石墨换热器在合成氨压缩系统的应用

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1、项 目 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 2010年 一进 温 度 / 8 8 15 20 28 29 31 33 28 26 23 17 台 时 产量 /t 4.183 4.17 4.15 4.09 4.05 3.96 3.83 3.83 3.92 4.01 4.05 4.11 2011年 一进 温 度 / 9 11 17 17.7 27 28 32 34 28 23.3 22 14 台 时 产量 /t 4.19 4.15 4.12 4.05 3.95 4.001 3.967 3.92 3.93 未统 计 1 4.08 未统 计 表 12010、

2、2011年 压 缩 机一进 气 体 温 度 与台时 产 量数据 表 石墨换热器在合成氨压缩系统的应用 吴光 亮 邴贞杰 （ 山 东 红 日 阿康 化工 股份 有限公司 山 东 临 沂 276021 青岛 瀚 新 石 墨 设备科 技有限公司 山 东青岛 266600） 摘 要 通 过对 压 缩 机 一 入 煤气 冷 却 增 加 石 墨 换 热 器 原因 的 描 述 ，说明 石 墨 换 热 器 的 优 良 特 性 ，介绍了 改造 后 取 得 良好 效果 和 经济 效 益 。 关键词 压 缩 机 一 入 煤气 冷 却 石 墨 换 热 器 应用 Applicationofgraphiteexchang

3、erinsyntheticammoniacompressionsystem WUGuang-liang （ ShandongHongriAkangChemicalCompanyLimited,Linyi276021,ShandongProvince） BINGZhen-jie （ QingdaoHanxinGraphiteEquipmentTechnologyCompanyLimited,Qingdao266600,ShandongProvince） Abstract Thepaperdescribesreasonswhycoalgascoolingaddedgraphiteexchanger

4、atthefirststageinletofcompressor, explainsgoodqualitiesofgraphiteexchanger,introducesgoodresultsandeconomicbenefitsaftertransformation. Keywords firststageinletofcompressor,coalgascooling,graphiteexchanger,application 山 东 红 日 阿康 化工 股份 有限公司 是 2002年 3月 经 国家 外 经 贸 部 批 准 成 立 、 由 世 界 三 大 化肥 生产制 造 商 之 一 的

5、 俄罗斯 阿康 公司 控 股 的 外 商 投 资股份 有限公司。公司 前 身 是山 东 红 日 化工 股份 有限公司（ 原 临 沂 市 化工 总 厂 ）， 始 建 于 1965年。 公司 现 拥 有年 产 100万 t高 浓 度 复 合 肥 、 60万 t 硫 酸 、 10万 t合 成 氨 、 25万 t盐 酸 、 15万 t甲 醇 的 生产 能力 ，是国家 520户 重 点 企 业 ，山 东 省 136户 重 点 企 业 之 一 ，同 时 也是 目前 国 内 规 模 最 大 、 配 套 最 完 整 的 硫基 NPK复 合 肥 制 造 商 。 1 压 缩 机一进 气 体 温 度 对 合成氨产

6、量 的 影响 我 公司 合 成 氨 设 计 产 能 为 10万 t/a，开 车 10 余 年 来产量一 直 呈 现 冬 季 高 夏季 低 的 状 态 ，其 主 要 原因 与 压 缩 机 一进气 体 温 度 有 关 。 合 成 氨 分厂 现 有 6M-32-190压 缩 机 四 台 ，压 缩 机 理 论 打 气量 为 190Nm 3 /min， 现 压 缩 机 各 段 缸 都 经 过 扩 缸 ， 打 气量 可 以 达 到 220Nm 3 /min，开 三备 一 ，冬 季 气 温 低 时 合 成 氨 平 均 班 产量 高 于 100t， 夏季 因 气 温 影 响 ，压 缩 机 一进 温 度 比 冬

7、 季 明 显 偏 高 ，一进气 体 密 度 变 小 ， 水汽含量 增 加 ， 压 缩 机 出 现 打 气量 下 降 的 情况， 合 成 氨 平 均 班 产量低于 90t。 2010、 2011年 压 缩 机 一进气 体 温 度 与 台 时 产量 数 据见 表 1。 分 析 表 1中 的 数 据 可 知 ： 冬 季 压 缩 机 一进 温 度平 均 值 在 8 左右 时 合 成 氨 平 均 班 产量 100t 以上 ，春 、秋季 节 压 缩 机 一进 温 度平 均 值 在 25 时 班 产量 平 均 为 9395t， 夏季 7、 8月 份 压 缩 机 一 氮肥技术 2013年第 34卷第 5期 2

8、9氮肥技术 进温 度平 均 值 在 3032时 班 产量 平 均 为 86 88t， 由此 可 见 压 缩 一进 温 度 对合 成 氨 的 产量 具 有 相 当 大 的 影响 。 2 不透 性 石墨 换 热 器的 优 点 及 选 用 虽 然 经 过 了后 静 电 除 焦 净 化 ，半 水煤气中 仍 含 有 较 多 的 焦 油 、煤 灰 等 杂质 ， 且 硫 化 氢含量 、水 蒸汽 的 分压 都 比 较 高， 这 都 决 定 了 半 水煤气 具 有 对 换 热 器 容易 造 成 堵塞 、腐蚀 并 导 致传 热 效果 较 差 的 特 点 ，所 以 换 热 设备 选 用 时 必须 考虑 以上 因 素

9、 。 经 过 多 方 考 察 ，我 们选 用了 青岛 瀚 新 石 墨 设 备科 技有限公司（ 原 青岛 鸿 源 换 热 器 有限公司 ） 研 制生产 的 国家专 利 （ 专 利 号 ： 200620116075.7） 产 品 组 合 列 管 式 石 墨 换 热 器 ， 该 石 墨 换 热 器 采 用 弹 性 密封连 接 ，将 金 属 材 料 和 非 金 属 的 石 墨 管 束 有 机 的 连 接 和 结 合 ，将 金 属 的 优势 和 非 金 属 的 特 长 合二为一 ， 由 经 过 内 防 腐 的 碳 钢壳 体 、封 头 、管 板 、石 墨 管 束 和高 弹 性 专 利 密封 材 料 组 成

10、， 具 有 以 下 优 点 。 （ 1） 具 有高 度 的化 学 稳 定 性 能 。 除 了 强 氧 化 性 酸 及 碱 外 ， 对大 部分 化 学 介 质 都 是 耐 腐蚀 的 ， 特别 是对含 氯离 子 的介 质 。 （ 2） 具 有 极 高的 导 热 性 能 。 石 墨 的 导 热 系 数 为 （ 100 l10） W m K， 其 导 热 系 数 和 铜 、 铝 相 仿 ，是 普 通 碳 钢 的 2.5倍 以上 ，是 不 锈钢 的 6倍 以 上 。 （ 3）在 热 稳 定 性 方面， 石 墨 的 使 用温 度可达 到 150 ， 且 其热 膨胀 系 数 很 小 ，大 约 为 （ 0.4

11、0 0.45） 10 -5 K， 不 容易 受 温 差 应 力 的 影响 。 该 石 墨 换 热 器 的 石 墨 管 两 端 与 弹 性 密封 装置 通 过过 盈 配 合与碳 钢 管 板 实 行 活性 连 接 ，做 到 每 根 管 束 都 能 自 行进行 热 胀 冷 缩 ，彻底 消 除 了 管 板 与 石 墨 管 之间 的 内 应 力 ， 大大 减 少 了 设备 损 坏 和 维 修 的 几率； 石 墨 管 束 能 够 做 到现场 更 换 ，保 证 了 设备 有 效 面 积不 减 少 ， 确保 了 设备 的 可 靠 性 和 稳 定 性 。 （ 4） 由于 石 墨 管 内外 壁 很 光滑 ，其 绝

12、 对 粗 糙 度 仅 是 金 属 管 的 1/20 1/50， 阻 力 降 不 超 过 300Pa； 且 石 墨 属 于 非 金 属 ，决 定 了 石 墨 管 跟 大 多 数 介 质 之间 “ 亲 和 力 ”极 小 ，不 会 污染 介 质 ，管 壁 也 不 易 结 垢 ，因而 大大 的 扩 展了 其 应用 范围 。用 于 半 水煤气 的 冷 却 最 大 的 优势 就是 解决了 焦 油 挂 壁 影响 换 热 效果 的问题 。 （ 5） 与 处 理 同样半 水煤气量 的 不 锈钢 列 管 换 热 器 相 比 较 ，价 格 只 有后 者 的 一 半 。 可 见 这 种 石 墨 换 热 器 完 全解决

13、了 半 水煤气 换 热 的 疑 难 问题， 并 且 由于 压 缩 机 一 段 进 口 气 体 压力 较 低 ，不 用 担心 石 墨 的 脆 性 缺 陷 ，在 此 选 用 石 墨 换 热 器 是 切 实 可 行 的 。 3 改 造 方 案 （ 1 ） 原 有工艺 流程 ： 来 自 脱 硫 工 段 的 压力 约 0.03 0.04MPa的 半 水煤气 经 过一进 冷 却 塔 ，与 塔 内 的 循 环水 或 一次水进行 逆 流 接 触 ，除 去 部分 杂质 和 煤 焦 油 ，同 时 降低 半 水煤气 温 度 ，该 气 体 出 一进 冷 却 塔 后 去 一进 总 水 分 ，除 去 部分 水 分 后 进

14、 入 一进 总 管 ，经 过一 台 水 封 后 ，该 总 管 1200 分 成四 个 500的 分 管 ， 进 入 各 台 压 缩 机 一进气 缸 之前压 缩 机 自 带 的 一进水 分 ，防 止 残 留 的 水 分 进 入 压 缩 机 造 成 液 击 。 该 流程 自 2000年 使 用 至 2012年， 夏季 气 体 温 度 一 直 偏 高 。 （ 2） 改造 方 案 ： 2012年 秋季 ，我 们 在 压 缩 一进 总 分 离 器 后 增 加 一 台石 墨 换 热 器 ，将 原 来一进 总 水 分 的出 口 管 接 到 石 墨 换 热 器 进 口 ，石 墨 换 热 器 出 口 连 到 原

15、 来 管道 。 使 用 一次水 冷 却 ，温 度 升 高 后的 一次水 接 到 原 来 的 管道 。 相 当 于 在 原 来 的 管 道 增 加 了 一 条 支 路 ， 夏季 使 用 支 路 ，其 他 时 间使 用 原 来 管 路 。 由于一次水 压力 偏 低 （ 0.15 0.20MPa）， 故 在 每 根 管道 上 增 加 一 台单 级 双 吸 泵 增 加 输送 压力 。 一次水 温 度常 年 维 持 在 18 20 ， 现 在 半 水煤气流量为 40000Nm 3 /h， 夏季 半 水煤气 温 度 由 38 降到 25 ， 一次水由 18升 高 到 27 。 4 改 造 方 案 新 增

16、的设 备 （ 1） 石 墨 换 热 器 一 台 ，规 格 及 参 数 见 表 2。 （ 2） 单 级 双 吸 泵 一 台 ,型 号 为 6sh-9。 5 效益 分 析 （ 1）新 上 的 石 墨 换 热 器 可 以 在 夏季 降低 压 缩 机 一进气 体 温 度 10 12 （ 2010年和 2011年 夏 季 压 缩 机 一进气 体 温 度最 高在 39 ， 平 均 32 34 ）， 经 过 石 墨 换 热 器 降 温后温 度可 降到 25 左右 ， 台 时 产量 可 以 提高 0.1t， 换 热 面 积 /m 2 直 径 /mm 高 度 /mm 质 量 /t 换 热 管 长 度 /mm 换 热 管 直 径 /mm 管 内设 计 压力 /MPa 管 间 设 计 压力 /MPa 103023006900 18 4100 32 0.1 0.5 表 2 石墨 换 热 器 规格 及参 数 （下转第 35页） 2013年第 34卷 30年 份 化工 厂 煤气 化 厂 产量 /t 日 均 产量 /t 氨 耗 / kg