P V C干燥工序空氣加熱器的改造

羅代晏，盧主楓，李玉剛 ，楊 霞

（1.甘肅銀光聚銀化工有限公司，甘肅白銀 730900；2.青島科技大學計算機與化工研究所，山東 青島 266042）

聚氯乙烯（PVC）生產以電石法懸浮聚合工藝為主，該工藝獲得的PVC漿料在經過離心機脫水后，根據樹脂型號的不同，樹脂含濕量為8%～25%，而樹脂干燥后的成品，一般要求揮發分（包括水分）為0.40%～0.45%，以保證加工制品不出現氣泡等缺陷[1]。樹脂干燥是PVC生產過程中能量消耗最大的工序[2]。

國內外常用的PVC樹脂干燥工藝有以下幾種。

（1）氣流-沸騰床二段干燥技術。其缺點是設備多，不連續，干燥產品質量差，能耗高，干燥1 t PVC約耗蒸汽1.2 t。

（2）臥式內加熱沸騰床干燥技術。其缺點是床體龐大，設備臺數多，一次投資大，物料在床內容易滯留、分解，影響產品質量；優點是能耗低，干燥1 t PVC約耗蒸汽0.1 t。

（3）旋風干燥技術。與上述2種工藝比較，設備臺數少，結構簡單，一次投資少，安裝占地面積小。可連續生產，能耗介于上述2種工藝之間，干燥1 t PVC 約耗蒸汽 0.40～0.52 t[3]。

1 PVC樹脂干燥流程

甘肅銀光聚銀化工有限公司樹脂干燥工序采用的是旋風干燥技術，該技術采用“直流段+旋風段”的二段式旋風干燥系統，流程示意見圖1。來自離心機的PVC樹脂濾餅經螺旋加料器連續送入直管氣流干燥塔，與塔底送入的以熱空氣為載體的熱源，在氣流管內高溫閃蒸，濕物料和熱空氣進行快速熱質傳遞，樹脂在此脫去大部分水；然后熱風攜帶樹脂從直流段氣流塔頂部出來，沿切線方向進入旋風干燥器，在低溫下（約五十攝氏度）進行深度脫水。

圖1 PVC樹脂干燥流程示意圖

由圖1可見，在整個干燥工序中，空氣加熱器是將蒸汽的熱量傳遞給由鼓風機取自環境的空氣，形成熱風進而帶入干燥系統脫除漿料中水分的關鍵設備，其傳質傳熱效率，直接影響了PVC產品的能量消耗。

該公司的空氣加熱器采用二段板式換熱器，前段為空氣預熱段，所用熱媒為后段蒸汽冷凝水。后段為空氣加熱段，所用熱媒為中壓蒸汽。該換熱器效率高，充分利用了蒸汽冷凝水的熱量，節能效果十分顯著。但在實際生產過程中，由于中壓蒸汽管網不穩定，導致空氣加熱器的氣錘現象非常嚴重，往往運行3個月左右就要停車維護，嚴重影響了正常生產。因此，對其進行改造。

2 空氣加熱器的改造

2.1 改造前的流程

空氣加熱器改造前的工藝流程示意圖見圖2。

圖2 空氣加熱器流程示意圖

冷空氣經過濾器由鼓風機送入板式換熱器前段（1），由后段（2）的蒸汽冷凝水加熱；加熱后的空氣進入板式換熱器的后段（2），由中壓蒸汽加熱至125～140℃，送入氣流干燥塔干燥PVC顆粒。蒸汽在進入后段的時候一般分為多股同時進料。

2.2 改造方案及相關計算

由于空氣加熱器產生汽錘的主要原因是蒸汽不穩定，可以采用的改造方案有，（1）穩定蒸汽；（2）冷凝水增加疏水閥；（3）增加冷凝水中間罐。

方案1沒有能量損失，但需要新增精密的閥門、儀表，投資費用較大；方案2和3改造原理相同，都會造成冷凝水壓力下降，能量會有部分損失，但如果只增加疏水閥，一旦疏水效果不好，依然會產生汽錘，又因為冷凝水中間罐設備簡單且可以利舊。因此，將方案2和3相結合，并對中間冷凝水罐的壓力選擇進行計算，計算流程見圖3。

蒸汽壓力為0.5MPa，冷凝水的回水壓力0.2MPa，因此冷凝水中間罐的壓力應為0.2～0.5 MPa，表1給出了冷凝水中間罐壓力不同時損失的蒸汽量。

表1 冷凝水中間罐壓力不同時損失的蒸汽量

顯然，中間罐的壓力越低，能量損失的越多，在同樣壓力情況下，冬季比夏季損失的要多，但冬夏二季的損失量比是一樣的，當中間罐的壓力從0.5 MPa（不變化）降低到0.2 MPa時，能量損失從零增加到6%，見圖4。可見中間罐的壓力越高，即空氣加熱器到中間罐的壓降越小，中間損失的能量越少。

2.3 經濟效益分析

圖4 中間罐壓力變化時能量損失比

控制中間罐的壓力為0.35 MPa，空氣加熱器多消耗2.6%左右的能量，即每萬標方空氣多耗蒸汽（17.08+11.79）÷2=14.435（kg/h），若以需要加熱的空氣流量為3.5×104Nm3/h計，全年多耗蒸汽3.5×14.435×7 200=364（t），若每噸蒸汽按 100元計，則全年增加成本3.64萬元。若按空氣加熱器因汽錘現象3個月停車維修1次，每次停產按 3天計，則全年停產12天，則年產12萬t PVC全年（生產時間以300天計）減少產量 120 000/300×12=4 800（t），以每噸5 000元計，少收入2 400萬元，尚有設備維修費用及開停車的原料損失。比較可見，停車維修的費用遠遠大于多消耗的蒸汽量。

另外，在工藝改造中，設備盡量利舊，盡可降低改造費用。

2.4 改造后的流程及效果

空氣加熱器改造后的流程見圖5，蒸汽通過空氣加熱器（2）段后，進入飽和凝水中間罐，罐頂部設置換熱器，用循環水將降壓閃蒸出來的二次蒸汽冷凝，罐頂部通氮氣控制壓力不低于0.35 MPa。中間罐及換熱器都是利舊設備，整個改造沒有新增設備。

2013年6月，空氣加熱器改造完成投用，至今已運行五個多月，未發生汽錘現象。

［1］嚴福英主編.聚氯乙烯工藝學，北京：化學工業出版社，1990.

［2］郝文生，劉季敏.懸浮法聚氯乙烯干燥裝置簡介，中國氯堿，2006，（1）：33－35.

［3］鄭石子，顏才南，胡志宏，等.聚氯乙烯生產與操作.北京：化學工業出版社，2008.