列管式石墨換熱器在合成氨生產(chǎn)中的應(yīng)用

    在合成氨生產(chǎn)過程中，始終伴隨著熱量交換，特別對化肥企業(yè)來說夏季氣溫上升，壓縮機(jī)出工不出力現(xiàn)象普遍存在。

    夏季氣溫上升，半水煤氣脫硫后進(jìn)入清洗塔清洗，而清洗塔在烈日暴曬下，溫度高達(dá)４０～４３℃，使半水煤氣在４０℃的水飽和蒸汽壓為８８０ｍｍＨ２Ｏ（８．６３ｋＰａ），半水煤氣在２６００ｍｍＨ２Ｏ（２５．５０ｋＰａ）（Ｇ）出清洗塔進(jìn)入壓縮機(jī)一段，一般由清洗塔到壓縮機(jī)一段的半水煤氣總管長１００ｍ，流速為８～１０ｍ／ｓ，溫度到達(dá)壓縮機(jī)前可達(dá)到４４℃，因而壓縮機(jī)在夏季存在“有氣無力”的現(xiàn)象。

    在夏季水溫高，壓縮機(jī)“有氣無力”、傳熱效果差、能耗高是制約合成氨生產(chǎn)的主要問題，對化肥企業(yè)來說，夏季是銷售旺季，需要生產(chǎn)裝置滿負(fù)荷運(yùn)行。針對以上問題我們經(jīng)過了反復(fù)的研究，決定采用新型列管式石墨換熱器，用在壓縮機(jī)一段前，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。  

    １新型石墨換熱器設(shè)備

    （１）不透性石墨材料

    不透性石墨是一種由人造石墨及合成樹脂通過浸漬、壓制、澆鑄等方法制得新型的結(jié)構(gòu)材料，它和其它一切非金屬耐腐蝕材料的區(qū)別在于，除了具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性能，還具有極高的導(dǎo)熱性能且不污染介質(zhì)，不易結(jié)垢，因而大大的擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

    在化學(xué)穩(wěn)定性方面，不透性石墨除了強(qiáng)氧化性酸及堿外，對大部分化學(xué)介質(zhì)都是耐腐蝕的，特別含氯離子的介質(zhì)。   

    在導(dǎo)熱性方面，浸漬石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為１００～１１０Ｗ／ｍ·Ｋ，其導(dǎo)熱系數(shù)和銅、鋁相仿，是普通碳鋼２．５倍以上，通常將其制作熱交換器就是根據(jù)這一特點(diǎn)。

    在熱穩(wěn)定方面，酚醛浸漬石墨一般可以承受１７０℃左右的溫度，其熱膨脹系數(shù)很小，大約為０．４～０．４５×１０－５／Ｋ。

    （２）新型熱交換設(shè)備    

    新型列管式石墨熱交換器兩端為固定管板，管板與換熱管連接使用高彈性耐腐蝕橡膠材料，實(shí)行三道彈性密封，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，抗震性好、傳熱性能好，且操作阻力小，易維護(hù)和清理。徹底消除了傳統(tǒng)石墨換熱器結(jié)構(gòu)上因粘結(jié)劑與浸漬石墨塊材料線脹系數(shù)的明顯差異所引起的應(yīng)力破壞，消除了溫度作用下石墨換熱管“差異伸長”和溫度不均布因素導(dǎo)致的破壞作用。即使在溫差較大條件下，運(yùn)行仍然穩(wěn)定可靠。設(shè)備全部采用活性連接，換管方便，換熱面積不減少，避免因堵管造成的整機(jī)報(bào)廢情況。該新型石墨換熱器許用壓力可達(dá)到１．０ＭＰａ，使用溫度可達(dá)到１５０℃。

    ２在合成氨中的應(yīng)用

    為了解決壓縮機(jī)“有氣無力”問題，以前有一些廠家采用以噴淋式和噴射式為主的混合熱交換器，有的直接采用冷凍水進(jìn)行降溫。前者存在著諸如電耗高、有效氣體成分損失、氣水分離等系列問題，而后者投資大、耗能更高。在壓縮機(jī)前增設(shè)石墨管煤氣冷卻器，考慮到夏季煤氣溫度平均４６℃，故而采用溫度較低的一次性地下水（溫度為１６℃）對煤氣進(jìn)行冷卻，這樣壓縮機(jī)一段入口溫度在夏季可降低１０℃以上，可以始終保持壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行。    

    （１）應(yīng)用情況分析

    根據(jù)克拉伯龍方程：ＰＶ＝ＭＲＴ可知，降低壓縮機(jī)一段進(jìn)氣溫度，可以提高壓縮機(jī)打氣量。以８×１０４ｔ／ａ合成氨計(jì)算（投資約５０萬元），其新型石墨換熱器傳熱面積為７１２ｍ２，按降低１０℃計(jì)算，可增加輸氣量為２．３％。    

    （２）經(jīng)濟(jì)效益

    在正常情況下，原來系統(tǒng)日產(chǎn)氨２８０ｔ，則按氨產(chǎn)量折算，新型石墨冷卻器投產(chǎn)后可增加產(chǎn)量２８０×２．３％＝６．４４（ｔ／ｄ），高溫季節(jié)按每年１５０天計(jì)算，則每年因此增加產(chǎn)量６．４４×１５０＝９６６（ｔ／ａ）。   

    按合成氨價(jià)格１８００元／ｔ，噸氨耗煤７００×１．３＝９００元，噸氨其它費(fèi)用５０元，耗水費(fèi)用約５００元／天，則每年增加效益：

    （１８００－９００－５０）×９６６－１５０×５００＝７４．６１萬元

    通過以上計(jì)算可以看出，合成氨生產(chǎn)裝置在壓縮機(jī)一段入口采用新型石墨換熱器可有效提高設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，增收節(jié)能，不到一年即可收回設(shè)備投資。

    總之，從平度天柱等幾個廠家使用情況來看，新型石墨換熱器的使用取得了令人滿意結(jié)果。我們相信，其使用前景將會更好。