空心環(huán)管殼式換熱器在硫酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的應(yīng)用

　　川化硫酸廠以硫鐵礦為原材料，采用酸洗凈化流程，一轉(zhuǎn)一吸，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)硫酸(100％)120 kt。l 熱熱交換器是l 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。該設(shè)備結(jié)構(gòu)形式為滿布雙圓缺列管式換熱器，由于長期處在SO：、SO，氣體、冷凝酸及催化劑粉塵中，列管((2j51×2．5×6 000姍)腐蝕嚴(yán)重，因泄漏堵掉列管造成換熱面積減少30％ ，換熱效果差，制約了l。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。由于換熱器換熱能力不足，經(jīng)常利用加熱爐進(jìn)行補(bǔ)熱以維持轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的熱平衡。同時(shí)因列管泄漏，SO：、SO，互竄，轉(zhuǎn)化率降低，尾氣排放壓力沉重，環(huán)保面臨嚴(yán)峻威脅。為盡快扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的被動(dòng)局面，硫酸廠于2001年大修時(shí)對(duì)l。熱熱交換器進(jìn)行了更新改造。  
　　l 新?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn) 
 
　　由于是更新改造，受場地和空間的限制較多，為選擇合適的換熱器，經(jīng)多次考察比較，最后確定選用由華南理工大學(xué)科技開發(fā)公司開發(fā)的空心環(huán)管殼式換熱器。與傳統(tǒng)換熱器比較，此換熱器具有以下特點(diǎn)。  
 
　　1．1 傳熱系數(shù)高 I*K,\'OY=w  
　　傳統(tǒng)換熱器傳熱系數(shù)一般在l0—15 W／(IIl2· K)，而空心環(huán)管殼式換熱器具有較高的傳熱系數(shù)，可達(dá)30 w／(IIl2·K)。與傳統(tǒng)換熱器比較，在相同換熱量下，空心環(huán)管殼式換熱器換熱面積、重量都有所減少,傳統(tǒng)換熱器與空心環(huán)管殼式換熱器比較參數(shù) 傳統(tǒng)換熱器 空心環(huán)管殼式換熱器從表l可以看出，對(duì)于相同的換熱量，采用空心環(huán)管殼式換熱器較采用傳統(tǒng)換熱器換熱面積節(jié)省30％ ，這樣，不僅可以減少設(shè)備的的投資，而且對(duì)于改造工程也是非常有利的。由于換熱器直徑減小，新?lián)Q熱器可以直接安裝在原基礎(chǔ)上，既節(jié)省了場地又節(jié)省了管道和保溫材料的費(fèi)用。  
 
　　1．2 操作彈性大

　　空心環(huán)管殼式換熱器的關(guān)鍵核心部位是空心環(huán)網(wǎng)板。用空心環(huán)結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)換熱器的折流板，雖管程阻力有所增加，但殼程阻力只有傳統(tǒng)換熱器的20％左右，總阻力比傳統(tǒng)換熱器小，壓降低，有較大的操作彈性，且殼程不易積垢，可長期維持低壓降運(yùn)行。  
　　1．3 不易腐蝕和堵塞   
  
　　空心環(huán)管殼式換熱器采用縮放管，湍動(dòng)大，層流底層較薄，管內(nèi)傳熱系數(shù)大于管外傳熱系數(shù)，避免了傳統(tǒng)換熱器管內(nèi)積酸泥和氣流通過管壁時(shí)產(chǎn)生收縮與膨脹的現(xiàn)象，有效減少了管子的腐蝕和堵塞。綜上所述，與傳統(tǒng)換熱器相比，空心環(huán)管殼式． 換熱器具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。  
 
　　2 新?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)及主要部件  
  
　　2．1 空心環(huán)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)  
  
　　2001年硫酸廠選用了一臺(tái)換熱面積為438m 的空心環(huán)式換熱器，更換了原l‘雙圓缺列管式換熱器?？招沫h(huán)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)如圖l。  
  
　　2．2 主要部件  
  
　　2．2．1 空心環(huán)網(wǎng)板  
  
　　空心環(huán)網(wǎng)板是空心環(huán)管殼式換熱器的關(guān)鍵部件，是管間支承物?？招沫h(huán)網(wǎng)由20×3 Innl上扁鐵、下扁鐵及800個(gè)(2j36×3×30 nlnl的空心環(huán)組成，材質(zhì)均為Q235．A，短管節(jié)長30 nlnl，對(duì)(2j5l×3．5 111111的縮放管的凹凸面可以全部覆蓋(接觸)，有較好的穩(wěn)固作用，防止振動(dòng)。空心環(huán)網(wǎng)板作為管間支承物，空隙率大，對(duì)氣體阻力小，殼程管隙間氣體的絕大部分壓降可作用在強(qiáng)化管的粗糙傳熱面上，用以提高流體傳熱滯流底層的湍流強(qiáng)度，降低熱阻，達(dá)到謁化傳熱的目的。  
　　2．2．3 環(huán)型夾套   
  
　　如圖l所示，在換熱器下部殼體SO：側(cè)氣室開有4個(gè)430×570 mm的氣體分布孔，上部殼體開有3個(gè)SO 出氣口。氣體經(jīng)環(huán)形夾套沿殼程周向環(huán)形進(jìn)入，氣體分布均勻，且氣流速度減緩，減少了對(duì)縮放管的沖刷。為了減少對(duì)殼體的直接沖 刷腐蝕，在進(jìn)口殼體的迎氣面貼焊1 Crl8Ni9Ti不銹鋼防腐板?？?3 使用效果 6:  
圍1 空心環(huán)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)圖l一下管板；2一下夾套開孔；3—?dú)怏w分布板；4一空心環(huán)網(wǎng)板；5一阻流圈；6一上夾套開孔；7一上管板；8一管束或拉桿
2．2．2 縮放管 B6:YSoS  

    用空心環(huán)管殼式換熱器的縮放管代替?zhèn)鹘y(tǒng)換熱器的普通列管。從腐蝕和機(jī)械性能考慮，換熱器縮放管材料選用20 g，尺寸規(guī)格為 51×3．5×3 560 mm。由于縮放管管徑的不斷改變，煙氣在流動(dòng)過程中亦不斷改變流動(dòng)方向，提高了湍動(dòng)程度，使熱阻最大的滯流層底層不斷地被破壞掉，又不斷地更新，減薄了層流底層的厚度，有效地提高了換熱器的傳熱系數(shù)?？招沫h(huán)管殼式換熱器于2001年3月硫酸大修后投入使用，徹底解決了轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的熱平衡問題。在生產(chǎn)正常的情況下，不需開加熱爐進(jìn)行熱補(bǔ)償就能維持系統(tǒng)穩(wěn)定的熱平衡。該換熱器投運(yùn)后，現(xiàn)場多次測定管程、殼程阻力，總阻力一般穩(wěn)定在9 330～10 665 Pa，比改造前傳統(tǒng)換熱器的阻力17 330—19 995 Pa大大降低，節(jié)約了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。經(jīng)計(jì)算，傳熱系數(shù)約為24 W／(m2·K)，達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。至今該換熱器已運(yùn)行達(dá)5 a。每次大修對(duì)該換熱器進(jìn)行檢查，縮放管內(nèi)外均較干凈，沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕和結(jié)垢、堵塞的情況；內(nèi)部零部件空心環(huán)網(wǎng)板、阻流圈、氣體分布板沒有變形、堵塞，結(jié)構(gòu)完好。鑒于空心環(huán)管殼式換熱器具有較優(yōu)良的性能，2002年6月，硫酸廠又對(duì)轉(zhuǎn)化預(yù)熱器進(jìn)行了選型、設(shè)計(jì)。2003年3月用空心環(huán)管殼式換熱器替代了預(yù)熱器的高、低溫段換熱器，運(yùn)行情況良好。2006年硫酸系統(tǒng)大修，準(zhǔn)備對(duì)2。轉(zhuǎn)化器的中熱交換器、熱熱交換器進(jìn)行更新改造，無疑，空心環(huán)管殼式換熱器將是首選。  
4 結(jié)語
 
    使用l 熱熱交換器5 a及預(yù)熱器高、低段3 a的生產(chǎn)實(shí)踐表明，硫酸廠應(yīng)用的空心環(huán)管殼式換熱器是成功的，徹底解決了硫酸裝置轉(zhuǎn)化系統(tǒng)熱平衡問題，由于總阻力下降，操作彈性提高，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。