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P V C干燥工序空气加热器的改造

2014-09-28罗代晏卢主枫李玉刚

中国氯碱 2014年6期
关键词:冷凝水加热器换热器

罗代晏,卢主枫,李玉刚 ,杨 霞

(1.甘肃银光聚银化工有限公司,甘肃白银 730900;2.青岛科技大学计算机与化工研究所,山东 青岛 266042)

聚氯乙烯(PVC)生产以电石法悬浮聚合工艺为主,该工艺获得的PVC浆料在经过离心机脱水后,根据树脂型号的不同,树脂含湿量为8%~25%,而树脂干燥后的成品,一般要求挥发分(包括水分)为0.40%~0.45%,以保证加工制品不出现气泡等缺陷[1]。树脂干燥是PVC生产过程中能量消耗最大的工序[2]。

国内外常用的PVC树脂干燥工艺有以下几种。

(1)气流-沸腾床二段干燥技术。其缺点是设备多,不连续,干燥产品质量差,能耗高,干燥1 t PVC约耗蒸汽1.2 t。

(2)卧式内加热沸腾床干燥技术。其缺点是床体庞大,设备台数多,一次投资大,物料在床内容易滞留、分解,影响产品质量;优点是能耗低,干燥1 t PVC约耗蒸汽0.1 t。

(3)旋风干燥技术。与上述2种工艺比较,设备台数少,结构简单,一次投资少,安装占地面积小。可连续生产,能耗介于上述2种工艺之间,干燥1 t PVC 约耗蒸汽 0.40~0.52 t[3]。

1 PVC树脂干燥流程

甘肃银光聚银化工有限公司树脂干燥工序采用的是旋风干燥技术,该技术采用“直流段+旋风段”的二段式旋风干燥系统,流程示意见图1。来自离心机的PVC树脂滤饼经螺旋加料器连续送入直管气流干燥塔,与塔底送入的以热空气为载体的热源,在气流管内高温闪蒸,湿物料和热空气进行快速热质传递,树脂在此脱去大部分水;然后热风携带树脂从直流段气流塔顶部出来,沿切线方向进入旋风干燥器,在低温下(约五十摄氏度)进行深度脱水。

图1 PVC树脂干燥流程示意图

由图1可见,在整个干燥工序中,空气加热器是将蒸汽的热量传递给由鼓风机取自环境的空气,形成热风进而带入干燥系统脱除浆料中水分的关键设备,其传质传热效率,直接影响了PVC产品的能量消耗。

该公司的空气加热器采用二段板式换热器,前段为空气预热段,所用热媒为后段蒸汽冷凝水。后段为空气加热段,所用热媒为中压蒸汽。该换热器效率高,充分利用了蒸汽冷凝水的热量,节能效果十分显著。但在实际生产过程中,由于中压蒸汽管网不稳定,导致空气加热器的气锤现象非常严重,往往运行3个月左右就要停车维护,严重影响了正常生产。因此,对其进行改造。

2 空气加热器的改造

2.1 改造前的流程

空气加热器改造前的工艺流程示意图见图2。

图2 空气加热器流程示意图

冷空气经过滤器由鼓风机送入板式换热器前段(1),由后段(2)的蒸汽冷凝水加热;加热后的空气进入板式换热器的后段(2),由中压蒸汽加热至125~140℃,送入气流干燥塔干燥PVC颗粒。蒸汽在进入后段的时候一般分为多股同时进料。

2.2 改造方案及相关计算

由于空气加热器产生汽锤的主要原因是蒸汽不稳定,可以采用的改造方案有,(1)稳定蒸汽;(2)冷凝水增加疏水阀;(3)增加冷凝水中间罐。

方案1没有能量损失,但需要新增精密的阀门、仪表,投资费用较大;方案2和3改造原理相同,都会造成冷凝水压力下降,能量会有部分损失,但如果只增加疏水阀,一旦疏水效果不好,依然会产生汽锤,又因为冷凝水中间罐设备简单且可以利旧。因此,将方案2和3相结合,并对中间冷凝水罐的压力选择进行计算,计算流程见图3。

蒸汽压力为0.5MPa,冷凝水的回水压力0.2MPa,因此冷凝水中间罐的压力应为0.2~0.5 MPa,表1给出了冷凝水中间罐压力不同时损失的蒸汽量。

表1 冷凝水中间罐压力不同时损失的蒸汽量

显然,中间罐的压力越低,能量损失的越多,在同样压力情况下,冬季比夏季损失的要多,但冬夏二季的损失量比是一样的,当中间罐的压力从0.5 MPa(不变化)降低到0.2 MPa时,能量损失从零增加到6%,见图4。可见中间罐的压力越高,即空气加热器到中间罐的压降越小,中间损失的能量越少。

2.3 经济效益分析

图4 中间罐压力变化时能量损失比

控制中间罐的压力为0.35 MPa,空气加热器多消耗2.6%左右的能量,即每万标方空气多耗蒸汽(17.08+11.79)÷2=14.435(kg/h),若以需要加热的空气流量为3.5×104Nm3/h计,全年多耗蒸汽3.5×14.435×7 200=364(t),若每吨蒸汽按 100元计,则全年增加成本3.64万元。若按空气加热器因汽锤现象3个月停车维修1次,每次停产按 3天计,则全年停产12天,则年产12万t PVC全年(生产时间以300天计)减少产量 120 000/300×12=4 800(t),以每吨5 000元计,少收入2 400万元,尚有设备维修费用及开停车的原料损失。比较可见,停车维修的费用远远大于多消耗的蒸汽量。

另外,在工艺改造中,设备尽量利旧,尽可降低改造费用。

2.4 改造后的流程及效果

空气加热器改造后的流程见图5,蒸汽通过空气加热器(2)段后,进入饱和凝水中间罐,罐顶部设置换热器,用循环水将降压闪蒸出来的二次蒸汽冷凝,罐顶部通氮气控制压力不低于0.35 MPa。中间罐及换热器都是利旧设备,整个改造没有新增设备。

2013年6月,空气加热器改造完成投用,至今已运行五个多月,未发生汽锤现象。

[1]严福英主编.聚氯乙烯工艺学,北京:化学工业出版社,1990.

[2]郝文生,刘季敏.悬浮法聚氯乙烯干燥装置简介,中国氯碱,2006,(1):33-35.

[3]郑石子,颜才南,胡志宏,等.聚氯乙烯生产与操作.北京:化学工业出版社,2008.

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