氯乙烯预热器的优化选择

第10期中国氯碱No.102007年10月China Chlor- AlkaliOet,200727氯乙烯预热器的优化选择惠正纲(无锡格林艾普化工股份有限公司,江苏无锡214041)摘要:通过对预热器的 各组分气体流量、气体温升等相关数据的测量,根据热量衡算计算出混合气体流速、总传热系数、热效率。比较分析了三者之间的关系,从而对预热器进行优化选择。关键词:氯乙烯;预热器;流速;总传热系数;优化中图分类号:TQ222.4文献标识码:B文章编号: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预热器是电石法生产氣乙烯单体的设备之一,国内有些电石法生产氣乙烯的厂家在相同生产其作用是将经过低温脱水后的乙炔、氯化氢混合气规模装置上所采用的预热器的数量、换热面积差异体进行加热,使其温度由-14 C上升至75~85 C,以较大,而在相同温度的转化器循环热水的加热后,混便于其在转化器中快速有效地反应。预热器通常选合气体的温度却差异较小。显然,预热器的使用效率用石墨列管换热器，也有生产厂家选用石墨块孔式不同。过多的、不必要的预热器不仅增加了设备投或碳钢列管式换热器。加热方法多数采用转化器循资、设备维护费用,而且增加占地面积、使布管复杂,环热水加热,少数采用蒸汽加热。加热方式有并流与降低了设备利用率。本文通过对实际生产中预热器逆流2种。的各组分气体流量气体温升等相关数据的测量,根b.开车。立即同时关闭所有的氢气阀和氣气阀(FV-03,XV-(3)长期停车05,XV-07,FV-04,XV-06,XV-08)，并且所有的外a.按照正常停车的a~f步操作。部信号全部回到安全位置。b.关闭冷却水进水阀。功应用表明其安全、c.停热水循环泵。注意,温度低于0 C冷却水会便捷AH中国煤化工生产装置相比均有结冰,应排尽冷却水热水或吸收水系统,以避免冷较大CNMH G生产水平和自动化却水和热水系统的阻塞。水平提供一定的借鉴经验。(4)紧急停车收稿日期:2007-04-24当按下紧急停车按钮(S5/1 ,S5/2),控制系统将28中国氯碱2007年第10期据热量衡算来计算混合气体流速、总传热系数热效略不计;3只并联预热器共300m’，通道截面积率,比较分析三者之间的关系,从而对预热器作出优0.3409 m';混合气进气-11.55 C,出气79.95 C,预化选择。热器出口压力22.3 kPao1预热器材质 、加热方式.换热面积的选择计算过程:石墨列管换热器的优点是耐腐蚀传热效果好,查26 C时水饱和燕汽压为3405.8 I'a,蒸汽含缺点是列管易损坏,特别是在运输、安装时或生产中量为3 405.8 /(1.54x10*)= 2.212%。粗乙炔为1.54x2 1001 R (273.15 +26.1)=工况(例如温度、压力)发生突然变化时。采用碳钢材质虽不易损坏，但如果前道工序脱水效果不好或经131.697 (kmolh)(R=0.082 06),其中,H20为131.697 x2.212% =2.913 kmolh=常发生故障,也会因气体含酸而影响其使用寿命。目52.436 (kg/h),前行业中多数生产厂家采用石墨列管换热器，本文CH2为(131.697-2913)<99%=127.496 (kmolh)=着重讨论该类型换热器。3 314.900 (kg/h),因氯化氢气体中有时含有极少量游离氯，它与N2为131.697-2.913-127.496=1.288 (kmol/h)=乙炔会发生氯化反应，在预热器列管中产生并不断36.064 (kg/h)。堆积,引起预热器压降增加。当采用并流加热时,混粗氯化氢为1.38x2 7701 R (273.15 +50)= .合气从下向上,沉积炭更容易堵塞列管;而采用逆流144.153 (kmolh),加热时,气体自上向下,不易堵塞。此外,考虑提高换其中,HCI为144.153x92%=132.621 (kmolh)=热效率、节省加热介质,采用逆流加热比较好。无锡4 840.658 (kg/h),格林艾普化工公司预热器采用并流加热方式，生产H2为14.153<89%=11.532 (kmolm)=23.064 (kgfb)。中拆检管道时发现，在预热器列管上部与顶部出口经脱水后，测得混合气中水质量分数为0.06%，附近有较多的沉积炭，它的存在会显著地增加系统得(127.496+1.288 +132.621+11.532)/(1-0.06% )x的压降,影响流量。0.06%=0.163 9 (kmolh),即2.949 kg/h。换热器面积是一一个重要的工艺参数。换热器面形成40%盐酸耗水52.436 -2.949-49.487 (kgh)。积过大,其利用率降低,设备占地多、承重大;换热耗氯化氢49.487/(1. -40% )x40%=32.991 (kg/h)=器面积过小，则混合气体流阻增大,相应增加动力0.904 (kmol/h)。消耗或混合气体预热温度不能达到工艺要求。实剩余氯化氢为4 840.658 -32991-4 807.667 (kgh)际生产中，要综合考虑换热器的面积。根据公式=131.717 (kmolh)。Q=KSOtm,对某-确定生产装置而言换热量Q与计算各组分吸收热量为:温差Ot的值基本是确定的，换热面积S和总传热0ca=3 314.90.4029795155)=-121 932 (kca/系数K密切相关。要减小S就需要提高K,而K在h)很大程度上受流速u的影响,流速u高,则K值增QN =36.064x0.745/4.186x91 .5=587.3 (kcal/h)大,但u过高就可能会影响到压降,所以,流速u要QH.o=2.949x1.88/4.186x91.5=121.2 (kcal/h)兼顾二者考虑。此外,为体现出预热器的利用程度，QHa =4 807.667x0.18x91.5=79 085.2 (kcalh)要计算预热器的传热效率ε,与u.K、Otm预热后气Qn,=23.064x3.5x91.5=7 386.3 (kcalh)体温度等。Q a=209 112 kcalh2预热器的气体流速 u与总传热系数K的热水进口温度为91.5 C，测得热水流量约关系200 m2/h。忽略热损失得:当采用列管换热器,用热水(壳程)加热混合气Q=m.C.Ot得Ot=209 112/<(200x10*)=1.05 (C)体(管程)时,受气膜传热控制影响,气体流速越快,即出口水温为90.68 (C)气体滞流层越薄，则总传热系数越高。利用测量得的因而执器并流得At =40 818 C。相关数据,计算出流速与对应的总传热系数。计算过中国煤化工613 600 140.8181程如下。MHCNMHG已知条件:粗乙炔2100 m2/h ,54 kPa,26 C,体取预热器平均温度(79.95+11.55)/ 2= -45.75 C积分数9%;粗氯化氢2 770 m2/h,38 kPa, ,50C,体V推合r=(127.496 +1.288 +0.163 9 +131.555+积分数92%;循环热水91.5C,并流加热,热损失忽11.532)R (273.15 +45.75)/1.223=5 820.836 (m/h)=第10期惠正纲:氯乙烯预热器的优化选择.291.616 9 (m/s)4预热器的改进措施与结果列管中混合气体平均流速u=1.6169/ 0.340 9=根据上面分析,可以进行如下的改进:4.743 (m/s)(1)原3只并联预热器减少为2只并联预热器;传热效率ε=(79.95 +1.55)<91.53 +11.55)=(2)加热方式由并流改为逆流。0.887 7考虑到预热器加热混合气体时,供应热量相对2005年6月，测量了不同流最时的相关数据,较小进出口水温只差1 C左右,逆流并流时Otm差采用同样的计算方法得到了并联3只预热器的1组别不大,而改变管道比较麻烦,对生产影响大。因此,数据,详见表1。决定择机减少1只预热器。表1 3只预热器 的数据2006年1月初在装置停车检修时,将1只预热序号平均流速温为/心总传热系数热效率预热后温度器进出口管道分别自住。在开车后测量了2只颀热《(m-r")/(w.m2.9C)41.4212.2970.896 11.41---器并联T.作时的相关数据。4月下旬利用停车时间4.39218.3180.879 60.0又清洗预热器列管并再次测量计算。结果见表2。表2 2 只预热器的数据4.56040.809.9380.893 280.9序号半均流速温差总传热系数备注4.743 40.5819.98280.0(m's) C /(w-m2.C)热效半元16.523 44.04 27.414 0.865176.73预热器的改进分析2 7.201 42.82 30.455 0.877280.5清洗前结合生产中的观察,对表1数据分析后,认为:37.249 41.67 30.683 0.8754 79.2(1)因转化器循环水温度相对稳定(91~93C),温差Otm也比较稳定,在换热面积足够情况下,预热46.872 40.48 30.718 0.892479.8清洗后7.548 42.32 31.758 0.878478.9后气体温度几乎不受预热前气体温度的影响，而主要取决于循环热水温度,循环热水温度越高,预热后从表2数据中，可知:气体温度越高。(1)相同的生产流量时，预热器气体流速增(2)受气膜传热控制影响,混合气体流速增大,加，总传热系数也明显增加;则总传热系数也增大。当加热介质温度不能进一-步(2)传热效率基本不变,预热后气体温度也基本提高时，提高气体流速在一定程度上可以提高混合不变,预热器仍有一定余量;气体温度。实际生产中测得气体平均流速<4.8m/s,(3)清洗后传热效率有所提高。与列管换热器管程常用气速5~30m/s相比,速度偏此外,多次测量预热器压降。在清洗后实测了预低,故总传热系数也低,有进-步提高的叮能性。热器进出口的气体压力,在正常生产流量时(该厂装(3)根据传热效率定义,8=实际的传热量Q1最置生产能力为7万va VCM)其压降约为78.5- 98.1 Pa,大可能的传热量Qmax,e能体现出换热介质间能量满足生产需要。因为目前预热器采用顺流加热,时间传递的程度。由上表得知ε>0.80,说明热交换充足,-长(约3个月),预热器压降会慢慢增加。计划以后预热器仍有较大利用余量。有条件时改为逆流加热，将会延长或消除列管的堵据此，认为预热器列管中实际气体流速低于列塞时间。管允许流速,有较大提高的可能性,可以考虑提高流5结论速、降低换热面积。当然,流速提高后,预热器压降也显然,在选择预热器加热混合气体时,应优先选可能增大。在压降开始显著增大时的气体流速均可择瘦长型换热器,列管中气体流速(平均温度下)可以考虑。根据生产实践,认为预热器的压降本身并不以取6.5~7.5 m/s。这样,在不影响压降的前提下,通高。长时间使用后压降升高,是因有微量的游离氯与过适当提高混合气体在预热器列管中的流速,将显乙炔在列管中反应而产生沉积炭造成的。当气体流著增大总传热系数.可以减少预热器的使用面积,降速增加后,沉积炭不易堵塞列管,反而会减缓气体压低4中国煤化工吵占地。而采用逆降增加。此外,在预热器进口有时会产生黄绿色的水流加| YHCNMHG堵塞时间，对稳定结晶物，这主要是由于混合脱水处温度控制过低造生产有较大益处。成的,加强工艺中控,应可以解决。收稿日期:2006-09-25