板式換熱器在氯堿工藝生產中的應用

周舒 顧濤 新疆圣雄氯堿有限公司

氯堿生產是一種高能耗的產業(yè)。近年來，隨著氯堿廠生產規(guī)模的日益擴大，總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴建中顯得越來越重要。板式換熱器是一種結構緊湊、性能高效的換熱設備。與列管換熱器相比：它占地面積只相當于列管換熱器的20%左右。由于增加擾動，強化了傳熱，傳熱效率提高了4～5倍。它組裝靈活，熱損失小，不需要保溫層，同時質量輕，拆卸、檢修方便，廣泛應用于各種工業(yè)生產中。隨著氯堿廠生產規(guī)模的日益擴大，總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高，因此應用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴建中顯得越來越重要。

一、工作原理及性能對比

在板式換熱器中，板片是傳熱元件，懸掛在導桿上，板片上面還貼有密封墊片，板片按設計要求組裝后壓緊。流體在板式換熱器內的流動，是通過板片上的角孔進入板片通道，冷熱流體間達到換熱的作用。普通的板式換熱器主要用于無相變的換熱場合，還有冷凝式板式換熱器用于氣體冷凝，以及耐壓較高的焊接式板式換熱器。

板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比見表1。

二、氯堿廠工序分析

（一）硅整流工序

硅整流工序的兩種換熱器均屬于液液換熱。其中變壓器的油冷卻器可使用鋁黃銅板片材質、耐油丁腈橡膠墊片的板式換熱器；整流柜的純水冷卻器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材質、丁腈橡膠墊片的板式換熱器。

（二）鹽水工序

鹽水預熱器屬于氣液換熱，同時由于鹽水介質電化學腐蝕的存在，板片材質必須使用1Cr18Ni9Ti以上奧氏體不銹鋼，墊片為丁腈橡膠的冷凝式板式換熱器。

（三）氯氣處理工序

在氯氣處理工序中，鈦管冷卻器板片可使用TA2鈦材材質，由于濕氯氣的化學腐蝕較重，所以選用耐氧化的三元乙丙橡膠墊片，同時有氯水的冷凝，必須使用冷凝式板式換熱器；同樣氯水冷卻器可使用板片材質為TA2、墊片為三元乙丙橡膠的板式換熱器；納氏泵的循環(huán)酸、各塔循環(huán)酸換熱器板片可使用耐濃硫酸和氯氣腐蝕的哈式合金C-276材質以及氟橡膠墊片。

（四）液氯工序

在液氯工序中，無論使用氨制冷還是使用氟里昂制冷，制冷劑的液化均可使用板片材質為1Cr18Ni9Ti的板式換熱器，由于壓縮后的氣體壓力較高，所以此板式換熱器必須選用焊接式的，雖然板片無法拆檢，但由于介質腐蝕性較弱，使用壽命仍可達8年以上。氯氣液化器可使用板片材質為1Cr18Ni9Ti的冷凝式板式換熱器、其墊片同鈦管冷卻器一樣選用三元乙丙橡膠。

（五）電解工序

由于電解液的腐蝕包括氯離子的孔蝕、堿脆和電化學腐蝕，因此電解液預熱器必須使用1Cr18Ni9Ti或Mo2Ti的奧氏體不銹鋼板片材質、墊片選用耐強堿的丁基橡膠。

表1 板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比

三、工藝實施過程注意事項

1.當換熱介質中含有固體顆粒、纖維狀物質時，例如一次水或循環(huán)水，應當在換熱器前面安裝過濾器。

2.板式換熱器投入使用時，應緩慢打開高溫介質入口閥門，使其充滿高溫側板程，然后再打開低溫介質的入口閥門。嚴禁壓力、溫度急劇變化。

3.通過分析介質成分或判斷壓力變化情況，發(fā)現(xiàn)有兩種介質相串通的現(xiàn)象時，應立即停車，查出并更換損壞的板片。

4.嚴格控制使用溫度與壓力在允許值以下，否則會加速密封墊的老化，造成嚴重泄漏等情況。

5.檢查發(fā)現(xiàn)換熱板束泄漏時，應做好標記，以便設備拆開后，迅速查出損壞的板片和密封墊片，換上新的換熱板片和密封墊片。

6.開始運行時，發(fā)現(xiàn)換熱器冷熱不均，應先檢查換熱器內是否有空氣沒放干凈，然后檢查換熱板片是否加錯，通道是否堵塞，并采取相應的有效措施進行處理。

7.板式換熱器停車時，應緩慢關閉低溫介質入口閥門，隨即緩慢關閉高溫介質入口閥門，然后關閉低溫介質的出口閥門，再關閉高溫介質的出口閥門。禁止壓力、溫度發(fā)生急劇變化。

四、設備改造升級及維修

（一）設備改造升級

隨著時間的推移，新工藝、新技術的出現(xiàn)，以及對原設計局部的優(yōu)化都要求對原有設備進行材質或能力改造升級，所以設備改造類項目數(shù)量較多。設備改造升級類項目主要集中在換熱器材質升級、管線及儲罐材質升級等方面。比如氯氣壓縮機段間換熱器材質升級為銅鎳合金，脫氯單元換熱器材質升級為鈦鈀合金，鹽水儲罐由碳鋼襯膠改為玻璃鋼材質，電解槽陰極出口非金屬管線升級為鎳管線，電解槽陽極出口非金屬管線升級為鈦管線等。

氯氣壓縮機的段間換熱器，作用是降低氯氣各級壓縮后的溫度，原設計材質為碳鋼，結構為管殼式。氯氣壓縮機經(jīng)過10年左右的運行，檢修時發(fā)現(xiàn)部分碳鋼列管存在明顯的減薄，為了防止發(fā)生泄漏后干氯氣與循環(huán)水接觸，對設備造成腐蝕，決定對段間換熱器進行材質升級。改造升級方案分為2種：（1）將列管升級為銅鎳合金材質，優(yōu)點是材質性能好、壽命長，缺點是價格昂貴、制造周期長；（2）采用碳鋼涂刷環(huán)氧防腐涂層，優(yōu)點是價格便宜、制造周期短，缺點是涂層對換熱效果有輕微影響，且有脫落風險。

經(jīng)過綜合考慮，最終分2批次對9臺段間換熱器進行了更換，其中4臺段間換熱器升級為銅鎳合金，5臺段間換熱器變更為碳鋼加環(huán)氧防腐涂層。其中銅鎳合金運行后換熱效果良好，設備無明顯減薄。碳鋼加環(huán)氧防腐涂層換熱器剛在2019年6月更換，目前換熱效果良好，涂層牢固性有待持續(xù)跟蹤。鹽水工序的儲罐最初設計多是碳鋼襯膠材質，但是多年運行后，經(jīng)常出現(xiàn)襯膠脫落、碳鋼腐蝕泄漏等問題，每年檢修都須花費大量人力、物力進行清理儲罐、補焊漏點、修補襯膠。為了集中解決這一問題，樂金渤海逐年將舊儲罐更換成為玻璃鋼材質的儲罐，現(xiàn)在已經(jīng)完成一次鹽水儲罐、二次鹽水儲罐、返回鹽水儲罐的更換，綜合運行情況良好，有效減少了鋼襯膠年年修補的問題。

（二）設備維修

當板式換熱器拆檢清洗后或板片、墊片損壞時，應進行維修。（1）板式換熱器在拆卸前，應測量板束的壓緊長度尺寸，以便在重裝時使用。（2）密封墊片若粘在兩板片間的溝槽內，應小心地用工具從易剝離的部位插入，然后沿其周邊進行剝離，切不可損壞板片和密封墊片。（3）檢查換熱板片是否有穿孔情況，一般用放大鏡檢查。奧氏體不銹鋼板片可先用磁鐵粗檢，再用放大鏡檢查。（4）如果發(fā)現(xiàn)介質出入口及通道內有雜物積累，則說明過濾器失效，應及時清掃過濾器。（5）換熱板片結疤時，切忌用鋼絲刷子來洗刷，尤其是不銹鋼板片，以防止加速板片的腐蝕。（6）拆卸氯氣處理的鈦材板片時，嚴禁與明火接觸，以防氧化。（7）檢查密封墊片是否有老化、裂紋等缺陷，禁止用硬的物品在表面上亂劃。（8）板式換熱器的一個板片損壞而無備件時，可將此板片和相鄰的板片同時取下，再擰緊夾緊螺栓。（9）板片組裝時，可用刷子將密封膠涂在板片的溝槽內，然后壓入密封墊片，最后把板片組裝起來即可。

五、結語

板式換熱器是一種結構緊湊、高效的新型換熱設備。在氯堿生產中應用新型的板式換熱器，占地面積比列管換熱器減少80%，投資降低50%～70%，傳熱效率提高了400%～500%。由于選用的材質較好，使用中只要按規(guī)程操作就可以保證氯堿裝置安全長周期運行。同時板式換熱器質量輕，換熱器外不需要保溫。在使用中如果阻力增大或結垢，清洗比較容易。板片損壞或密封墊片泄漏時，拆卸、檢修也比較方便。因此在氯堿生產中應盡可能選用板式換熱器。