（化学工程专业论文）27万吨pta装置氧化干燥机改造方案.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 大型密闭型蒸汽管回转干燥机是p t a ( 精对苯二甲酸) 生产装置的关键设备。本文 研究项目是对辽阳石化分公司芳烃厂p t a 装置的氧化干燥机存在的一些设备隐患进行分 析，综合国内部分p 1 a 装置的进口干燥机的优点，结合一些国内p ，i a 干燥机制造商的经 验，对隐患干燥机制定改造方案。对干燥机的简体、换热管、管支撑、滚圈、拖轮、大 齿圈、小齿轮的材质重新选择，另外对干燥机的进料螺旋、进出料端密封、出料等结构 形式进行了重新选型，选择更能适应p t a 实际生产需要的材质和结构形式组合成更成熟、 更可靠的工艺设备。经对比分析，干燥机的简体及换热管适当加厚，管支撑改为耐蚀性 更优的9 0 4 l ，滚圈、拖轮、大齿圈、小齿轮改为国内更易加工的4 2 c r m o 高强钢；在结 构上，干燥机的进料螺旋由平行进料改为十字交错进料，进出料密封由滑动轴承加方形 填料改为滚动轴承加v 型填料，出料由强制出料改为叶片导料结构；按照新的方案制造 的干燥机不仅能提高装置的生产负荷，而且还可消除干燥机存在的长期安全隐患和设备 隐患，大幅度提高装置的生产安全性能。 关键词：p t a ；蒸汽列管干燥机；改造 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 t h ea l t e r a t i o np r o j e c to f2 7 0 ，0 0 0 k m t ap t ap l a n t o x i d i z a t i o nd r y e r a b s t r a c t l a r g e - - d i m e n s i o n a lc l o s i n gs t e a m t u b er o t a r yd r y e ri sak e ye q u i p m e n tf o rp t a ( p u r i f i e d t e r e p h t h a l i ca c i d ) p l a n t t h i ss u b j e c ti sar e s e a r c hp r o j e c ti nl i a o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n y p t ap l a n ta r o m a t i cc o m p l e x p t ap l a n td r y e rh i d d e ns o m ee q u i p m e n tf o ra n a l y s i s r e f e r e n c e t ot h ea d v a n t a g e sf o rs o m ed o m e s t i cp t ai n s t a l l m e n ti m p o r td r y e r ，a n dt ot h ee x p e r i e n c ef r o m s o m ei n t e r n a lp t a d r y e rm a n u f a c t u r e r ，i ts h o u l db et om o d i f yap l a nf o rt h eh i d d e nd a n g e rd r y e r t od r y e r st u b eb o d y ，t h eh e a t i n gt u b e ，t h et u b es u p p o r t ，t h et i r e ，t h er o l l e r ，t h eg i r t hg e a r ，t h e p i n i o ng e a r ，t h em a t e r i a la r et ob er e s e l e c t e d ，m o r e o v e r ，t od r y e rf e e ds c r e w ，f e e d i n ga n de x i t e n ds e a la n dd i s c h a r g es c r e w ，t h em a t e r i a ls t r u c t u r a l i s mf o r mt oc a r r yo nt h es h a p i n g ，t h ec h o i c e h a sb e e na b l et oa d a p tt h em a t e r i a lq u a l i t yw h i c ha n dt h es t r u c t u r a ls t y l ea g a i nt h ep t aa c t u a l p r o d u c t i o nn e e d e dc o m b i n e si sm a t u r e ，t h em o r er e l i a b l ep r o c e s su n i t a f t e rt h ec o n t r a s t i v e a n a l y s i s t h es h e l la n de x c h a n g e r t u b eo fd r y e rs h o u l db et h i c k e ns u i t a b l y ，t h et u b es u p p o r t s h o u l db em a n a g e dt oc h a n g ec o r r o s i o nr e s i s t a n c em o r es u p e r i o r9 0 4 l ，r o l l st h ec i r c l e ，t h e t u g b o a t ，t h eg i r t hg e a r ，t h ep i n i o ns h o u l db ec h a n g e dt ot h ed o m e s t i cp r o c e s s i n gt h eh i g ht e n s i l e s t e e l4 2 c r m o ，w h i c ha r eb e t t e rt on e e ds o m er e q m r e m e n t s t r u c t u r a l l y ，t h ep a r a l l e lf e e d i n gi st o b er e p l a c e db yt h es t a g g e r e dc r o s sf e e d i n gf o rt h ed r y e rf e e d i n gs c r e w ，a n dt h es l i d i n gb e a r i n g p l u ss q u a r e - p a c k i n gi st ob er e p l a c e db yr o l l e rb e a r i n gf i l l e r sp l u sv - p a c k i n gf o ri n - o u ts i d e s e a l i n g ，t h ec o m p u l s o r yd i s c h a r g i n gs h o u l db ec h a n g e dt ot h es t r u c t u r eo f t h eb l a d e s p r o g r a m i na c c o r d a n c ew i t ht h en e wd r y e rm a n u f a c t u r e dd e v i c e sc a nn o to n l yi m p r o v ep r o d u c t i o n c a p a c i t y ，b u ta l s ot oe l i m i n a t et h ee x i s t e n c e o fl o n g t e r md r y i n gm a c h i n ea n de q u i p m e n ts a f e t y p r o b l e m s ，s u b s t a n t i a li n e r e a s ei nt h ep r o d u c t i o no fs a f e t yd e v i c e s k e yw o r d s ：p t a ；s t e a mt u b ed r y e r ；a t t e r a t i o n 大连理工大学专业学位硕+ 学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 至z 互吨里! 装量氢垡王龌扭这造友塞 趁蔓丝一日期：掣年月丛日 4 年月生日 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：2 2 互吨! 装量氢丝王爆狃改造左塞 作者签名：垃一吼哔年月丛日 大连理工大学专业学位硕十学位论文 引言 大型密闭型蒸汽管回转干燥机是p t a ( 精对苯二甲酸) 生产装置的关键设备。 本文研究的主题是对辽阳石化分公司芳烃厂2 7 万吨年p t a 装置的氧化干燥机存在 的一些设备隐患进行分析，综合国内部分p t a 装置的进口干燥机的优点，结合一些国 内p t a 干燥机制造商的经验，对隐患干燥机制定改造方案。 p t a ( 精对苯二甲酸) 是合成聚酯的直接原料。在p t a 装置中干燥机是生产p t a 半成品和最终产品的重要设备之一，在p t a 行业一般多采用蒸汽列管式回转滚筒干燥 机。其结构组成主要包括：列管式滚筒、进料斗和进料螺旋系统、支撑滚、驱动及减速 系统、出料系统、蒸汽及疏水系统、密封系统及润滑系统等。经氧化或加氢的浆料，再 通过离心或过滤之后，最终进入干燥机进行干燥。干燥机转动壳体内表面分布着蒸汽列 管，蒸汽作为热源，对进入干燥机的c t a 和p t a 的滤饼直接加热，使之烘干成粉末状。 目前，p t a 行业较为成型的规模是6 0 万吨年的大型装置，所配套的干燥机都采用 此类蒸汽管回转干燥机，近几年来已经开工的6 0 万吨年的p t a 装置，干燥机都采用进 口设备，如宁波逸盛石化、上海远东石化、辽阳石化、绍兴华联三鑫石化等。 随着技术的不断进步以及用户对干燥机的使用经验的不断积累，上世纪八九十年代 引进的p t a 装置干燥机在实际运行中的问题，各地用户也不断进行探索性的改进和技 术改造。如扬子石化、上海石化将干燥机的列管部分或全部更换，辽阳石化也在2 0 0 3 年更换了氧化干燥机的内层列管；洛阳石化以提高转速为主要手段也对p t a 精制干燥 机进行了扩能改造，以提高产能，独山子石化更是整体更换了氧化干燥机以满足不断增 加的产量需求。 基于国内企业长期对p t a 主要设备的了解和国内机械制造企业多年来的技术进步， 通过科研、设计、制造、用户的通力合作，实现p t a 工艺技术和主要设备的国产化。 比如上世纪九十年代，中国成达化学工程公司开发设计的p t a 干燥机先后在扬子石化公 司p t a 装置、仪征化纤股份有限公司p t a 装置成功投用，这标志着我国p t a 干燥机技 术已基本成熟，并已达到或接近国际先进水平。目前国内天华化工机械及自动化研究设 计院、中石化南京化学工业有限公司化工机械厂、锦西化工机械( 集团) 有限责任公司都 有蒸汽管回转干燥机设计制造的业绩，山东天力干燥设备有限公司也对此类干燥设备申 请了专利。 重庆鹏威石化正在建设的一套百万吨级p t a 大型装置，该工程是我国目前最大的 p t a 装备之一，其装备工艺和工程设计由国内公司承担，其主要设备基本由国内承揽设 计制造，这将打破p t a 行业长期依赖进口国外设备的局面，大大有利于国内石化工业 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 的发展。其干燥机已经于2 0 0 8 年9 月份由锦西化工机械集团研制成功，交付用户，结 束了我国大型石化关键设备长期依赖进口的历史，填补了国内重大装备制造领域的空 白。 正是基于国内蒸汽管回转干燥机制造业的成绩，参照国外进口干燥机密封形式、润 滑方式等优势，结合我们的长期运行和维护经验，对辽阳石化2 7 万吨p t a 氧化干燥机 存在的问题进行分析，制定改造方案。 对干燥机的简体、换热管、管支撑、滚圈、拖轮、大齿圈、小齿轮的材质重新选择， 另外对干燥机的进料螺旋、进出料端密封、出料等结构形式进行了重新选型，选择更能 适应p t a 实际生产需要的材质和结构形式组合成更成熟、更可靠的工艺设备。经对比 分析，干燥机的筒体及换热管适当加厚，管支撑改为耐蚀性更优的9 0 4 l ，滚圈、拖轮、 大齿圈、小齿轮改为国内更易加工的4 2 c r m o 高强钢；在结构上，干燥机的进料螺旋由 平行进料改为十字交错进料，进出料密封由滑动轴承加方形填料改为滚动轴承加v 型填 料，出料由强制出料改为叶片导料结构；按照新的方案制造的干燥机不仅能提高装置的 生产负荷，而且还可消除干燥机存在的长期安全隐患和设备隐患，大幅度提高装置的生 产安全性能。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 前言 1 1 中国p t a 产业发展介绍 p t a 是精对苯二甲酸( p u r i f i e dt e r e p h t h a l i ca c i d ) 的英文缩写，是重要的大宗有 机原料之一，其主要用途是生产聚酯纤维( 涤纶) 、聚酯瓶片和聚酯薄膜，广泛应用于化 学纤维、轻工、电子等多个领域。 p t a 的源头是原油，原油经过一定的工艺过程生产出石脑油( 轻汽油) ，从石脑油中 经过一定工艺过程提炼出p x ( 对二甲苯) ，p x 经过氧化、结晶、分离、干燥生产出精对 苯二甲酸( p t a ，粉状) 。p t a + m e g ( 乙二醇，液体) 生产出p e t ( 聚酯切片) ，p e t 分为聚酯 纤维、聚酯薄膜、聚酯瓶片。 简单地说，p ，i a 的原料是p x ，p x 的原料是原油。p t a 的下游产品主要为涤纶长丝、 短纤、切片( 包括纤维切片、瓶用切片、薄膜切片) 。 在以上产业链中，p ，i i a 是原油的末端产品。同时，由于很多大的聚酯厂中间不切片， 而直接从p t a 生产出涤纶短纤和长丝，因此，p t a 是化纤的前端产品，也可以说，p t a 是石化与化纤产业链的分水岭，承前启后。从产业链上可以发现，p t a 涉及上下游行业 众多，对产业及经济影响广泛。 对于中国这样一个人口大国来说，化纤需求是庞大的。最近几年来这个行业的快速 发展也证明了这一点。化纤的需求传递到整个产业链，无疑使整个产业链都有迅猛扩张 之势。 近年来，我国聚酯业发展迅速，p t a 市场需求强劲。这就直接导致了p t a 产能的快 速发展壮大。特别是自2 0 0 3 年p t a 项目由行政审批制改为核准制以后，p t a 产业步入了 一个飞速发展时期，其发展速度之快，令人瞠目。 2 0 0 5 年年底，中国p t a 产能增至5 8 9 5 万吨，一举超越韩国、台湾地区以及美国， 成为世界第一大p t a 生产国。2 0 0 6 年年初开始即有上海亚东、翔鹭石化、三鑫石化、扬 子石化各6 0 万吨装置在年中之前先后投产，当年中国p t a 总产能达到8 8 0 万吨左右。 至2 0 0 7 年年初有宁波三菱，宁波逸盛二套各6 0 万吨装置投产，辽化6 0 万吨新产能投 产，至2 0 0 7 年年底中国p t a 产能已经达到1 0 5 0 万吨。2 0 0 8 年国内有b p 珠海9 0 万吨和 台化宁波8 0 9 0 万吨p t a 投产，中国p t a 产能达到历史性的1 2 2 0 - 1 2 3 0 万吨。也就是说， 中国p t a 从2 0 0 5 年到2 0 0 8 年3 年间产能增加了一倍多。 一3 一 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 其中2 0 0 5 年至i2 0 0 7 年发展最快，年新增产能都在1 0 0 万吨以上，特别是2 0 0 6 年 一年就新增3 9 0 万吨，增速高达6 5 5 。到2 0 0 7 年中国大陆p t a 产能已达1 0 9 5 万吨， 产量9 3 9 万吨，均位居世界第一。 中国p t a 产能已经完全占据全球首位，目前中国p t a 产能占全球p ，i a 产能的四分之 一，亚洲p 1 a 产能的三分之一。 即便如此，中国每年p t a 还需进口。原因在于中国p t a 的消费也非常强劲。2 0 0 5 年我国的p t a 需求量1 2 1 4 万吨，占全球p t a 需求总量3 4 8 0 万吨的4 2 ；产量5 6 5 万吨， 进口6 4 9 5 万吨，进口依存度为5 4 ，未来p t a 需求仍在不断扩大。未来几年，我国p t a 供需仍难以达到完全平衡。 1 2目前国内p t a 生产装置干燥机状况介绍 目前，国内的p t a 生产线均采用引进的工艺专利。干燥机是p t a 生产装置中的一 个关键设备。氧化干燥机是将氧化生产的对苯二甲酸( t a ) 在外加热源蒸汽的 间接加热下生成粉末状的t a ，而干燥t a 蒸发出的醋酸和水蒸汽由循环载气( 氮气) 带 出干燥机心。由于生产工艺的特点，决定了p ，i i a 产品在干燥工段中普遍采用的是蒸汽管 间接加热转筒干燥机。该机的特点是生产能力大、操作简单、生产稳定、故障少、能耗 低，所以在国内外得到广泛应用。但是此类型干燥机由于体积庞大，材质要求高，特别 是大型传动装置的加工难度大、热处理困难，一直采用进口设备，特别是近几年来6 0 万吨大规模的p t a 装置的建设中，无一例外的采用的是进口干燥机，如三井、月岛公司 的干燥机等。 但是，随着p t a 生产需求加大，上世纪8 0 - 9 0 年代引进的几套p t a 装置，规模在 2 0 - 3 0 万吨年，为了增产降耗，都不同程度的在工艺和设备上做了改进和改造，干燥机 作为p t a 生产中的关键设备，它的生产能力和运行稳定性，直接影响产品的产量和质量， 它的改进尤为重要天津石化、洛阳石化、上海石化、扬子石化等p t a 装置都在干燥机 设备上做了不同程度的改进，如在干燥机进出料结构、干燥机的蒸汽凝液、干燥机填料 密封等系统。 扬子石化公司的p 1 a 装置设计能力为4 5 万吨年( 两套2 2 5 万吨年的生产线) ， 生产技术为7 0 年代中期水平。仪征化纤公司的p t a 装置设计能力为2 5 万吨年，为8 0 年代中期水平。我国上世纪8 0 - 9 0 年代引进的几套p t a 装置情况见表1 1 。 表1 1 为我国上世纪8 0 9 0 年代引进的几套p t a 装置情况。 一4 一 大连理t 大学专业学位硕士学位论文 表1 - 1 我国上世纪8 0 9 0 年代引进的几套p t a 装置情况 t a b 1 1i no u rc o u n l l yc e n t u r y8 0 9 0a g ei n t r o d u c t i o n s e v e r a ls e to fp t ai n s t a l l m e n ts i t u a t i o n 据调查，以上p t a 装置中从国外引进的氧化干燥机在实际生产运行中都存在一些共 同的问题： ( 1 ) 干燥机进料端有堆料现象、筒体内压波动较大致使气流不畅。因进料端有堆料， 使进料螺旋超电流自动停车，联锁干燥机停车。 ( 2 ) 干燥机加热管均有不同程度的结壁现象。为清除结壁，通常需要停车碱洗。以 扬子石化公司为例，一般每2 0 - - - - 2 5 天就要对t a 干燥机碱洗一次。碱洗后，从开车到 运行正常通常需要3 6 h ，每次要影响产量约1 0 0 0 t ，致使t a 干燥机操作不稳定、工人 劳动强度大，且增加损耗。 ( 3 ) 干燥机加热管出现裂纹和点蚀甚至断裂，尤其是里面两层加热管容易断裂。加 热管的裂纹和断裂会造成蒸汽及其冷凝液的泄漏，使物料在筒壁上结疤( 尤其是干燥机 中部) ，且不易清除。 ( 4 ) 而蒸汽及其冷凝液的泄漏将直接影响开车效率，降低生产能力。加热管出现裂 纹和断裂后，必须停机修理，严重影响正常生产。扬子石化在1 9 9 3 年大修时将t a 干 燥机的内层管全部更换，而上海石化则将t a 干燥机的加热管全部更换。 ( 5 ) 出料端大法兰的螺栓断裂、填料处物料泄漏，设备运行不平衡。 ( 6 ) 干燥机进料端及出料端密封不够完善，填料磨损较快，运行不平稳，泄漏严重。 我国上世纪8 0 9 0 年代引进的各t a 干燥机的性能对比见表1 2 。 一5 一 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 表1 2 我国上世纪8 0 一9 0 年代引进的各引进t a 干燥机的性能对比 t a b 1 2i no u rc o u n t r yt h ec e n t u r y8 0 9 0a g ei n t r o d u c t i o n i n t r o d u c e st h et ad r y e rr e s p e c t i v e l yt h ep e r f o r m a n c ec o n t r a s t 1 9 9 5 年1 1 月，中国成达化学工程公司开发设计的t a 干燥机在扬子石化公司p t a 装置上实现了一次开车成功，填补了国产t a 干燥设备的空白，并于1 9 9 8 年4 月2 8 日 通过了原化工部科技司组织的科学技术成果鉴定。1 9 9 9 年1 0 月，中国成达化学工程公 司开发设计的t a 干燥机又在仪征化纤股份有限公司p t a 装置上获得成功，这标志着我 国t a 干燥机技术已基本成熟，并已达到或接近国际先进水平堙儿引。特别是2 0 0 8 年9 月我 国首台百万吨级p t a 干燥机在锦西化工机械集团研制成功，结束了我国大型石化关键 设备长期依赖进口的历史，填补了国内重大装备制造领域的空自。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 概述 2 1 p t a 工艺介绍 辽阳石化分公司芳烃厂现有芳烃联合装置、4 5 万吨p x 装置、p t a 一套装置( 2 7 万 吨年) 、p t a 二套装置( 5 3 万吨年) 等几套大型的石油化工生产装置。其中p t a 一套 装置( 2 7 万吨年) ，是二十世纪九十年代初期我国引进的4 套化纤工业( 天津石化、 洛阳石化、辽阳石化、仪征石化) 中的配套p t a 装置之一，原设计规模是2 2 5 万吨年， 采用的是d up o n t i c l 工艺，由美国f o r s t w h e e l 工程公司作工程设计、由上海医药设 计院详细设计，于1 9 9 6 年9 月投产，2 0 0 0 年经过改扩建产能达到2 7 万吨年。 目前，成熟的p t a 生产技术均采用氧化、精制两步法。依据氧化反应温度的不同， 目前国际上主要p t a 生产工艺可分为：高温氧化工艺、中温氧化工艺、低温氧化工艺【引。 这套p t a 生产工艺采用的是氧化、精制两步法，其中氧化工段采用的是高温氧化工 艺。 第一步氧化，使用空气将对二甲苯( p x ) 液相催化氧化为对苯二甲酸( t a ) 。通常采用 乙酸为溶剂将p x 分散于其中，以强化反应物的传热和传质，使用钻、锰的乙酸盐为催 化剂，使用溴( 通常为溴化氢或四溴乙烷) 为促进剂，空气为氧化剂，反应同时即有大量 t a 颗粒析出，因此反应为气一液一固三相非均相反应。反应器出来的浆料送至结晶器，三 段结晶后绝大部分t a 颗粒从溶剂中析出，从第三结晶器出来的浆料送至过滤机( 通常选 用旋转真空过滤机) 将t a 颗粒与母液分离，得到的滤饼经转筒式干燥机进一步干燥，得 到的粗t a 产品( c t a ) 送至t a 料仓备用。 p x 氧化为链式反应，除了主产物t a 以外，反应过程中还会生成少量其他副产物， 其中最主要的杂质是对羧基苯甲醛( 4 - c b a ) ，4 - c b a 的存在会严重影响t a 的酯化性能， 纤维级p t a 要求4 - c b a 质量分数在3 0 x m 以下。由于4 - c b a 与t a 分子结构非常相似， 其物理性质亦非常相近，会与t a 产生共结晶，普通物理方法无法将它去除。工业上通 过加氢将它还原成对甲基苯甲酸( p ，i 酸) ，常温下p t 酸溶于水，而t a 在常温下几乎不溶 于水，这样就可以将4 - c b a 巧妙地脱除；同时，加氢还可以将粗t a 中微量苯甲酸、偏 苯三酸等影响产品色相的有色杂质去除。 第二步精制，在高温高压下将t a 溶于脱离子水中，在p d c 催化剂( 金属钯负载于 炭上) 的作用下加氢以脱除其中的杂质。其主要工艺过程是，将t a 浆料升温加压至2 8 5 和9 m p a ，使它全部溶于脱离子水中，在加氢反应器中进行加氢反应。反应器出来的物 一7 一 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 料经五段结晶后，绝大部分t a 析出，而加氢生成的p t 酸则溶于水中，结晶器出来的浆 料经离心分离、再打浆、过滤、干燥即得到p ，r a 产品。 图2 。l 为p t a 氧化工艺方框流程简图晦1 。 其中干燥工段采用的是蒸汽列管转筒式干燥机。干燥机转动壳体内表面分布着蒸汽 列管，蒸汽作为热源，对进入干燥机的c t a 和p t a 的滤饼直接加热，使之烘干成粉末状。 经干燥机烘干后的c t a 和p t a 粉末具有很强的流动性，由转阀和风送系统输送至半成品 和成品料仓，成品将送至聚酯装置或p t a 打包站进行打包1 。 2 2 转筒干燥器 图2 1 精对苯二甲酸氧化工艺方框流程简图 f i g 2 1 p t ao x i d a t i o nc r a f ts q u a r ef l o wd i a g r a m 单元 2 2 1 转筒干燥器的工作原理 转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。这种装置的工作原理简图，如图 2 - 2 所示。 一8 一 大连理r 大学专业学位硕十学位论文 图2 2 转筒干燥器工作原理简图 f i g 22r e v o l v i n gd r y e rp r i n c i p l eo fw o r kd i a g r a m 湿物料从左端上部加入，经过圆筒内部时，与通过筒内的热风或加热壁面进行有效 地接触而被干燥，干燥后的产品从右端下部收集，在干燥过程中，物料借助于圊筒的缓 慢转动，在重力的作用下从较高一端向较低一端移动。简体内壁上装有顺向抄板( 或类 似装置) ，它不断地把物料抄起又洒下，使物料的热接触表面增大，以提高干燥速率并 促使物料向前移动。干燥过程中所用的热载体一般为热空气、烟道气或水蒸气等。如果 热载体( 如热空气、烟道气) 直接与物料接触，则经过干燥器后，通常用旋风除尘器将 气体中夹带的细粒物料捕集下来，废空气则经旋风除尘器后放空。 222 转筒干燥器的特点 转筒干燥器与其他干燥设备相比，具有如下优点”： ( 1 ) 生产能力大，可连续操作； ( 2 ) 结构简单，操作方便： ( 3 ) 故障少，维修费用低； ( 4 ) 适用范围太，可以用它干燥颗粒状物料，对于那些附着性大的物料也很 有利； ( 5 ) 操作弹性大，生产上允许产品的产量有较大波动范围，不致影响产品的 质量： ( 6 ) 清扫容易。 这种干燥器的缺点是； ( 1 ) 设各庞大，一次性投资多； ( 2 ) 安装、拆卸困难； 2 7 万吨f r a 装置氧化干燥机改造方案 ( 3 ) 热容量系数小，热效率低( 但蒸汽管式转筒干燥器热效率高) ； ( 4 ) 物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大，因此不 适合于对温度有严格要求的物料。 22 3 蒸汽管间接加热转筒干燥器 按照物料和热载体的接触方式，将转筒干燥器分为三种类型，即直接加热式、间接 加热式、复合加热式。 在这种干燥器中，载热体不直接与被干燥的物料接触，而干燥所需的全部热量都是 经过传热壁传给被干燥物料的。间接加热转筒干燥器根据热载体的不同，分为常规式和 蒸汽管式两种。 图2 - 3 为蒸汽管间接加热转筒干燥器简图，在干燥筒内以同心圆方式排列卜4 圈加 热管，其一端安装在干燥器出口处集管箱的排水分离室上：另一端用可热膨胀的结构安 装在通气头的管板上。蒸汽、热水等热载体则由蒸汽轴颈管加入，通过集管箱分配给各 加热管，而冷凝水则借干燥器的倾斜度汇集至集管箱内，由蒸汽轴颈管排出。物料在干 燥器内受到加热管的升举和搅拌作用而被干燥，并借助干燥器的倾斜度从较高一侧向较 低一侧移动，从设在端部的排料斗排出。 图23 蒸汽管间接加热转筒干燥器绚图 f i g 2 3s t e a mt u b ei n d i r e c th e a t i n gr e v o l v i n gd r y e r i 物料入口2 工艺风出口，3 蒸汽集管，4 ，滚轮，5 齿圈6 换热管，7 工艺风入口 8 蒸汽入口9 凝液出口， 1 0 物料出口，1 1 拖轮1 2 电机驱动装置，1 3 小齿轮， 远b熊一 。黼 点越r。 瓣 大连理工大学专业学位硕士学位论文 干燥器具有常规间接加热转筒干燥器的所有优点，它的单位容积干燥能力是常规直接加 热式转简干燥器的3 倍左右，传热系数约为每平方米加热面积4 0 - 1 2 0 w ( m 2 ) ，热效 率高达8 0 - 9 0 ，物料的填充率为0 卜o 2 口1 。 图2 4 为蒸汽管间接加热干燥器溶剂回收系统流程简图。 f i g 2 4 s t e a mt u b ei n d i r e c th e a ti n gd r y e rs o l v e n tr e c o v e r ys y s t e m ”万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 32 7 万吨p t a 装置氧化干燥机存在的问题 31p t a 氧化干燥机的基础数据 2 7 万吨精对苯二甲酸( p t a ) 装置的原设计能力为2 25 万吨年，按年操作时数7 6 0 0 h 计算，实际正常生产能力可达2 4 3 2 万吨。为增加产量，装置的年运行时间由原来的 7 6 0 0 h 延长到8 4 0 0 h 。因此产量也达到极限值2 7 万吨。其关键的设备干燥机，一直 处于高负荷疲劳运行状况。 图3 1p t a 装置干燥机实物图。 图3 1p t a 装置干燥机实物图 f i g 31 p t ad r y e r 表3 1 为原设计能力2 2 5 万吨年时p t a 装置氧化干燥机组的主要设计数据“” 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 1 设计能力为2 2 5 万吨年时氧化干燥机组的主要设计数据 t a b 3 1d e s i g n e dc a p a c i t yi sw h e n2 2 5 ，0 0 0t o n s y e a r s t h eo x i d i z a t i o nd r y e rt h em a i nd e s i g nd a t a 物料 固体t a 晶粒操作2 4 小时连续 液体9 5 醋酸、5 水安装位置户外 湿物料正常点 3 8 0 1 5 k g h湿料6 4 1 9 6 1 k g m 3 进料量 设计点4 5 6 2 0 k g h干料8 0 0 - - - 1 0 4 1 k g m 3 堆密度 一1 3 一 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 3 2p t a 氧化干燥机的运行状况 氧化干燥机m l 一4 2 3 自1 9 9 6 年安装开车至今已1 3 年，已近设计寿命( 设计寿命为 1 5 年) 。干燥机出料端抄料板部位筒体明显减薄( 最薄处6 衄) ，2 0 0 3 年1 1 月窗口检 修，对出料端简体做了补强，2 0 0 5 年1 月1 2 日窗口检修时，检查发现，抄料板部件减 薄严重，六块抄板中有2 块板发生断裂，另外发现进料端筒体内壁有十几处裂纹，这是 2 0 0 5 年1 2 月份检修时发现简体多处泄漏的直接原因，是安全生产的重大隐患。 由于装置连年高负荷运行，干燥机故障频繁。主要表现在： 3 21 干燥列管 干燥机列管腐蚀变形严重。2 0 0 3 年5 月份装置停产大修期间，对m 1 - 4 2 3 内层腐蚀 程度最深、变形程度最为严重的第一层2 英寸4 6 根列管进行过全面更换，其它三层列 管也有不同程度的腐蚀现象“o “。( 当时考虑到检修周期和经济成本，只是对第一层的 列管进行了更换) 。 图3 2 为p t a 氧化干燥机内部列管照片。 图3 3 为干燥机列管在管支撑部位发生断裂。 一 一 圈3 2v i a 氧化干燥机内部列管照片 f i g 3 2t h ed h o t oo fm o x i d i z a t i o nd r y e rt u b e 大连理工大学专业学位硕七学位论文 图3 3 干燥机列管在管支撑部位发生断裂 f i g33t h ed r y e rt u b eh a st h eb r e a ki nt h et u b es u p p o r t 图3 4 为干燥机列管的纵向裂纹和横向断裂。 图3 4 干燥机列管的纵向裂纹和横向断裂 f i g 34 t h ed r y e rt u b el o n g i t u d i n a lc r a c ka n dc r o s s w i s eb r e a k 32 2 抄料板 腐蚀严重，支撑断裂。经过几次修复未能从根本上解决问题，仍存在较大的运行 隐患。 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 图3 5 为干燥机抄料板腐蚀断裂。 图35 干燥机抄料扳腐蚀断裂 f i g 3 5t h ed r y e rf l i g h t sc o r r o s i o nb r e a k 3 2 3 大齿圈及滚轮 由于润滑方式及运行负荷的原因，大小齿轮磨损、滚轮点蚀都相当严重，增加了干 燥机系统的振动及平稳运行的危险性。曾在2 0 0 3 年检修中对大齿圈进行过修磨处理。 四个滚轮中，由于轴承故障和滚轮本体故障，都进行过更换。 3 2 4 润滑系统 原进口干燥机设计者选用c e p i j a t t y nk 1 0 - i g f 1 0 0 0 或c e r a x # 1 1 ( 其闪点为2 5 0 。 c ，倾点为一1 5 。c ) 作为大小齿轮、滚轮与托轮啮合润滑脂。这种重负荷脂粘度很高， 能形成很高的油膜压力。但由于其倾点较高，在冬季室外温度低于- 2 0 。c 以后，其流动 性大大降低，造成润滑时断时续，长期累积的结果就是大小齿轮磨损、滚轮点蚀o “。坑 蚀大小3 唧5 m m ，深度达2 4 m 不等。 图3 6 为干燥机滚圈和拖轮。 图3 7 为干燥机滚圈上的点蚀坑。 大连理工人学专业学位硕士学位论文 图36 干燥机滚圈和拖轮 f i g3 6 t h e d r y e r l i ma n d “mr o l l e r 图37 干燥机滚圈点蚀 f i g37 t h ed r y e r t i r ep i t c i n 8 以上分析说明，m 1 4 2 3 干燥机由于运行状态恶化( 0 5 年1 1 月3 01 3 和1 2 月2 2 日 两次故障停车) ，己无法保证氧化单元长期满负荷稳定运行，而目前尚处带病运行状态， 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 无法通过技改技措从根本上解决问题。要做到设备本质安全，必须下决心更换干燥机备 台及对其润滑系统进行彻底改造，以满足装置持续高负荷生产的工艺要求。 3 3p t a 氧化干燥机存在的问题 以上的运行状况的分析也暴露出干燥机的一些结构和工艺上的问题，主要表现在： l 、由于工艺原因，迸料螺旋出现了两个迸料口，造成进料螺旋过长，从而导致干 燥机运行故障率增加； 2 、出料系统采用强制出料的结构，使设备出现了许多动密封点，从而使干燥机的 泄露点增多；出料端增加了一传动系统，因此，设备的故障率增加； 3 、没有可靠的稀油润滑系统，加大了干燥机传动部位的磨损，现场润滑工作有许 多不便，给设备的长期运行造成隐患： 4 、管支撑板及支撑板上短管腐蚀严重，管支撑板上短管与干燥机换热管之间间隙 很大，造成了一定的间隙腐蚀，加快了换热管的腐蚀： 5 、随着p t a 干燥机的技术进步和新的研究成果，原干燥机的许多细节结构也存在 不足( 比如锤击器蒸汽分配系统、凝液排放系统等) n 町n 钔。 3 4p t a 氧化干燥机改造思路 根据氧化干燥机使用中存在的不足和运行过程中出现的问题，在保证原设备基础和 工艺管口基本不动的情况下提出改造思路。 总体思路是： 对干燥机的进料螺旋进行改造，解决干燥机入口容易积料的问题； 对进出料端密封进行改造，改善进出料物料泄漏问题； 适当增加干燥机的传热面积，达到扩能的目的： 适当增加干燥机简体和换热管的厚度，以延长设备的使用寿命； 管支撑板选用更耐腐蚀的材质，以有效地降低腐蚀量，延长设备的运行时间； 干燥机出料选择更合理的结构形式。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 4 氧化干燥机改造方案 4 1p t a 氧化干燥机介绍 蒸汽管回转干燥机分为敞开型和密闭型两种，p t a 装置中干燥机属密闭型间接加热 结构。密闭型蒸汽管回转干燥机是该装置中干燥部分的核心设备，p t a 装置中的干燥机 属密闭型间接加热式回转干燥机，与常规回转干燥机的差别在于筒内安置了蒸汽加热 管，进出料两端安装了特殊的密封结构，加热管贯穿整个干燥机身，以同心圆方式排成 若干圈( 一般1 4 圈) ，干燥所需热量主要由加热管提供。 蒸汽管回转干燥机结构如图4 1 所示，该蒸汽管回转干燥机由筒体( 包括壳体、蒸 汽管、蒸汽分配器及锤击器) 、进出料螺旋、进出料端密封、蒸汽分配系统、传动系统 ( 包括电机、减速机、齿轮、托轮及滚圈) 及润滑系统组成。 该类干燥机以同心圆方式沿机身方向排管，加热管一端与汽室焊接，另一端为自由 端，受热时可自由膨胀。机体有一定斜度，斜度往往取决于被干燥物料的流动性，p t a 装置中的蒸汽列管干燥机，斜度一般取2 1 0 0 。物料经螺旋输送机送至回转圆筒，被加 热管间接加热，最后被出料抄板抄起，从导料管输出。载气从出料系统进入，与物料形 成逆流。蒸汽从旋转接头进入蒸汽分配器，经分配器分配给每根加热管进行换热，换热 完毕后，凝液从旋转接头中心套管排出嘲m 。 | l 瑚 h o 圈 砷营g蛋2abbq冒2皇皇6l善召 1搴! 大连理工大学专业学位硕士学位论文 4 2 设备材质选择 42t 筒体 简体主体材质：3 1 6 l 。 表41 为原干燥机各部位简体厚度和新设计干燥机简体各部位厚度对比。 表4i 原干燥机各部位筒体厚度和新设计干燥机简体各部位厚度对比 t a b41t h eb o d yt h i c k n e s sc o n t r a s to f t h eo l dd r y e ra n dt h en e wd r y e r 通过在生产检修过程中，对干燥机筒体腐蚀程度的监测，发现除干燥机出料端筒体 有明显腐蚀减薄外，其他各部位的简体腐蚀情况较少，因此简体的厚度除考虑整体的强 度外，基本与原干燥机保持一致，原设计为i 2 ”英寸“”，因此选择1 4m m 。而出料端 筒体考虑增加2 m m 腐蚀余量，选择1 0 唧。 图4 2 为2 0 0 3 年1 1 月装置检修，m i 一4 2 3 干燥机简体测厚示意图。 2 7 0 。 干燥机 口滚圈 齿轮滚罔干燥机 1 8 0 罔4 - 2m i 一4 2 3 干燥机简体剽厚示意图 f i g4 2t h ed r y e rb o d yt h i c k n e s sm e a s u r ed r a w i n g 2 7 万吨p t a 装置氧化干燥机改造方案 表4 2 为为2 0 0 3 年1 1 月装置检修，m 1 4 2 3 干燥机简体测厚数据表。 表4 2m 1 - 4 2 3 干燥机简体测厚数据( 单位：硼) t a b 4 2t h ed r y e rb o d yt h i c k n e s sm e a s u r ed a t e ( u n i t ：m i l l ) 澳0 量点 l #2 #3 #4 #5 #6 7 抖 0 。 4 5 0 9 0 。 1 3 5 。 1 8 0 。 2 2 5 。 2 7 0 。 1 3 5 1 3 0 1 3 2 1 3 。4 1 3 0 1 3 。2 1 3 3 1 3 4 1 3 。2 1 3 6 1 3 1 1 3 0 1 3 2 1 3 5 1 3 2 1 3 3 1 3 5 1 3 6 1 3 2 1 3 o 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 1 1 2 8 1 3 5 1 2 9 1 2 6 1 3 5 1 3 o 1 3 2 1 3 4 1 3 o 1 3 2 1 3 3 1 3 4 1 3 2 1 3 6 1 3 1 1 3 o 1 3 2 1 3 5 1 3 2 1 3 3 1 3 5 1 3 6 1 3 2 1 3 o 1 3 2 3 1 5 。1 2 91 3 。11 3 5 1 3 01 2 91 3 1 1 3