苯酐切换冷凝器国产化情况总结及展望

1、苯酐切换冷凝器国产化情况总结及展望苯酐工业2010 年第 1 期技进展苯酐切换冷凝器国产化情况总结及展望伍楚同湖南省送变电建设公司器材厂苯酐切换冷凝器（热熔冷凝器）是苯酐生产工艺流程中的关键设备之一,我国原使用的苯酐切换冷凝器大部分为非定型产品,基本上是根据生产要求,由苯酐生产厂自己设计图纸,交非专业生产厂生产或苯酐生产厂自己制造.我国原有苯酐切换冷凝器多采用的是圆形翅片传热管.翅片与基管的结合采用套片,张力缠绕和点焊等方法,其间有较大的附加接触热阻,影响了使用效果.国外公司生产的大型电站空冷器和化学工业用的冷凝器均大量采用了矩形翅片椭圆管,翅片与基管结合采用焊接方法,提高了翅片管的传热性能

2、.我国苯酐生产厂商约有8O 多家 ,苯酐切换冷凝器保有量约400多台，每年将更换4O台左右.湖南省送变电建设公司器材厂1990 年为济南化工五厂研制生产3000a苯酊的苯酊切换冷凝器获得成功 .1991 年该产品获湖南省经委颁发的省级新产品证书.在东莞盛和化工有限公司5万t/a与上海焦化有限公司4 万 t/a 的苯酐切换冷凝器已成功运行.到目前为止,我厂已成功开发了为6 万 t/a苯酐装置配套的苯酐切换冷凝器可以替代进口产品 ,价格大约只有进口产品的1/3.截止目前,湖南送变电建设公司器材厂生产的苯酐切换冷凝器已在国内外40 多个苯酐生产厂投人使用.国产苯酐切换冷凝器在设计上充分消化吸收了国外

3、的先进技术并结合我国用户的具体情况进行了创新和改进.传热管束的传热实验证明了椭圆翅片管束传热系数比圆翅片管束高25%以上,单位体积的传热量增加40%以上,且管束外侧流动阻力下降30%.实际使用中的热熔和冷凝的性能指标也大大优于原有产品.,主要技术参数和指标1 .技术参数（为实际工艺流程问题确定）生产能力:每台每年在设计条件下生产的苯酐量 （t/a）.工作压力:含苯酐的反应混合气的壳程压力0.055MPa通过导热油白管程压力 0.58MPa.工作温度:壳程22O,管程220.保温蒸汽:操作压力0.54MPa,操作温度164 .2 .技术指标平均传热系数:K=5.5W/m .苯酊捕集效率：T1=9

4、9.5%以上.凝华强度:每平方米换热面积所凝华的苯酐干量 M=0.375kg/m.根据同行业厂家报告及行业协作组测试数据上述指标居国内先进水平,有的达到国际水平（原来国内水平是:K=3.5w/m ,-q=97%,M0.25kg/m).二 ,苯酐切换冷凝器的设计1 .总体设计20 多年前,单台苯酐切换冷凝器换热面积主要为600m和800m,现在最大可达6000m.如山东宏信化工股份有限公司,齐鲁石化有限公司淄博增塑剂厂和伊朗MOVALLEDANSANAYECHEMI公司 2 万 t/a 苯酐装置采用我厂生产的3200m 苯酐切换冷凝器,东莞盛和化工有限公司5 万 t/a,上海焦化有限公司4 万

5、t/a 苯酐装置采用我厂生产?29?巷拄 J 畏苯酐工业2010 年第 1 期的 4500m 苯酐切换冷凝器.翅片管束采用椭圆形管矩形翅片.根据椭圆管的气体流型,分为大椭圆管及小椭圆管两种规格.对于大型的苯酐切换冷凝器,一般采用大椭圆管比较经济.其关键在于管的布置,为了避免气流走短路 ,工艺上采用中心线交错排列.翅片与管的连接采用电阻焊.总体设计见图1.翅片与翅片之间的间距,从气体入口到气体出口是从大到小变化的.管间距和排间距是不变化的.翅片与壳体之间的间隙一定要很小,以防气流走短路.气体的入口无气体分布管,出口有时可以加特殊的挡板,一般以邻二甲苯为原料的苯酐切换冷凝器,其气体走向为上进下出,

6、导热油走向为下进上出.而以萘为原料的苯酐切换冷凝器,其气体走向是下进上出,导热油走向是上进下出.以单位传热面积计气流速度要<7.5Nm/h?m.一般按6.5Nm./h?m设计.如果超过，则会因冲刷而带走苯酐.另外如果冷凝时间过长,结晶苯酐量过多也会造成夹带现象.以单位传热面积计，最大苯酊凝结量一般不超过1.5kg/m.气体停留时间影响不大.油路系统采用联苯醚为介质,这样可以避免普通导热油长期使用结焦而堵塞管路.对于1.5万 t/a的冷油泵Q=440m/h,P出=5.5bar热油泵Q240m/h,P出=4.7bar每台苯酊切换冷凝器有45个管箱，换热面积大的采用双连通主油管，换热面积小的采

7、用单连通主油管.在整个壳体外壁焊有保温伴管,顶部壳体始终用热油加热,底部和壳体的保温油与内部翅片管串联并同步,以保证苯酐不在壳体上沉积,避免产生顺酸盐或酞酸盐.在邻二甲苯法的苯酐切换冷凝器中,因冷的气体从下部排出,仅下部的人孔和出气管设有蒸汽保温夹套;萘法苯酐切换冷凝器则相反,仅上部的人孔和出气管有保温夹套.不管苯酐切换冷凝器的面积大小如何,其外形仅仅改变宽度或长度的尺寸,而高度基本不变,从而使沿列管高度的温度分布相同 ,使凝华过程相似.?30-图 1 翅片管束总体设计2 .苯酐切换冷凝器的计算c 气体 (Nm3h.m;C 最大 =7?5Nm h.mC 负荷:=ckm;C 负荷 ,最大=1.5

8、kg/mTz=TB+Ts+TRTn 等c 气体气体负荷参数 Nm/h?mC 负荷苯酐负荷参数kg/mVga8总气体量Nm3/h?mG 苯酐总苯酐气体量kg/hf气体中苯酊含量g/NmF苯酊切换冷凝器的额定面积mT 切换周期 hT 每个苯酐切换冷凝器的冷凝运行时间 hT热火时间h,最短为4O分钟T 苯酐切换冷凝器预冷时间 h, 最短为 30分钟nses-苯酊切换冷凝器总数量n投入运行的苯酊切换冷凝器数量苯酐切换冷凝器油路压力损失表1（即压力降 P表）中给出的压力降是按照所给出的油量和单位重量为950kg/m 计算的 .实际压力降应按下式进行校正:AP 实际二zP 表x （K1 XK2校正系数K1

9、 是根据以萘为原料运行的热熔冷凝器考虑的.K1=0.97,K2 为当加热管尺寸（直径 /壁厚）发生变化时的校正系数.苯酐工业2010 年第 1 期 1表 1 额定尺寸下的压力降额定尺寸2 油程/柬 4 油程/束换热面积mV（m/h） P（mm 水柱）V（m/h） P（mm 水柱 ）900907.550l6.8 1185908.95Ol9.013501009.350l7.815001158.755l8.417501258.66017.5200014016.22300l5515.02550l7015.12850l9O15.51l038.O330022015.1l3039.8360023011.5l

10、3540.2450026023.2l5O46.03 .结构设计(1)总体结构苯酐切换冷凝器总体结构大致由三部分组成:一是上部的上壳体,二是中部的翅片管箱组(一般由四至五组翅片管箱组成),三是下壳体.上壳体上侧面装有进气口,含有苯酐的反应气体由此进入热熔冷凝器内.上壳体的上部有1 2 个人孔以便于检查设备情况,同时人孔上装有防爆片,在设备发生异常情况下可以保证设备的安全.中部的翅片管箱组通过外部管路连接成一个整体管路,周期性地通人冷油或热油.翅片管箱由管板,带翅片的u 型管束和管箱头组成,每组翅片管箱上有一组进油口和出油口.下壳体上设有人孔,出气口和放料口 .人孔是为了检查设备情况之用,出气口是

11、苯酐经捕集后的尾气出口,热熔后的液态苯酐经放料口放人液态苯酐槽中,由于苯酐是一种在一定温度下极易凝华和升华的物质,所以苯酐切换冷凝器的外壳四周应布有保温伴热管以防止苯酐凝结.苯酐切换冷凝器的工作原理是:在冷凝周期,热的苯酐气体通过通人冷油的翅片管箱组时,在翅片及管上凝结,这就是捕集;在热熔周期,翅片管箱组中通人热油,凝结在翅片及管上的苯酐熔化后经下壳体上的放料口被放入液酐槽中.在每组翅片管箱下有35根支撑管焊在壳体上 ,翅片管箱中通入冷热交替的油时,翅片管箱热胀冷缩时可以在支撑管上滑动.(2)支撑结构早先的苯酐切换冷凝器气体为下进上出,采用圆形管支撑,易发生气体短路,改进后,气体为上进下出 ,

12、采用笼形管支撑,气体不会在支撑处短路 ,且上部翅片管凝华的大量苯酐在热熔过程中对下部翅片管有清洗作用.苯酊切换冷凝器内有34个翅片支撑管，断面外形为矩形,内有矩形通道.不论苯酐切换冷凝器换热面积多大,设备总高基本不变.上部支撑起固定翅片的作用,下部支撑主要起支撑翅片管重量的作用 .支撑内通冷油或通热油的切换周期要和翅片管内通冷油或热油,以及苯酐切换冷凝器外壳上冷却或加热用油管里通冷油或热油的周期同步,以保证苯酐切换冷凝器各部分温度一致,防止热胀冷缩不一致造成设备损坏.苯酐切换冷凝器的底部同样设计有滑动支架,以防止冷热切换的内应力造成设备外壳的损坏.(3)内部结构设计时必须很好地考虑翅片间距问题

13、,当气体刚一进人苯酊切换冷凝器时由于与翅片管有较大的温差,苯酐凝华较多,大量附着在翅片间,气体不易通过,因此片间距应较大.而出口部分则不存在这个问题.采用4个管箱的苯酐切换冷凝器,从进口到出口4 个管箱的翅片间距一般为14mm,?3l?技术进展苯酐工业2010 年第 1 期12mm,12ram和9mm.横向翅片距离很小，其间隙供热胀冷缩及安装用即可,纵向翅片之间的间隙为 10mm.翅片与椭圆管的连接是将翅片两侧冲出的翻边与管壁接触部分用高频电阻焊接,这样可以大大提高传热效率.(4)传热油系统在冷凝周期,冷油进出苯酐切换冷凝器的温差为12C;在热熔周期，热油进苯酊切换冷凝器温度为200 ,其出口

14、温度随时间而变化.热油用60bar蒸汽加热，由于苯酊切换冷凝器为周期性操作 ,加热负荷随时间变化,为避免蒸汽高峰消耗时使管网蒸汽发生波动,影响其他用户,设计了所谓 热井系统.即采用一台大热油槽,其中热油不断经油加热器被加热,加热使用恒定的60bar蒸汽量.这相当于苯酐切换冷凝器系统热油的平均热负荷，大热油槽中油温则周期性地在250C220间变化.另外还设计了一台小热油罐,在热熔周期中热油由小油罐经泵送至苯酐切换冷凝器.在泵的入口有三通阀及混合器,大热油槽来的热油进入三通阀与小热油槽的热油相混合,以保证出热油泵油温为200 ,以此调节大热油槽来的油量.小热油罐顶有N2,以保持罐中的一定压力，并使

15、罐中热油自动流人大槽,保持两者液面稳定.在开始由冷油切换到热油时,先切换进苯酐切换冷凝器的油阀，使200cC热油进入翅片管，而出苯酐切换冷凝器的油阀流向暂时不变,油仍流人冷油罐中 ,直至出油温度升到一定值才切换出苯酐切换冷凝器油阀,使油返回热油罐,此时冷油罐液面上升到最高值,热油罐液面下降到最低值,油罐的容积要使得最高液位时顶部仍有N 的气封空问,最低液位时油泵仍可操作.其存油量与苯酐切换冷凝器的热负荷有关（包括设备本身热容量及翅片管上苯酐量）,往往设备的热容量更大（例如设备重 30 吨 /台 ,而翅片上苯酐重5 吨 /台 ）.在由热油切换成冷油时,情况类似,故小热油罐与冷油罐容积差不多.如上

16、所述,当苯酐切换冷凝器油阀开始切换,?32?热油流回小热油罐后,罐内热油温度开始由200C迅速下降,随之大热油槽内250C 的热油自动流入热油泵前三通阀以保持进苯酐切换冷凝器热油温度为200C,从而大槽液面下降，小热油罐内温度较低的油自动流入大热油槽.因油加热器的蒸汽流量是恒定的,故大热油槽内油温逐渐由250下降,随着苯酐切换冷凝器的温度升高,苯酐切换冷凝器出油温度在经过最低点（140（2,约 5 分钟）后开始逐渐升高（此时翅片管上苯酐也开始熔化）,大热油槽内温度经过最低点(22012,约 15 分钟 )后也开始逐渐回升,待苯酐切换冷凝器出温与进温相等(约 200 )且小热油罐内油温达200时

17、,大热油槽内热油不再流人三通阀,此时大热油槽内温度恢复250C,热熔周期结束.热熔周期为60分钟 .4 .苯酐切换冷凝器的效率(1)效率苯酐的损失量与苯酐切换冷凝器的出气温度有关 ,其损失量随着出气温度的提高而陡增.如当出气温度为60C时，损失量为0.1g苯酊/Nm;当出气温度为80%时损失量为0.8g苯酊/Nm.这个损失是由物理性质决定的,不可避免.为防止机械夹带,提高效率,气体进苯酐切换冷凝器后先冷至132饱和温度,然后气相浓度随温度的降低沿饱和曲线降低.(2)凝华周期邻二甲苯法生产苯酐一般采用4 台苯酐切换冷凝器,其中3 台凝华.如果总共采用3 台苯酐切换冷凝器 ,2台凝华,虽然投资减少

18、,但每台需承担50%的总负荷,偶尔有1 台需检修时,则仅有50%的负荷操作,反应器就要停产.而如果采用4台苯酐切换冷凝器,有 1 台停车 ,则仍可维持5 6.7%负荷,在进气浓渡稍降的条件下仍可保持反应器的运行.所以目前国内的装置都是采用4台苯酐切换冷凝器.用计算机控制操作.其凝华,热熔,再冷的时问安排如下:苯酐工业2010 年第1 期凝华 :3小时 180分一三台热熔:0.75小时45 分再冷:0.25小时15 分4 小时 240 分一四台从阻力的角度来看,采用4台苯酐切换冷凝器也比较合理,因为催化剂是低阻力的催化剂而苯酐切换冷凝器处的阻力相当于催化剂阻力的25%一30%.在只有 2 台苯酐

19、切换冷凝器,一台凝华,一台热熔的情况下,系统阻力会随着苯酐切换冷凝器阻力的周期性变化而波动,后者又引起空气流量的波动 .系统对此十分敏感,故很不利.采用4台苯酐切换冷凝器,则随苯酐切换冷凝器阻力调节进气阀 ,系统的阻力变化比较平稳.设计时取苯酐切换冷凝器的阻力500mmH:0,实际操作为350mmH,0左右.5 .苯酐切换冷凝器进气阀进气阀为三杆阀,气动活塞操作,阀头上有三根杆,其中二根短杆,一根长杆,阀位可自动调节 ,以保持系统阻力恒定并可以精细地控制苯酐切换冷凝器.苯酐切换冷凝器出气口和由出口到水洗塔的整个管道都没有设计阀门,但需加热,由于苯酐切换冷凝器的捕集效率大于99.5%,且出气管到总管的体积大于苯酐切换冷凝器热熔时的体积膨胀量,因此没有出气阀门热熔时也不会有苯酐带出 .由尾气水洗液顺酸:酞酸=20:1,也可说明苯酐切换冷凝器的效率及选择性很好,这一比值也是苯酐切换冷凝器的重要衡量指标.国内苯酐生产厂把 30%浓度水洗液浓缩到45%仍未有酞酸析出说明顺酸:酞酸 >20:1.三 ,设计上的改进1 .伴热管以前设计的苯酐切换冷凝器壳体上的伴热管采用圆管直接焊接到壳体上的方法,缺点是如果焊接电流过大容易造成管子焊穿,形成虚焊,而且整管技l,彗畏焊好以后,试压时很难找到漏点具体位置给补焊造成困难.圆管焊接到壳体上是线接触式,