碳纤维改性新型石墨管换热器用于静电除焦工段

摘  要 : 本文主要介绍了碳纤维改性石墨管换热器的特色以及在合成氨生产中对静电除焦出口、罗茨风机进口半水煤气进行冷却、节能降耗的运用状况进行阐述。

关键词 : 碳纤维改性石墨管换热器  静电除焦  冷却  效益              

 一、  前言

    众说周知，在合成氨质料气制取过程中，静电除焦工段是一个很重要的工段，它担负着清除半水煤气中的焦油和净化气体的效果（安装在脱硫塔前的叫前静电除焦，设置在脱硫塔后边的叫后静电除焦）。进入夏日高温时节，前静电除焦出口半水煤气的温度往往高达四十度以上，形成罗茨风机打气量显着降低，大约低于冬天15-20%，低于春秋时节5-10%左右，是影响夏日合成氨产量的一个主要瓶颈。因而，在高温时节对前静电除焦出口进行冷却降温，势在必行，具有10%以上的节能空间，但因该工段半水煤气压力很低（一般为2.8-3.0千帕）对压降要求十分苛刻，同时因为该工段气体仍有必定的焦油含量和少量的硫化氢等腐蚀性气体，对换热设备的要求相对较高。经过和山西省晋丰煤化有限公司联合攻关，分别在该公司A、B两条“18-30”合成氨体系上安装了3台（A体系1台B体系2台）新式碳纤维改性石墨管换热器（该体系有6台静电除焦设备，安装了3台作为工艺试点），型号为ZGH2300-400。经过两个多月的运转，取得了抱负的效果，压力降仅有150帕，降低了半水煤气温度8度，使罗茨风机的打气量进步了3%，取得了较好的经济效益。之所以挑选新式碳纤维改性石墨管换热器，是由该种材料的性质和特色决议的。

二、不透性石墨主要用来制造换热器等化工设备，它具有以下优点:

a、具有极好的导热功能。石墨导热系数很高，仅次于铜跟铝，比不锈钢大5倍，比碳钢大2倍多，是制造换热器的抱负材料，运用于化肥生产中，正是利用石墨这一特色。

b、具有优良的化学稳定性，耐腐蚀。石墨除及少数强氧化性酸与强碱外，对大部分酸类、碱类都是稳定的。

c、线胀系数小，其线胀系数一般在（5~27）×10^-6×1/℃范围内，对温度变化的敏感度小，用它制造的设备能在高温下坚持本来的形状和机械强度

d、新式碳纤维石墨管，不易结垢，因为石墨自身性质加上石墨管内外壁很润滑，决议了石墨管跟大多数介质之间“亲和力”极小，所以尘垢不易附结在外表。含短丝碳纤维、树脂成分的石墨管体，石墨管体外包有碳纤维层；克服了纯石墨管的脆性缺点，具有韧度大，强度高，可耐高温高压，传热功能极端优越，耐腐蚀性强等优点；

e、 机械加工功能良好。石墨除不能压延和锻制外，能够进行各种机械加工。

f、石墨密度小，制成设备质量轻，比相应的金属设备质量轻。                                                       

三、 新式碳纤维改性石墨管换热器

新式碳纤维改性石墨管换热器，是我公司独立开发的国家专利产品，在石墨原材料中添加了部分高强度的碳纤维丝，制成的碳纤维改性石墨管既坚持了传统的石墨管换热好和不挂壁的优点外，又极大的进步了石墨管的抗冲击和抗震才能。在冲击和震动工段运用的安全功能显着增强。其主要特色如下：

a、两头管板均为固定管板，管板与换热管之间选用高弹性密封连接，实现单管弹性，避免了传统产品因管板、换热管与粘接剂线胀系数不同而引起的应力破坏。

b、运用范围扩展。运用压力有原先最高0.3MPa进步到1.0MPa，运用温度有原先的130℃进步到现在的180℃。在化肥生产中只要压力不高于1.0MPa，温度不高于180℃的地方基本都能够运用。

c、专利可换管技术，结构简略，维修便利，单管能够替换，避免了传统产品因堵管形成设备整机报废，大大延长设备的运用寿数。

四、换热器面积和冷却水量的核算:

1、现有条件：

半水煤气流量：105000m³/h   

半水煤气温度：45℃降到37℃（设定）     冷却水温度由15℃升高到27℃ （设定）

2、热量核算   

半水煤气进入换热器温度为45℃，离开为37℃，经核算半水煤气在换热器中放出的总热量约为：587.37×10⁴ KJ/ h

煤气在冷却器中冷却发生冷凝液，以冷凝水核算，其它组分量少，忽略不计，则冷凝水量为：q_m冷凝水=(㎏/h)

冷凝水带走热量为：Q_冷凝水＝q_m冷凝水×Cp△t＝75.7×10⁴ KJ/ h

总的需冷却热量（按2.5%热量损失率核算）：Q_需总冷＝497×10⁴ KJ/ h

3、△t核算：

T₁ 45℃→T₂ 37℃

 t₁ 27℃←t₂  15℃         △t＝20℃

4、K值取值：
石墨换热器在半水煤气中K值取400 - 600KJ/（㎡ h℃）之间与实际测量结果类似，取K值为400KJ/（㎡ h℃）进行面积核算.

5、换热器换热面积核算：A_石墨＝622㎡,加上必定的设计余量约为780㎡

6、冷却水用量

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

经过上述核算，确定在A体系1号位安装1台面积400平方米、B体系4、5号方位安装2台相同面积的新式碳纤维改性石墨管换热器，统一安装在静电除焦的出口。冷却后的半水煤气直接进入罗茨风机，进步了罗茨风机打气量3%。

对于有深冷水的厂家，能够将该工段的半水煤气冷却到更低的温度。如选用溴化锂制冷水（8-10度），把该工段的半水煤气从45度降为25-20度，可进步罗茨风机的打气量6-8%，能够起到更好的节能降耗效果。

经过在山西晋丰煤化工等厂家运用来看，新式碳纤维石墨管换热器在这一工段的运用非常成功，有效地代替了以往金属换热器，运用效果更好、寿数更长，其不挂壁和换热好耐冲击的优势十分显着。

五、新式碳纤维改性石墨管换热器在其它工段上的运用

    同样的原理，新式碳纤维改性石墨管换热器已经成功的运用在压缩机一段进口和二氧化碳工段的夏日冷却增效项目，取得了显著的节能效果。

六、定论

经过新式碳纤维改性石墨管换热器的成功运用，让化肥生产达到了节能减排、降耗、增产增效的目的，给企业带来很大的经济效益。同时也为企业的资源综合利用、开展循环经济方面也走出了一条新的路途。具有投资省、见效快、耐冲击、不挂壁、耐腐蚀、寿数长和现场可替换的优点，是夏日化肥企业进步产量、节能降耗的抱负设备。

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