众所周知,氯碱生产是一种高能耗的产业。近年来,随着氯碱厂生产规模的日益扩大,总能耗也越来越多。由于换热器的能耗和投资占烧碱的成本较高,因此应用新型的换热器在氯碱企业的扩建中显得越来越重要。板式换热器是一种结构紧凑、性能高效的换热设备。与列管换热器相比:它占地面积只相当于列管换热器的20%左右。由于增加扰动,强化了传热,传热效率提高了4～5倍。它组装灵活,热损失小,不需要保温层,同时质量轻,拆卸、检修方便,广泛应用于各种工业生产中。
1 工作原理及性能对比
在板式换热器中,板片是传热元件,悬挂在导杆上,板片上面还贴有密封垫片,板片按设计要求组装后压紧。流体在板式换热器内的流动,是通过板片上的角孔进入板片通道,冷热流体间达到换热的作用。普通的板式换热器主要用于无相变的换热场合,还有冷凝式板式换热器用于气体冷凝,以及耐压较高的焊接式板式换热器。板式换热器与管壳式换热器的性能对比见表1。
2 氯碱厂各工序使用实例
在氯碱厂中,除了蒸发器的加热室和浓碱冷却器因结晶盐的存在无法使用板式换热器外,其它可使用换热器的工序,板式换热器均能很好地起作用。
2.1 硅整流工序
硅整流工序的两种换热器均属于液液换热。其中变压器的油冷却器可使用铝黄铜板片材质、耐油丁腈橡胶垫片的板式换热器;整流柜的纯水冷却器可使用1ｃｒ18ｎｉ9ｔｉ的板片材质、丁腈橡胶垫片的板式换热器。
2.2 盐水工序
盐水预热器属于气液换热,同时由于盐水介质电化学腐蚀的存在,板片材质必须使用1ｃｒ18ｎｉ9ｔｉ以上奥氏体不锈钢,垫片为丁腈橡胶的冷凝式板式换热器。
2.3 氯气处理工序
在氯气处理工序中,钛管冷却器板片可使用ｔａ2钛材材质,由于湿氯气的化学腐蚀较重,所以选用耐氧化的三元乙丙橡胶垫片,同时有氯水的冷凝,必须使用冷凝式板式换热器;同样氯水冷却器可使用板片材质为ｔａ2、垫片为三元乙丙橡胶的板式换热器;纳氏泵的循环酸、各塔循环酸换热器板片可使用耐浓硫酸和氯气腐蚀的哈式合金ｃ-276材质以及氟橡胶垫片。
2.4 液氯工序
在液氯工序中,无论使用氨制冷还是使用氟里昂制冷,制冷剂的液化均可使用板片材质为1ｃｒ18ｎｉ9ｔｉ的板式换热器,由于压缩后的气体压力较高,所以此板式换热器必须选用焊接式的,虽然板片无法拆检,但由于介质腐蚀性较弱,使用寿命仍可达8年以上。氯气液化器可使用板片材质为1ｃｒ18ｎｉ9ｔｉ的冷凝式板式换热器、其垫片同钛管冷却器一样选用三元乙丙橡胶。
2.5 电解工序
由于电解液的腐蚀包括氯离子的孔蚀、碱脆和电化学腐蚀,因此电解液预热器必须使用1ｃｒ18ｎｉ9ｔｉ或ｍｏ2ｔｉ的奥氏体不锈钢板片材质、垫片选用耐强碱的丁基橡胶。
3 使用中应注意的问题
(1)当换热介质中含有固体颗粒、纤维状物质时,例如一次水或循环水,应当在换热器前面安装过滤器。(2)板式换热器投入使用时,应缓慢打开高温介质入口阀门,使其充满高温侧板程,然后再打开低温介质的入口阀门。严禁压力、温度急剧变化。(3)通过分析介质成分或判断压力变化情况,发现有两种介质相串通的现象时,应立即停车,查出并更换损坏的板片。(4)严格控制使用温度与压力在允许值以下,否则会加速密封垫的老化,造成严重泄漏等情况。(5)检查发现换热板束泄漏时,应做好标记,以便设备拆开后,迅速查出损坏的板片和密封垫片,换上新的换热板片和密封垫片。(6)开始运行时,发现换热器冷热不均,应先检查换热器内是否有空气没放干净,然后检查换热板片是否加错,通道是否堵塞,并采取相应的有效措施进行处理。(7)板式换热器停车时,应缓慢关闭低温介质入口阀门,随即缓慢关闭高温介质入口阀门,然后关闭低温介质的出口阀门,再关闭高温介质的出口阀门。禁止压力、温度发生急剧变化。
4 清洗与维修
4.1 清洗
清洗的间隔期应视板式换热器的使用情况而定。当板式换热器通道的阻力增加,换热效果下降时应进行清洗。
4.1.1 反冲洗法
当板式换热器的流道阻力较轻或阻力降突然升高时,停车,从流道的反方向,用高于操作压力1.5倍的工艺介质反向冲洗。
4.1.2 手工清洗法
如果板式换热器的流道阻力用反冲洗法无法消除,且换热板片结垢层很薄时,根据强度的不同,可用软纤维的刷子洗刷,再用压力为0.2ｍｐａ的水冲刷干净为止。
4.1.3 化学清洗法
当换热板片结垢层较厚,强度较高,用以上两种方法难以处理时,使用化学清洗法。一般采用10%的硝酸、2%的聚偏磷酸、5%的乙二胺四乙酸的混合溶液来清洗,也可用10%的硝酸加上蓝星清洗公司的专用缓蚀剂来清洗。最后用清水冲洗干净。
4.2 维修
当板式换热器拆检清洗后或板片、垫片损坏时,应进行维修。(1)板式换热器在拆卸前,应测量板束的压紧长度尺寸,以便在重装时使用。(2)密封垫片若粘在两板片间的沟槽内,应小心地用工具从易剥离的部位插入,然后沿其周边进行剥离,切不可损坏板片和密封垫片。(3)检查换热板片是否有穿孔情况,一般用放大镜检查。奥氏体不锈钢板片可先用磁铁粗检,再用放大镜检查。(4)如果发现介质出入口及通道内有杂物积累,则说明过滤器失效,应及时清扫过滤器。(5)换热板片结疤时,切忌用钢丝刷子来洗刷,尤其是不锈钢板片,以防止加速板片的腐蚀。(6)拆卸氯气处理的钛材板片时,严禁与明火接触,以防氧化。(7)检查密封垫片是否有老化、裂纹等缺陷,禁止用硬的物品在表面上乱划。(8)板式换热器的一个板片损坏而无备件时,可将此板片和相邻的板片同时取下,再拧紧夹紧螺栓。(9)板片组装时,可用刷子将密封胶涂在板片的沟槽内,然后压入密封垫片,最后把板片组装起来即可。
5 结论
板式换热器是一种结构紧凑、高效的新型换热设备。在氯碱生产中应用新型的板式换热器,占地面积比列管换热器减少80%,投资降低50%～70%,传热效率提高了400%～500%。由于选用的材质较好,使用中只要按规程操作就可以保证氯碱装置安全长周期运行。同时板式换热器质量轻,换热器外不需要保温。在使用中如果阻力增大或结垢,清洗比较容易。板片损坏或密封垫片泄漏时,拆卸、检修也比较方便。因此在氯碱生产中应尽可能选用板式换热器。
