,混合引起塊體泄漏的是形成水程密封預緊力的穿桿脫水的效果越好。(下轉第44頁(yè))38 .“回收與利用聚氯乙烯2010年(2)有效地利用反吹裝置,清理吸附在過(guò)濾裝置5回收電石粉塵產(chǎn)生的效益上的電石粉塵,以保證系統不堵塞。在乙炔流量5000 m'/h時(shí),每天可回收電石粉(3)要經(jīng)常檢查過(guò)濾裝置以及真空管道連接部塵4.8t,全年回收1500t.經(jīng)測量,電石粉塵平均位，以確保系統的密閉性.發(fā)氣量為20 m'/t,折成標準電石約100t,以1 t電(4)定期更換過(guò)濾器。拆下的過(guò)濾器用壓縮空石3 000元計算,全年可節約費用30萬(wàn)元。電石粉氣吹掃清理后備用。塵的回收再利用,一方面對電石破碎、輸送過(guò)程中產(chǎn)(5)上料筒的蓋子在每次打開(kāi)清理內部完畢后，生的電石粉塵進(jìn)行了有效地回收,避免了粉塵污染,在蓋蓋子時(shí)要保證四周邊緣-致,快開(kāi)卡子的張緊另一方面減少了電石消耗,降低了生產(chǎn)成本,具有明度要好。顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。(6)電石粉塵輸送是靠氣體作為流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行[編輯:杜桂敏]輸送的。如果使用空氣輸送時(shí),濕空氣容易和電石粉塵發(fā)生反應產(chǎn)生乙炔氣,所以雨雪天氣停止操作!(上接第38頁(yè))但當溫度降至一25~- 20七時(shí),飽陽(yáng)極反應:Fe-→Fe2* + 2e;和的鹽酸易形成水化物結晶,堵塞列管,輕則脫水系陰極反應:2H* +2e-→+H2;統因阻力大緊急停車(chē),嚴重時(shí)管內結晶物因體積膨總反應:Fe+2H*-→Fe2* + H2。脹擠裂石墨管,造成設備大面積損壞。為避免此類(lèi)在正常情況下,殼體發(fā)生腐蝕均是由于循環(huán)水情況，脫水溫度一般控制在(- 14土2) C.中溶解氧濃度高導致的均勻腐蝕和局部腐蝕。而當2.2.2管板泄漏循環(huán)系統中某--臺管程介質(zhì)含HCI的換熱器泄漏，作為預熱器和冷凝器使用的石墨換熱器上管且發(fā)現不及時(shí),令pH值迅速下降時(shí),將發(fā)生pH值板都出現過(guò)“崩裂”?！氨懒选碑a(chǎn)生的原理與矩形塊為3時(shí)的電化學(xué)腐蝕過(guò)程,均勻腐蝕和局部腐蝕速孔式石墨換熱器的第一塊石墨塊出現的崩裂基本度均加快。相似,而兩者的不同之處在于溫度升高的起因不殼體易形成腐蝕電池的部位多為環(huán)、縱焊縫,以同。矩形塊孔式石墨換熱器的情況是進(jìn)人物料溫及富氧的冷卻水表面接觸的殼體部分,這些部位成度超過(guò)170 C;列管式石墨換熱器的情況是出現為殼體泄漏的主要區域。了過(guò)氯事故給系統帶來(lái)瞬間高溫,引發(fā)管板組成避免殼體泄漏的方法:①鋼殼內部做防腐涂層，材質(zhì)間出現較大溫差應力,導致“崩裂”情況出現。進(jìn)行陽(yáng)極保護;②嚴控工藝指標,及時(shí)發(fā)現生產(chǎn)異2.2.3殼 體泄漏常,確保鹽水循環(huán)系統的pH值為中性。殼體泄漏發(fā)生在以氯化鈣水溶液作冷卻介質(zhì)的3結語(yǔ)冷凝器.上，在該冷卻系統中存在均勻腐蝕和局部腐石墨換熱器因其優(yōu)良的耐腐蝕性、耐熱性在氯蝕。堿工業(yè)聚氯乙烯生產(chǎn)中日益得到推廣和應用。希(1)殼體材質(zhì)為Q235A,在系統pH值為7時(shí)，望本文能為同行業(yè)的設備工作者提供使用經(jīng)驗,降碳鋼的腐蝕電池陰極反應主要是氧的還原,陽(yáng)極反低設備故障,促進(jìn)石墨設備管理工作的提高。應則是鐵的溶解。[參考文獻]陽(yáng)極反應:2Fe-→2Fe2* +4e;[1]鄭石子,顏才南,胡志宏,等.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作[M].陰極反應:O2 + 2H2O+ 4e-→4OH~ ;北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:207 - 243.總反應:2Fe+ 2H2O+ O2一+2Fe(OH)2↓.[2]許志遠.石墨制化工設備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,(2)當循環(huán)系統pH值上升達到3時(shí),陰極反應2003:76- 80.將是氫離子反應，陽(yáng)極反應不變。中國煤化工[編輯:陳立春]MH. CNMH ..........歡迎訂鬩《聚氯乙烯》、《氯堿工業(yè)》及《氯堿工業(yè)文摘》雜志!4