進口與國產逆流降膜蒸發器應用的比較

鐘永鐸

（四平昊華化工有限公司，吉林 四平 136001）

四平昊華化工有限公司的燒堿項目一期工程5萬t/a離子膜燒堿和配套5萬t/a PVC于2005年一次開車成功，并順利達產。燒堿生產采用離子膜電解工藝技術，采用藍星北化機的高電密自然循環電解槽4臺，每臺電解槽共92對單元槽片，并配套真空脫氯裝置，蒸發裝置全部采用瑞士博特公司的6萬t/a雙效逆流降膜蒸發器。燒堿項目二期工程20萬t/a離子膜燒堿和配套20萬t/a PVC于2008年10月一次開車成功，并順利達產。燒堿生產采用藍星北化機制造生產高電密自然循環電解槽8臺，每臺電解槽共158對單元槽片，并配套的真空脫氯和氯酸鹽分解槽裝置，氯氣壓縮機采用德國3K集團的透平壓縮機；蒸發裝置采用藍星北化機自主設計并制造的10萬t/a三效逆流降膜蒸發器裝置。

1 降膜蒸發器的工作原理

蒸發器利用膜式蒸發原理，降膜蒸發器設計與管束式降膜換熱器相似，所不同的是在降膜換熱管上部增加了1個“造膜器”，見圖1。造膜器是1根短圓管，上面開了數個條形窄槽，此短管點焊在加熱管頭上，由蒸發器頂部進來的堿液從窄槽沿加熱管壁在重力和真空誘導及氣流作用下呈膜狀向下流動并與載熱體蒸氣進行對流傳熱，料液中水分蒸發產生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動，堿在底部由出料泵抽出，汽在分離室上部經捕沫器捕沫后排出。降膜管采用的是薄壁長管，堿液在內呈薄膜狀向下流動，傳熱系數一般為 4.0～12.5 MJ/（m2·h·℃）。 降膜蒸發器是蒸發器中的一種高效蒸發器。

絲網除沫器在降膜蒸發器分離室的上部，二次蒸汽出口處，由于二次蒸汽中夾帶大量堿液，雖然在分離室中進行了分離，但為了防止損失有用的堿液及冷凝液中含堿過高，為了減少夾帶的堿液沫過多，每臺蒸發器分離室二次汽出口安有除沫器。表面冷凝器是換熱面積為380 m2的列管式換熱器，冷卻水走管內，二次蒸汽走管間，管間設計了導流板和折流板，使二次蒸汽能與換熱管充分接觸，冷凝效果非常好。

2 國產蒸發器與進口蒸發器工藝流程比較

2.1 國產三效逆流降膜蒸發器工藝流程

從離子膜電解工序來的32%堿液先進入電解液儲槽D-1040，用Ⅲ效加料泵P-1044抽出，經過流量計計量后，由EV-1030頂部加入Ⅲ效蒸發器管內，堿液經“造膜器”沿管壁呈膜狀向下流動并與管間Ⅱ效蒸發器來的二次蒸汽進行對流傳熱，堿液中水分蒸發產生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動，在蒸發器底部的分離室內分離，堿液由Ⅲ效出料泵P-1034抽出，其中的一部分送至HE-1026用生蒸汽冷凝水預熱，另一部分送至HE-1025，用50%NaOH溶液預熱；預熱后的36%堿液經測定流量后，由Ⅱ效蒸發器EV-1020頂部進入蒸發器，與在Ⅲ效蒸發器內同樣的過程蒸發，堿液濃度由36%濃縮至41.6%。再由Ⅱ效出料泵P-1024抽出，以不同的流量分別送到HE-1016和HE-1015中，預熱后的堿經流量計進入EV-1010中，蒸發濃縮后，50%堿液被Ⅰ效出料泵P-1014A/B送出，經HE-1015和HE-1025預熱后的41.6%和36%堿液，再經HE-1050成品堿冷卻器用循環水冷卻至45℃，進入成品堿貯罐D-902。

EV-1010的熱源是由廠內鍋爐送來的飽和生蒸汽，壓力為0.7 MPa（G），在管間加熱堿液之后，冷凝水至阻汽排水罐D-1011，在經過HE-1016和HE-1026 2次回收熱量后，溫度約為79℃送回冷凝水貯罐D-1070中。

EV-1020的熱源是由Ⅰ效來的壓力為0.1 MPa（A）、溫度為162℃的二次蒸汽。在EV-1020管間作熱源加熱管束堿液后，冷凝液經阻氣排水罐D-1021后，進入冷凝水貯罐D-1070。

EV-1030的熱源是從Ⅱ效EV-1020來的壓力為0.62 MPa（A）的二次蒸汽，它在EV-1030管間加熱堿液后冷凝，凝液經阻汽排水罐D-1031后進入冷凝水貯槽D-1070。

EV-1030產生的二次蒸汽由表面冷凝器HE-1060冷凝，系統內的不凝氣由水環真空泵C-1064抽出，保證了EV-1030需要的真空，HE-1060冷下的冷凝水借位差進入D-1070。

國產三效逆流降膜蒸發工藝流程示意圖見圖2。

2.2 進口雙效逆流降膜蒸發器工藝流程

進口雙效逆流降膜蒸發器工藝流程示意圖見圖3。

由電解工序送來的32%燒堿先進入電解液儲罐D-1101，然后，由Ⅰ效堿液加料泵P-1103A/B抽出，經流量計后，由EV-1101頂部加入Ⅰ效蒸發器管內，堿液經液體分布器沿管壁成膜狀向下流動并與管間Ⅱ效蒸發器來的二次蒸汽進行對流傳熱，堿液中水分蒸發產生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動，在蒸發器底部蒸發室進行汽液分離。堿液經過Ⅰ效蒸發器后，濃度由32%濃縮至38.3%，該堿液由Ⅰ效出料泵抽出，其中的一部分送至HE-1102用生蒸汽冷凝液預熱；另一部分送至HE-1103用50%堿液預熱，預熱后的38.3%堿液經測定流量后，從EV-1201頂部加入Ⅱ效蒸發器，在Ⅱ效蒸發器內與Ⅰ效蒸發器進行同樣的蒸發過程，堿液濃度由38.3%濃縮至50%，再由Ⅱ效出料泵抽出，50%堿液送至HE-1102預熱器給堿液升溫后，再經HE-1104成品堿冷卻器用循環水從88.5℃冷卻到45℃以下，進入成品堿貯罐D-1102。

EV-1201的熱源是由廠內鍋爐送來的飽和生蒸汽，壓力為0.8 MPa（G），在管間加熱堿液之后，冷凝水至阻汽排水罐D-1102，在經過HE-1103回收熱量后，溫度約為79℃，送回冷凝水儲罐T-7101中。

EV-1101的熱源是由Ⅱ效來的壓力為0.1 MPa（A）溫度為162℃的二次蒸汽，在EV-1101管間作熱源加熱管束堿液后，冷凝液經阻氣排水罐D-1101進入冷凝水貯罐T-7101。

EV-1101產生的二次蒸汽由表面冷凝器C-7101冷凝，系統內的不凝氣由水環真空泵P-7102抽出，保證了EV-1101需要的真空，C-7101的冷凝水借位差進入T-7101。

3 國產蒸發器與進口蒸發器相同點

（1）采用計算機自動控制生產操作，生產中的進、出料都由計算機自動操作，控制精確，故障率極低。蒸發生產過程中的壓力、溫度、流量及蒸發器內液位均在顯示器上顯示。

圖2 國產三效逆流降膜蒸發工藝流程圖

圖3 進口雙效逆流降膜蒸發器工藝流程示意圖

（2）為了保護設備，采取了一些保護措施。a.每臺蒸發器的出料泵出口都設有回流管 （回到蒸發器的入口），既保護了蒸發器在小負荷生產時，蒸發器內有一定的流量，成膜效果好，又不致于干燒蒸發器列管，同時，保證了泵的出口壓力在一定范圍內；b.每臺蒸發器液位控制通過加料管線上的自控閥與泵連鎖，當蒸發器內的液位高高時，蒸發器的入料泵自動停止運行，而蒸發器內的液位低低時，蒸發器的出料泵自動停止，這樣，保護了泵永遠在有物料的狀態下運行。

（3）裝置流量的分配通過溫度調解，如Ⅰ效蒸發器向Ⅱ效送料時，要通過2臺板式預熱器，而流量分配就是通過2臺板式預熱器堿液出口溫度的顯示來調解閥的開度，如果出口溫度相等，就說明流量分配得很合理。

（4）都采用真空操作。為使燒堿溶液在較低溫度下沸騰，減少能耗，國產蒸發器使Ⅲ效蒸發器和Ⅱ效蒸發器在真空下操作，Ⅲ效蒸發器真空度為-90 kPa（G），主要是依靠由Ⅲ效蒸發器的蒸發室出來的二次蒸汽在表面冷凝器HE-1060（雙程列管式）進行冷凝形成真空，自流到冷凝水貯罐D-1070，并由冷凝水泵P-1074抽取送出界區外，供一次鹽水化鹽使用。沒有冷凝的不凝氣由水環真空泵抽出.進口雙效蒸發器使Ⅰ效蒸發器在真空下操作，真空度為12.7 kPa，主要是依靠由Ⅰ效蒸發器的蒸發室出來的二次蒸汽在表面冷凝器C-7101（雙程列管式）進行冷凝形成真空，自流到冷凝水貯罐T-7101，并由冷凝水泵P-7101抽取送出界區外，供一次鹽水化鹽使用，沒有冷凝的不凝氣由水環真空泵抽出。

4 國產蒸發器與進口蒸發器的不同點

（1）國產蒸發器是三效蒸發器，二次回收熱量，而進口雙效蒸發器只回收一次熱量，三效蒸發器比雙效蒸發器汽耗低，堿損失少。

（2）國產蒸發器加熱管選用進口鎳管（Ni201），以保證不被高溫、高濃度燒堿腐蝕；進口蒸發器加熱管選用鎳管（Ni200），也耐高溫、高濃度燒堿的腐蝕。

（3）國產蒸發工藝系統內的輸送設備選用西安泵閥總廠提供的堿液輸送泵，其中，Ⅰ效、Ⅱ效出料泵選用鎳泵，真空泵選用納西姆公司的真空泵。進口蒸發工藝系統內的輸送設備全部由瑞士博特公司提供先進口鎳泵。

（4）國產蒸發器裝置內的閥門儀表均選用日本本山、德國科隆公司等國外公司提供的進口閥門儀表。進口蒸發器裝置內閥門和儀表全部由瑞士博特公司提供儀表閥門。

（5）板式換熱器不同。國產三效蒸發器裝置在開、停車過程中，4臺板式換熱器墊非常容易泄漏，分析認為有2個原因：a.墊的質量問題，b.在開、停車過程中，板換內物料的溫差短時間內變化太大。針對上述問題，首先，與板式換熱器廠家聯系，采購1套耐腐蝕、耐高溫的墊，另外，每次開、停車時都要慢慢地升、降溫度，杜絕了墊的泄漏現象。進口雙效蒸發器裝置投運至今，所有的設備運行良好，板式換熱器墊從來沒有泄漏，但設備出現故障時，需由國外專家進行維修。

5 國產三效蒸發器和進口雙效蒸發器節能比較

三效逆流降膜堿蒸發工藝比一效、雙效蒸發工藝具有能耗低，設備能力大和環保、堿損少等特點。

表1為2套裝置考核期間的運行數據及考核結果。

表1 2套裝置考核期間的運行數據及考核結果

理論上，蒸發器的效數愈多，蒸汽被利用的次數愈多，汽耗愈低。但一次性投資卻是越來越高，操作也越來越復雜，綜合考慮，三效較為合理。目前，國內氯堿行業50%燒堿蒸發平均汽耗為，單效：1.10～1.20 t/t；雙效：0.70～0.80 t/t；三效：0.53 t/t，進口雙效蒸發器裝置為0.76 t/t。

6 結語

從運行效果看，2套裝置均運行平穩，但進口設備制造周期長，售后服務不方便，最主要的是進口設備價格高很多，國產蒸發器整套裝置的價格是進口蒸發器整套裝置的三分之一。這2套裝置正確操作非常重要，要加強職工培訓，通過集中講解，結合現場指導的方法，使上崗員工都能熟練掌握工藝流程、崗位操作法，了解每一個閥門的作用、蒸發器的最佳運行狀態及出現故障時的處理措施。