轉化器設計過程中應注意的問題

趙軍鋒，杜英軍，朱曉冬（西安航天動力機械廠，陜西西安710025）

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轉化器設計過程中應注意的問題

趙軍鋒，杜英軍，朱曉冬
（西安航天動力機械廠，陜西西安710025）

摘要：介紹了合成轉化器的最新技術進展以及該設備設計中應注意的幾個問題并提出了改進措施。改進后，可降低設備成本，使用效果滿足工藝要求，提高了設備使用壽命。

關鍵詞：聚氯乙烯；氯乙烯；轉化器；設計

在電石法PVC生產工藝中，乙炔和氯化氫在轉化器內合成氯乙烯的反應是整個工藝的核心部分，也是電石法與乙烯法工藝的重要區別，轉化器對提高PVC生產能力和降低消耗起著關鍵的作用。其設備的設計和運行管理都很關鍵，一臺設計合理的轉化器以及相對應的科學運行管理是延長轉化器壽命、降低觸媒和汞流失的關鍵所在。轉化器設計是需要將科學的理論技術與豐富的生產實踐經驗相結合、將宏觀分析與微觀分析相結合、將工程設計與制造工藝相結合，才能設計制造出性能優良、制造成本低的轉化器［1］。

1　技術參數及結構介紹

轉化器技術指標見表1。

表1　轉化器技術指標

氯化氫和乙炔按一定比例在混合器內混合，再經過多級冷卻和脫水后進入轉化器。在轉化器列管內，氯化氫與乙炔在氯化汞催化劑作用下合成氯乙烯，該反應是強放熱反應，列管中心最高溫度可達170℃。殼程采用庚烷循環帶走反應熱，前期轉化器是傳統的普通換熱器，直徑一般為2 400 mm，列管為?57 3.5，數量為620～660根，換熱面積為320～350 m2，設備凈重約18 t，列管與管板之間的連接方式采用強度脹接。隨著國內大型電石法PVC項目增多，轉化器的大型化發展也隨之較快，以直徑為2 400 mm的轉化器為依據，用比例放大的辦法，先后研發制造了直徑為2 800 mm、3 000 mm、3 200 mm的大型轉化器。與此同時，業內也開始關注小列管轉化器的研發制造，并有一些新產品的出現。大型轉化器的使用，減少了設備和廠房的面積，提高了設備運行性能，節省了項目總投資，成為國內新上PVC項目的首選設備［2，3］。

轉化器是反應器，但實際上是一種大型換熱器，是氯乙烯合成工藝中的關鍵設備。轉化器結構，主要由上管箱、下管箱、管束、耳座、氣體進口、氣體出口、冷卻水進口、冷卻水出口及測溫口等組成。通常在氣體進口添加防沖裝置，列管內裝滿以活性炭為載體的氯化汞催化劑。轉化器結構簡圖見圖1［4］。

圖1　轉化器結構簡圖

2　結構設計

2.1氣體分布器的設置

國內大多數轉化器的工藝設計參數都取自一般基礎研究文獻，這些研究是在實驗室中的單管反應器取得的，這些工藝參數在放大到多根列管式轉化器的工程設計時，大都忽略了每根列管位置的不同而形成的流體路徑長短不一、阻力不同，因而每根列管中的空間流速有較大的差異，即所產生的反應負荷的差異。這樣就要求反應氣體能盡可能的分布均勻：設計合理的進口處的氣體分布器，使進口處的流體動能矢量改變方向，去往路徑遠的列管的流體獲得較高的動能，而去往中心區列管的流體獲得較少的動能；優化下封頭內的支撐填料布局，盡可能使每根列管中的阻力和氣體流量分布均勻，實現各根列管反應均衡，觸媒消耗均一的目的。

氣體分布器是設在轉化器上管箱的一種氣體分布裝置，其作用是將進入轉化器的反應氣體均勻的分布到各個列管的進口，具體形式見圖2。此種分布形式能更好的將氣體分布到各列管，使氣體與列管間的催化反應更加充分，從而提高了生產效率。

圖2　錐型氣體分布器簡圖

圖3　列管與管板連接簡圖

2.2列管與管板連接結構

轉化器的列管與管板的連接技術要求比較嚴格。與一般的換熱器不同的是，只要有微小的滲漏，就會使管間的熱水泄漏到設備內，與氣相中的氯化氫接觸而生成濃鹽酸，并進一步腐蝕直到大量鹽酸從底部放酸口放出而造成停產事故。因此，轉化器在使用過程中，最容易受到損壞的部位就是列管與管板的連接部位。列管與管板的連接方式有脹接、焊接和脹焊結合等。在設計中轉化器的列管與管板的連接形式宜采用強度脹加密封焊，見圖3。脹管應盡可能在焊后進行，這樣可以避免因焊接時縫隙中的氣體膨脹而造成焊縫中形成氣孔。強度脹結構簡單，換熱管修補容易，強度脹的作用有：（1）是保證列管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度；（2）消除列管與管板孔間的空隙，使列管與管板孔貼合在一起，便于焊接；（3）達到列管與管板孔間的接合要求，防止縫隙腐蝕；（4）承受轉化器工作溫度波動或者其他原因引起的反復載荷，從而減輕接頭焊縫的疲勞應力。密封焊保證列管與管板連接密封性更好，同時承受抗拉強度。

轉化器的進氣口含有氯化氫氣體和乙炔氣體，氯化氫氣體中可能夾帶微量的水，這樣就形成了微量鹽酸，這些微量鹽酸雖然對上管箱不構成大的影響，但卻容易對列管與管板連接處造成腐蝕，從而降低列管與管板的連接質量。因此，在列管與管板連接后，要求在上管板表面襯一層耐酸膠泥，以防止鹽酸對管板連接處的腐蝕，涂膠泥后仍要保證換熱管至少伸出1 mm。改進后連接形式見圖4［1］。

圖4　列管與上管板改進后連接簡圖

由圖3可知，轉化器的檢漏方式是觀察下封頭底部的視鏡，當視鏡中出現霧狀液滴時，說明殼程中的熱水已經泄漏至管程中并與氯化氫反應生成鹽酸。如處理不及時，鹽酸就會從泄漏的列管擴散至其他周圍的列管，加大補漏工程量甚至破壞管板，影響轉化器的使用。為此，將轉化器下管板列管的外伸長度由3 mm增加到10 mm。改進后如果發生泄漏，生成的鹽酸先會沿著外伸的列管向下滲漏，而不是向周圍的列管滲漏，最大限度地保護了泄漏列管周圍的列管和管板，減少了泄漏后補焊的工作量，也提高了轉化器管板的使用壽命。改進后連接形式見圖5［5］。

圖5　列管與下管板改進后連接簡圖

2.3殼體進出口結構

為充分利用轉化器換熱面積減少殼程流體停滯區，應盡量將殼程進出口接管位置靠近上下管板。改進后消除了進出口和管板的氣相不流動區，傳熱能力得到加強。

3　結語

以上所述為轉化器設計過程中應該注意的問題，為以后的設計工作提供一定的經驗。在以后的設計工作中，將在克服這些問題的基礎上虛心聽取制造、生產企業的意見和建議，使設計產品更好的滿足工藝、制造要求，創造更好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

［1］張宇.西化氯乙烯合成轉化器改進總結及當前進展.2011年全國聚氯乙烯行業技術年會論文集，2011.

［2］劉延斌.氯乙烯轉化器的泄漏原因及改進措施.中國氯堿，2003.6. 37.

［3］林寶春，馬以高，董林遠，等.氯乙烯小列管轉化器小結.聚氯乙烯，2000（3）：46.

［4］鄭石子，顏才南.聚氯乙烯生產與操作.北京：化學工業出版社，2008.

［5］廖建良.氯乙烯轉化器的設計制造改進.化工機械，2011.38（4）.471.

Problems of design process of converter

ZHAO Jun-feng，DU Ying-jun，ZHU Xiao-dong
（Xi'an Aerospace Power Co.，Ltd.，Xi'an 710025，China）

Abstract：The latest progress in synthesis technology of converter and problems needing attention in the design of the equipment were introduced，And put forward the improvement measures. After improvement，the cost reduced，meet the technical requirements and improve service life.

Key words：PVC；vinyl chloride；converter；design

中圖分類號：TQ052.5

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）02-0025-03

收稿日期：2015-09-29