碳纖維改性新型石墨管換熱器用于靜電除焦工段

摘  要 : 本文主要介紹了碳纖維改性石墨管換熱器的特色以及在合成氨生產中對靜電除焦出口、羅茨風機進口半水煤氣進行冷卻、節能降耗的運用狀況進行闡述。

關鍵詞 : 碳纖維改性石墨管換熱器  靜電除焦  冷卻  效益              

 一、  前言

    眾說周知，在合成氨質料氣制取過程中，靜電除焦工段是一個很重要的工段，它擔負著清除半水煤氣中的焦油和凈化氣體的效果（安裝在脫硫塔前的叫前靜電除焦，設置在脫硫塔后邊的叫后靜電除焦）。進入夏日高溫時節，前靜電除焦出口半水煤氣的溫度往往高達四十度以上，形成羅茨風機打氣量顯著降低，大約低于冬天15-20%，低于春秋時節5-10%左右，是影響夏日合成氨產量的一個主要瓶頸。因而，在高溫時節對前靜電除焦出口進行冷卻降溫，勢在必行，具有10%以上的節能空間，但因該工段半水煤氣壓力很低（一般為2.8-3.0千帕）對壓降要求十分苛刻，同時因為該工段氣體仍有必定的焦油含量和少量的硫化氫等腐蝕性氣體，對換熱設備的要求相對較高。經過和山西省晉豐煤化有限公司聯合攻關，分別在該公司A、B兩條“18-30”合成氨體系上安裝了3臺（A體系1臺B體系2臺）新式碳纖維改性石墨管換熱器（該體系有6臺靜電除焦設備，安裝了3臺作為工藝試點），型號為ZGH2300-400。經過兩個多月的運轉，取得了抱負的效果，壓力降僅有150帕，降低了半水煤氣溫度8度，使羅茨風機的打氣量進步了3%，取得了較好的經濟效益。之所以挑選新式碳纖維改性石墨管換熱器，是由該種材料的性質和特色決議的。

二、不透性石墨主要用來制造換熱器等化工設備，它具有以下優點:

a、具有極好的導熱功能。石墨導熱系數很高，僅次于銅跟鋁，比不銹鋼大5倍，比碳鋼大2倍多，是制造換熱器的抱負材料，運用于化肥生產中，正是利用石墨這一特色。

b、具有優良的化學穩定性，耐腐蝕。石墨除及少數強氧化性酸與強堿外，對大部分酸類、堿類都是穩定的。

c、線脹系數小，其線脹系數一般在（5~27）×10^-6×1/℃范圍內，對溫度變化的敏感度小，用它制造的設備能在高溫下堅持本來的形狀和機械強度

d、新式碳纖維石墨管，不易結垢，因為石墨自身性質加上石墨管內外壁很潤滑，決議了石墨管跟大多數介質之間“親和力”極小，所以塵垢不易附結在外表。含短絲碳纖維、樹脂成分的石墨管體，石墨管體外包有碳纖維層；克服了純石墨管的脆性缺點，具有韌度大，強度高，可耐高溫高壓，傳熱功能極端優越，耐腐蝕性強等優點；

e、 機械加工功能良好。石墨除不能壓延和鍛制外，能夠進行各種機械加工。

f、石墨密度小，制成設備質量輕，比相應的金屬設備質量輕。                                                       

三、 新式碳纖維改性石墨管換熱器

新式碳纖維改性石墨管換熱器，是我公司獨立開發的國家專利產品，在石墨原材料中添加了部分高強度的碳纖維絲，制成的碳纖維改性石墨管既堅持了傳統的石墨管換熱好和不掛壁的優點外，又極大的進步了石墨管的抗沖擊和抗震才能。在沖擊和震動工段運用的安全功能顯著增強。其主要特色如下：

a、兩頭管板均為固定管板，管板與換熱管之間選用高彈性密封連接，實現單管彈性，避免了傳統產品因管板、換熱管與粘接劑線脹系數不同而引起的應力破壞。

b、運用范圍擴展。運用壓力有原先最高0.3MPa進步到1.0MPa，運用溫度有原先的130℃進步到現在的180℃。在化肥生產中只要壓力不高于1.0MPa，溫度不高于180℃的地方基本都能夠運用。

c、專利可換管技術，結構簡略，維修便利，單管能夠替換，避免了傳統產品因堵管形成設備整機報廢，大大延長設備的運用壽數。

四、換熱器面積和冷卻水量的核算:

1、現有條件：

半水煤氣流量：105000m³/h   

半水煤氣溫度：45℃降到37℃（設定）     冷卻水溫度由15℃升高到27℃ （設定）

2、熱量核算   

半水煤氣進入換熱器溫度為45℃，離開為37℃，經核算半水煤氣在換熱器中放出的總熱量約為：587.37×10⁴ KJ/ h

煤氣在冷卻器中冷卻發生冷凝液，以冷凝水核算，其它組分量少，忽略不計，則冷凝水量為：q_m冷凝水=(㎏/h)

冷凝水帶走熱量為：Q_冷凝水＝q_m冷凝水×Cp△t＝75.7×10⁴ KJ/ h

總的需冷卻熱量（按2.5%熱量損失率核算）：Q_需總冷＝497×10⁴ KJ/ h

3、△t核算：

T₁ 45℃→T₂ 37℃

 t₁ 27℃←t₂  15℃         △t＝20℃

4、K值取值：
石墨換熱器在半水煤氣中K值取400 - 600KJ/（㎡ h℃）之間與實際測量結果類似，取K值為400KJ/（㎡ h℃）進行面積核算.

5、換熱器換熱面積核算：A_石墨＝622㎡,加上必定的設計余量約為780㎡

6、冷卻水用量

  =        =q_m水×Cpm×△tm           q_m水=99m³/h

經過上述核算，確定在A體系1號位安裝1臺面積400平方米、B體系4、5號方位安裝2臺相同面積的新式碳纖維改性石墨管換熱器，統一安裝在靜電除焦的出口。冷卻后的半水煤氣直接進入羅茨風機，進步了羅茨風機打氣量3%。

對于有深冷水的廠家，能夠將該工段的半水煤氣冷卻到更低的溫度。如選用溴化鋰制冷水（8-10度），把該工段的半水煤氣從45度降為25-20度，可進步羅茨風機的打氣量6-8%，能夠起到更好的節能降耗效果。

經過在山西晉豐煤化工等廠家運用來看，新式碳纖維石墨管換熱器在這一工段的運用非常成功，有效地代替了以往金屬換熱器，運用效果更好、壽數更長，其不掛壁和換熱好耐沖擊的優勢十分顯著。

五、新式碳纖維改性石墨管換熱器在其它工段上的運用

    同樣的原理，新式碳纖維改性石墨管換熱器已經成功的運用在壓縮機一段進口和二氧化碳工段的夏日冷卻增效項目，取得了顯著的節能效果。

六、定論

經過新式碳纖維改性石墨管換熱器的成功運用，讓化肥生產達到了節能減排、降耗、增產增效的目的，給企業帶來很大的經濟效益。同時也為企業的資源綜合利用、開展循環經濟方面也走出了一條新的路途。具有投資省、見效快、耐沖擊、不掛壁、耐腐蝕、壽數長和現場可替換的優點，是夏日化肥企業進步產量、節能降耗的抱負設備。

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