陈丽，孙纯国，胡红旗，栾国颜

(1.吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林132022；2.中国石油吉林石化公司丙烯腈厂，吉林132022)

丙烯腈成品塔冷凝器结垢问题的分析及处理

陈丽1，孙纯国1，胡红旗2，栾国颜1

(1.吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林132022；2.中国石油吉林石化公司丙烯腈厂，吉林132022)

本文通过对丙烯腈生产的关键设备成品塔冷凝器壳程结垢严重原因的分析，采用以波壁纹管取代直壁管的解决方案。通过生产运行实践，取得了很好的效果，建议在生产运行中广为采用。

冷凝器；结垢；丙烯腈；波壁纹管

某厂丙烯腈装置始建于20世纪90年代，由美国BP化学公司设计，采用丙烯氨氧化法生产技术。丙烯腈装置丙烯腈成品塔冷凝器在实际生产中由于换热效果不好，导致产品中过氧化物、pH值以及酸度等不合格，严重影响着产品质量；另一方面由于丙烯腈容易聚合，换热能力的下降，造成成品塔釜温升高，加快了丙烯腈在成品塔内的聚合，缩短了成品塔的运行周期，增加了装置的检修次数，大大降低了丙烯腈产品的质量，增加原料的消耗。改进冷凝器的换热效果对丙烯腈的生产具有十分重要的意义。

1 冷凝器基本概况

1.1 设备概况

成品冷凝器为卧式固定管板式换热器，该换热器的规格为壳径450mm×2500 mm，换热面积F=27.2m2，管径 19 mm×2.5 mm，管数 188 根，壳程数为 1，管程数为4，壳程挡板间距为105 mm；设备材质为碳钢；重量为1276kg；换热器工作温度壳程为30～35℃，管程为52～38℃，换热器操作压力壳程为450KPa，管程为150KPa；工作介质壳程为工业用水，管程为丙烯腈。

1.2 原因分析

成品冷凝器壳程结垢严重并且在列管壁面上的沉积是导致换热能力下降最根本的原因，如图1所示。壳程中使用的工业用水含有盐类、机械杂质及有机物杂质等[1]。从结垢的形成原因分析如下：

a.此介质中的某些盐类在温度升高时会析出并附着于换热管表面形成水垢；通常冷却水中加有聚磷酸盐类缓冲剂，当水的pH值较高时也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着圬垢层的生成传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层变硬并牢固地附着于换热管表面上。

b.如同水垢一样，当流体所含的机械杂质、有机物较多并且流体的流速又较小时，部分机械杂质及有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢，污垢层的存在将显著增大列管内外热量传递的阻力。

c.污垢长时间在管壁上的沉积会逐渐对列管产生腐蚀，除了对设备造成损坏之外，检修维护时也将大大增加污垢清理的难度。

2 问题的处理

结垢现象客观存在几乎无法避免，只要能够尽量阻止污垢在管壁上的沉积就可以有效防止换热能力的下降。通常对结垢的处理有手工机械法、冲洗法和化学除垢法等，这也是目前工程中普遍采用的方法[2]，属于被动的措施，往往清洗干净的换热器再度投入使用后会很快重新结垢、沉积，并且清洗周期越来越短，远远满足不了实际生产的要求。

2.1 处理的方案

为了从根本上解决这个严重困扰生产的问题，换一种思路，采用防止结垢物之间的粘结以及防止其在换热表面上的沉积方法。为此，提出以具有流体力学性能较好的壁波纹管来取代原来的直壁管的方案。

2.2 理论依据

为了论证该方法合理有效，通过应用商用流体力学计算软件Fluent[3]对两种管路的壁面剪切应力的分布状况进行数值模拟，结果如图2和图3所示，各种颜色代表大小不同的剪切应力值。由直壁管的结果图2可知，颜色不同的区域在圆周各处的轴向（Z方向）上呈均匀分布状态，这意味着直壁管表面各处的剪切应力不随轴向位置发生变化，污垢在一段时间的聚积后较容易附着在上面。而壁波纹管的结果图3则截然不同，可以看出剪切应力除了沿轴向不断发生变化之外，还随着各处管径的变化而变化。

这种时刻发生变化的剪切状态，将使得污垢的沉积和附着变得非常困难，能够有效地抑制壳程结垢问题的发生。

2.3 处理效果

提高换热效率，节约能源。冷凝器传热效果明显增加，减少了工业用水的用量；换热能力的升高，成品塔的塔釜温降低，降低了塔底再沸器中蒸汽的使用量。

延长设备使用寿命。冷凝器结垢速度明显降低，清洗周期数倍延长，只是在每年装置大检修时清理结垢即可。对成品冷凝塔换热器改用壁波纹管后已经三四年了，再未因它出现结垢而切换维护。

提高生产效率和产品质量。换热器的操作弹性显著增大，整个装置都可以在较高的负荷下生产；换热效率高，使得成品塔的塔釜温降低，减少了丙烯腈在成品塔内的聚合，提高了丙烯腈产品的质量。

减少经济损失。传热效果的改善，减少了原料的消耗量。

3 结束语

改造后的丙烯腈成品塔冷凝器，改善了工艺状况，满足了丙烯腈生产的技术要求，节约了生产成本，提高了产品质量和生产能力，实现了节能降耗，保证了设备长周期运行，为工厂创造了显著的经济效益。

［1］周本省.工业冷却水处理的物理方法及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2008:30-49.

［2］毛希澜.换热器设计[M].上海:上海科学技术出版社,2008:5-25.

［3］田文德,王晓红.化工过程计算机应用基础[M].北京:化学工业出版社,2007:51-60.

Analysis and treatment for the scaling problem of the condenser of finished products tower in acrylonitrile unit

CHEN Li1,SUN Chuo-guo1,HU Hong-qi2,LUAN Guo-yan1
(1.School of Chemical&Materials Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin City 132022,China;2 Acrylonitrile Factory of Jilin Petrochemical Company，Ltd．，PetroChina，Jilin City 132021，China)

In the paper,the writer Analysis the Key Equipments of acrylonitrile production,the condenser of finished products tower which scaling in Shell Side is serious.The writer Justify a solution which a wavy-walled tube displaced a straight-walled tube.The techniques have been operated by plant．A wavy-walled tube technique should be used in old plant reforming or new plant．

condenser；scaling；acrylonitrile；wavy-walled tube

10.3969/j.issn.1008-1267.2012.05.016

TQ051.6+1

B

1008-1267（2012）05-0046-03

2012-04-12

陈丽（1970.7～）,女，硕士，副教授，从事化工系统工程的研究。