氯乙烯預熱器的優(yōu)化選擇

第10期中國氯堿No.102007年10月China Chlor- AlkaliOet,200727氯乙烯預熱器的優(yōu)化選擇惠正綱(無(wú)錫格林艾普化工股份有限公司,江蘇無(wú)錫214041)摘要:通過(guò)對預熱器的 各組分氣體流量、氣體溫升等相關(guān)數據的測量,根據熱量衡算計算出混合氣體流速、總傳熱系數、熱效率。比較分析了三者之間的關(guān)系,從而對預熱器進(jìn)行優(yōu)化選擇。關(guān)鍵詞:氯乙烯;預熱器;流速;總傳熱系數;優(yōu)化中圖分類(lèi)號:TQ222.4文獻標識碼:B文章編號: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預熱器是電石法生產(chǎn)氣乙烯單體的設備之一,國內有些電石法生產(chǎn)氣乙烯的廠(chǎng)家在相同生產(chǎn)其作用是將經(jīng)過(guò)低溫脫水后的乙炔、氯化氫混合氣規模裝置上所采用的預熱器的數量、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,而在相同溫度的轉化器循環(huán)熱水的加熱后,混便于其在轉化器中快速有效地反應。預熱器通常選合氣體的溫度卻差異較小。顯然,預熱器的使用效率用石墨列管換熱器，也有生產(chǎn)廠(chǎng)家選用石墨塊孔式不同。過(guò)多的、不必要的預熱器不僅增加了設備投或碳鋼列管式換熱器。加熱方法多數采用轉化器循資、設備維護費用,而且增加占地面積、使布管復雜,環(huán)熱水加熱,少數采用蒸汽加熱。加熱方式有并流與降低了設備利用率。本文通過(guò)對實(shí)際生產(chǎn)中預熱器逆流2種。的各組分氣體流量氣體溫升等相關(guān)數據的測量,根b.開(kāi)車(chē)。立即同時(shí)關(guān)閉所有的氫氣閥和氣氣閥(FV-03,XV-(3)長(cháng)期停車(chē)05,XV-07,FV-04,XV-06,XV-08)，并且所有的外a.按照正常停車(chē)的a~f步操作。部信號全部回到安全位置。b.關(guān)閉冷卻水進(jìn)水閥。功應用表明其安全、c.停熱水循環(huán)泵。注意,溫度低于0 C冷卻水會(huì )便捷AH中國煤化工生產(chǎn)裝置相比均有結冰,應排盡冷卻水熱水或吸收水系統,以避免冷較大CNMH G生產(chǎn)水平和自動(dòng)化卻水和熱水系統的阻塞。水平提供一定的借鑒經(jīng)驗。(4)緊急停車(chē)收稿日期:2007-04-24當按下緊急停車(chē)按鈕(S5/1 ,S5/2),控制系統將28中國氯堿2007年第10期據熱量衡算來(lái)計算混合氣體流速、總傳熱系數熱效略不計;3只并聯(lián)預熱器共300m’，通道截面積率,比較分析三者之間的關(guān)系,從而對預熱器作出優(yōu)0.3409 m';混合氣進(jìn)氣-11.55 C,出氣79.95 C,預化選擇。熱器出口壓力22.3 kPao1預熱器材質(zhì) 、加熱方式.換熱面積的選擇計算過(guò)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)中多數生產(chǎn)廠(chǎng)家采用石墨列管換熱器，本文CH2為(131.697-2913)<99%=127.496 (kmolh)=著(zhù)重討論該類(lèi)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，在預熱器列管中產(chǎn)生并不斷36.064 (kg/h)。堆積,引起預熱器壓降增加。當采用并流加熱時(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、節省加熱介質(zhì),采用逆流加熱比較好。無(wú)錫4 840.658 (kg/h),格林艾普化工公司預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，在預熱器列管上部與頂部出口經(jīng)脫水后，測得混合氣中水質(zhì)量分數為0.06%，附近有較多的沉積炭，它的存在會(huì )顯著(zhù)地增加系統得(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。換熱器面形成40%鹽酸耗水52.436 -2.949-49.487 (kgh)。積過(guò)大,其利用率降低,設備占地多、承重大;換熱耗氯化氫49.487/(1. -40% )x40%=32.991 (kg/h)=器面積過(guò)小，則混合氣體流阻增大,相應增加動(dòng)力0.904 (kmol/h)。消耗或混合氣體預熱溫度不能達到工藝要求。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。根據公式=131.717 (kmolh)。Q=KSOtm,對某-確定生產(chǎn)裝置而言換熱量Q與計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(mài)的影響,流速u(mài)高,則K值增QN =36.064x0.745/4.186x91 .5=587.3 (kcal/h)大,但u過(guò)高就可能會(huì )影響到壓降,所以,流速u(mài)要QH.o=2.949x1.88/4.186x91.5=121.2 (kcal/h)兼顧二者考慮。此外,為體現出預熱器的利用程度，QHa =4 807.667x0.18x91.5=79 085.2 (kcalh)要計算預熱器的傳熱效率ε,與u.K、Otm預熱后氣Qn,=23.064x3.5x91.5=7 386.3 (kcalh)體溫度等。Q a=209 112 kcalh2預熱器的氣體流速 u與總傳熱系數K的熱水進(jìn)口溫度為91.5 C，測得熱水流量約關(guān)系200 m2/h。忽略熱損失得:當采用列管換熱器,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，則總傳熱系數越高。利用測量得的因而執器并流得At =40 818 C。相關(guān)數據,計算出流速與對應的總傳熱系數。計算過(guò)中國煤化工613 600 140.8181程如下。MHCNMHG已知條件:粗乙炔2100 m2/h ,54 kPa,26 C,體取預熱器平均溫度(79.95+11.55)/ 2= -45.75 C積分數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+積分數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:氯乙烯預熱器的優(yōu)化選擇.291.616 9 (m/s)4預熱器的改進(jìn)措施與結果列管中混合氣體平均流速u(mài)=1.6169/ 0.340 9=根據上面分析,可以進(jìn)行如下的改進(jìn):4.743 (m/s)(1)原3只并聯(lián)預熱器減少為2只并聯(lián)預熱器;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考慮到預熱器加熱混合氣體時(shí),供應熱量相對2005年6月，測量了不同流最時(shí)的相關(guān)數據,較小進(jìn)出口水溫只差1 C左右,逆流并流時(shí)Otm差采用同樣的計算方法得到了并聯(lián)3只預熱器的1組別不大,而改變管道比較麻煩,對生產(chǎn)影響大。因此,數據,詳見(jiàn)表1。決定擇機減少1只預熱器。表1 3只預熱器 的數據2006年1月初在裝置停車(chē)檢修時(shí),將1只預熱序號平均流速溫為/心總傳熱系數熱效率預熱后溫度器進(jìn)出口管道分別自住。在開(kāi)車(chē)后測量了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)數據。4月下旬利用停車(chē)時(shí)間4.39218.3180.879 60.0又清洗預熱器列管并再次測量計算。結果見(jiàn)表2。表2 2 只預熱器的數據4.56040.809.9380.893 280.9序號半均流速溫差總傳熱系數備注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預熱器的改進(jìn)分析2 7.201 42.82 30.455 0.877280.5清洗前結合生產(chǎn)中的觀(guān)察,對表1數據分析后,認為:37.249 41.67 30.683 0.8754 79.2(1)因轉化器循環(huán)水溫度相對穩定(91~93C),溫差Otm也比較穩定,在換熱面積足夠情況下,預熱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,預熱后從表2數據中，可知:氣體溫度越高。(1)相同的生產(chǎn)流量時(shí)，預熱器氣體流速增(2)受氣膜傳熱控制影響,混合氣體流速增大,加，總傳熱系數也明顯增加;則總傳熱系數也增大。當加熱介質(zhì)溫度不能進(jìn)一-步(2)傳熱效率基本不變,預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,預熱器仍有一定余量;氣體溫度。實(shí)際生產(chǎn)中測得氣體平均流速<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,多次測量預熱器壓降。在清洗后實(shí)測了預低,故總傳熱系數也低,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(chǎng)裝(3)根據傳熱效率定義,8=實(shí)際的傳熱量Q1最置生產(chǎn)能力為7萬(wàn)va VCM)其壓降約為78.5- 98.1 Pa,大可能的傳熱量Qmax,e能體現出換熱介質(zhì)間能量滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。因為目前預熱器采用順流加熱,時(shí)間傳遞的程度。由上表得知ε>0.80,說(shuō)明熱交換充足,-長(cháng)(約3個(gè)月),預熱器壓降會(huì )慢慢增加。計劃以后預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(cháng)或消除列管的堵?lián)?，認為預熱器列管中實(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結論速、降低換熱面積。當然,流速提高后,預熱器壓降也顯然,在選擇預熱器加熱混合氣體時(shí),應優(yōu)先選可能增大。在壓降開(kāi)始顯著(zhù)增大時(shí)的氣體流速均可擇瘦長(cháng)型換熱器,列管中氣體流速(平均溫度下)可以考慮。根據生產(chǎn)實(shí)踐,認為預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(cháng)時(shí)間使用后壓降升高,是因有微量的游離氯與過(guò)適當提高混合氣體在預熱器列管中的流速,將顯乙炔在列管中反應而產(chǎn)生沉積炭造成的。當氣體流著(zhù)增大總傳熱系數.可以減少預熱器的使用面積,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中國煤化工吵占地。而采用逆降增加。此外,在預熱器進(jìn)口有時(shí)會(huì )產(chǎn)生黃綠色的水流加| YHCNMHG堵塞時(shí)間，對穩定結晶物，這主要是由于混合脫水處溫度控制過(guò)低造生產(chǎn)有較大益處。成的,加強工藝中控,應可以解決。收稿日期:2006-09-25