王新兵

(江蘇華昌化工股份有限公司，江蘇 張家港　215634)

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氫化水解工段羅茨水環(huán)真空系統(tǒng)新增冷卻器改造小結(jié)

王新兵

(江蘇華昌化工股份有限公司，江蘇 張家港215634)

針對(duì)氫化崗位水解工段抽真空過(guò)程中，水箱溫度逐漸升高，尤其在夏季真空度達(dá)不到要求，甚至出現(xiàn)跳泵等問(wèn)題進(jìn)行分析。通過(guò)熱量衡算選用合適的冷卻器，解決了真空度達(dá)不到要求、溫度過(guò)高跳泵的問(wèn)題；冷卻器為利舊設(shè)備，提高了閑置設(shè)備的利用率。

羅茨水環(huán)真空機(jī)組；真空系統(tǒng)；換熱器；改造

0　前言

羅茨水環(huán)真空機(jī)組是以羅茨泵為主泵，以水環(huán)泵為前級(jí)泵串聯(lián)而成的。羅茨水環(huán)真空機(jī)組選用水環(huán)泵作為前級(jí)泵比其它真空泵更為有利，它克服了單臺(tái)水環(huán)泵使用時(shí)極限壓力差，在一定壓力下抽氣速率低的缺點(diǎn)，同時(shí)保留了羅茨泵能迅速工作，有較大抽氣速率的優(yōu)點(diǎn)。尤其能夠適應(yīng)抽除大量的可凝性蒸汽。當(dāng)配有防爆電機(jī)及電器并遵守相應(yīng)的安全規(guī)則下,還可抽除易燃易爆的氣體。羅茨泵—水環(huán)泵機(jī)組廣泛地用于化工行業(yè)中的真空蒸餾、真空蒸發(fā)、脫水結(jié)晶等。

氫化崗位是生產(chǎn)硼氫化鈉的重要崗位，主要是將金屬鈉在石蠟油中融化后與氫氣反應(yīng)生成氫化鈉；氫化鈉與硼酸三甲酯反應(yīng)生成硼氫化鈉和甲醇鈉；通過(guò)加水將其中的甲醇鈉水解成甲醇和氫氧化鈉的堿溶液，經(jīng)油水分離后，硼氫化鈉的堿溶液送至后續(xù)工段進(jìn)行提純、精制，滿足工業(yè)要求。

1　氫化水解工段特點(diǎn)

氫化崗位水解工段主要是在水解釜中加水將含硼氫化鈉的水解液中的甲醇鈉水解生成甲醇和氫氧化鈉，由于硼氫化鈉是熱敏性物質(zhì)，水解過(guò)程需要羅茨水環(huán)真空機(jī)組提供較高的真空系統(tǒng)，防止硼氫化鈉高溫分解，真空度一般控制在-0.090～-0.075 MPa。

氫化崗位水解工段真空系統(tǒng)所用羅茨水環(huán)真空機(jī)組型號(hào)為JZJPS1500-1，由無(wú)錫四方真空設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

2　水解工段水環(huán)真空系統(tǒng)存在的問(wèn)題

抽真空過(guò)程中，水箱溫度會(huì)逐漸升高，特別是夏季能達(dá)到45 ℃左右，水箱中水要時(shí)常進(jìn)行更換，否則達(dá)不到真空度要求，稍不注意就會(huì)引起羅茨水環(huán)真空泵跳泵，影響水解反應(yīng)的進(jìn)行，給正常的生產(chǎn)帶來(lái)很大干擾。

現(xiàn)有離心泵水泵型號(hào)為XL25-15-160，生產(chǎn)廠家為大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司，功率1.5 kW，流量為1.1 m3/h，揚(yáng)程為30 m。循環(huán)軟水溫度40 ℃，需降溫至25 ℃左右。

3　改進(jìn)措施及效果

3.1改進(jìn)后工藝流程

借助原有的旁路管線新增一臺(tái)冷卻器對(duì)水箱溫度進(jìn)行降溫，以達(dá)到正常生產(chǎn)要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備布置及管道走向情況，現(xiàn)場(chǎng)水泵上方管架有冷凍水、回管(DN100)，水泵西側(cè)有一定的空間，可在水泵的出口新增一臺(tái)冷卻器，放在水泵西側(cè)，在冷凍水上、回總管上挖洞，引DN25的冷凍水、回水支管，進(jìn)出冷卻器分別加DN25的截止閥，便于流量調(diào)節(jié)。

冷凍水走冷卻器管層，循環(huán)軟水走冷卻器殼層，對(duì)水箱溫度進(jìn)行降溫，降溫后的水返回水箱，具體工藝流程如圖1所示。

圖1　羅茨真空系統(tǒng)新增冷卻器流程圖

3.2工況條件及換熱面積的計(jì)算

已知流量為1.1 m3/h的熱流體(軟水)，需從溫度T1(40 ℃)冷卻至T2(25 ℃)，可用的冷卻介質(zhì)入口溫度t1(5 ℃)，出口溫度選定為t2(15 ℃)。

冷凍水為25%乙二醇、75%的水溶液，可近似看做水，總換熱系數(shù)K值根據(jù)化工行業(yè)經(jīng)驗(yàn)值(表1)，取1 000 W/(m2·℃)。

由已知條件可算出換熱器的傳熱速率Q和平均推動(dòng)力Δtm。根據(jù)傳熱速率基本方程：Q=KAΔtm，列管式換熱器中K值取值范圍如表1。

(其中對(duì)于逆流：Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1)

表1　列管式換熱器中總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值

由已知工況條件可求得對(duì)數(shù)平均溫差Δtm為22.4 ℃，傳熱速率Q為19 250 W。傳熱系數(shù)K取1 000 W/(m2·℃)，帶入傳熱速率基本方程，經(jīng)能量衡算后需要換熱面積約為0.86 m2，考慮20%的面積裕度，所需冷卻器的換熱面積為1.03 m2，即可滿足生產(chǎn)換熱需要。

3.3改進(jìn)后運(yùn)行效果

由于硼氫化鈉項(xiàng)目以前技術(shù)不夠成熟，做過(guò)一些優(yōu)化改進(jìn)，閑置一些設(shè)備。其中有一臺(tái)換熱面積為5 m2的列管式換熱器，規(guī)格為Φ325×2 582，能夠滿足工藝及現(xiàn)場(chǎng)放置要求。冬夏環(huán)境溫度相差很大，可以通過(guò)進(jìn)入冷凍水閥門的開(kāi)度大小來(lái)調(diào)整所需水箱的溫度。

新增利舊換熱器，可以滿足生產(chǎn)上的要求，投入運(yùn)行后羅茨水環(huán)真空泵運(yùn)行良好。

4　結(jié)論

由已知工況條件，熱系數(shù)K取1 000 W/(m2·℃)，求得對(duì)數(shù)平均溫差為22.4 ℃，傳熱速率為19 250 W，考慮20%的面積裕度，計(jì)算出所需冷卻器的換熱面積為1.03 m2。

新增冷卻器投入使用一年來(lái)，水箱溫度能保持在25 ℃以下，羅茨水環(huán)真空泵幾乎沒(méi)出現(xiàn)真空度拉不起來(lái)或跳泵的情況，大大提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，減少了重復(fù)換水而造成的浪費(fèi)。

隨著科技的發(fā)展，新工藝的應(yīng)用以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，化工企業(yè)常需進(jìn)行技術(shù)改造，不可避免地會(huì)拆除或新增一些設(shè)備，滿足工藝要求的同時(shí)，可以考慮把閑置的設(shè)備加以利用，節(jié)省設(shè)備成本、提高設(shè)備的利用率。

2016-06-28

王新兵(1983-)，男，工程師，從事化工生產(chǎn)技術(shù)改造、分離過(guò)程的研究工作，電話：15895596233。

TQ051.61

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1003-3467(2016)10-0043-02