氯化钙生产中二次冷凝水安全利用的研究

郑现锋，李家强，姜 杰

（青岛华东制钙有限公司，山东 青岛 266043）

1 二次冷凝水的使用现状及危害

氯化钙的生产工艺采用的是两效顺流蒸发模式，制盐Ⅱ效的加热蒸汽来自Ⅰ效所产生的二次汽，因此由Ⅱ效生成的二次冷凝水中含有少量氯化钙杂质。同时由于Ⅱ效的氯化钙浓度高，其产生的冷凝水温度也较高，可达100℃左右。

在实际生产中，二次冷凝水主要用来化盐和冲洗设备，其使用存在工艺不合理性和安全隐患。在化盐工序中，为了提高化盐速度避免堵塞设备，需要补充部分温度较高的冷凝水，与海水混合提高化盐水的温度。这样就引进了钙、镁离子等杂质，给总公司的盐水精制工序增加了除杂负荷。二次冷凝水用来冲洗设备时，由于温度高容易造成烫伤事故，也造成了热能浪费。

因此为了消除二次冷凝水使用的安全隐患，提高化盐操作的稳定性及利用海水中的钠盐，有必要改善目前二次冷凝水的使用现状。

2 二次冷凝水安全利用的方案

根据生产中冷凝水的使用情况，可通过换热设备使冷凝水与海水换热，将二次冷凝水温度降低到（50℃以下）符合安全操作的范围，再输送到各个工段使用。同时换热后的温海水可以通入到化盐罐，用来化盐，避免使用冷凝水带来的钙、镁等离子杂质的问题，同时也可以利用海水中钠盐，降低生产成本。

3 工艺流程及相关计算

3.1 工艺流程设计及说明

根据车间现有的设备及布置，在设计时充分考虑了利用原有的设备和管路，增加一台换热效率较高的螺旋板。二次冷凝水泵出水经过换热器，再进入冷凝水管。为了解决使用冷凝水的无序性，带来的操作困难的问题，提出了“防高不防低”调节的设计思路，避免了安装远程控制自动阀，降低了降温系统的投入费用。此系统通过控制海水量可任意调节冷凝水的出口温度，解决了由于季节温度变化对降温要求不同的问题。换热后的海水可以通往化盐罐实现再利用，充分利用了冷凝水的显热，改善了化盐操作，同时增加了氯化钠的浓度减少了氯化钙杂质。此系统流程简单，投资小，符合设计规范的要求。

图1 降温系统工艺流程图

3.2 换热计算

3.2.1 换热量的计算

二次冷凝水经降温系统换热后，温度可从100℃降低至50℃，其平均温度为75℃。

75℃时水的物性参数：ρ＝977.8kg／m3，cP＝4.22kJ／kg· ℃，λ＝0.6676W／m· ℃，μ＝0.0004061Pa·s。

车间每小时产生二次冷凝水30t，二次冷凝水进螺旋板换热器时的温度为100℃，出螺旋板换热器时的温度为50℃，则计算得换热量：

3.2.2 海水量的计算

海水经降温系统换热后，温度从25℃升高至45℃，其平均温度为30℃。

30℃时取水的物性参数代替海水的物性参数：ρ＝995.8kg／m3，cP＝4.174kJ／kg· ℃，λ＝0.6176W／m· ℃，μ＝0.0008007Pa·s。

海水进螺旋板换热器时的温度为25℃，出螺旋板换热器时的温度为45℃，则计算得海水量：

3.2.3 流速计算

二次冷凝水流量：m1＝30t／h

板宽＝0.8m

通道间距：b1＝0.01m，b2＝0.014m

二次冷凝水流速：

海水流量：m2＝75.5t／h

3.2.4 雷诺数计算

二次冷凝水：

换热海水：

3.2.5 普朗特常数计算

二次冷凝水：

换热海水：

3.2.6 螺旋板当量直径的计算

3.2.7 介质换热系数的计算

二次冷凝水：

换热海水：

3.2.8 总传热系数的计算

取螺旋板的板厚为0.005m；碳钢的导热系数为50.595W／m· ℃；海水、二次冷凝水热阻均取为0.00008598m2／W· ℃。

总传热系数：

平均温差的计算：

3.2.9 螺旋板换热面积的计算

通过计算可知，要使二次冷凝水温度降到50℃以下，螺旋板的有效换热面积至少为28.5m2。根据实际操作情况，螺旋板在长期使用时存在结疤现象，会影响其实际的换热效率，因此在选螺旋板型号时，换热面积要有一定的余量。

根据实际的情况选择的螺旋板：

型号：SSⅠ1.6－16

换热量：7.5×103MJ／h

公称压力：1.6MPa

换热面积：90m2

流量：30.84m3／h

阻力降：0.040MPa

4 效果验证

二次冷凝水降温系统自投入使用以来，其安全性、稳定性、可操作性满足生产的要求。对降温系统运行一年的数据进行了查定和统计。降温后的二次冷凝水各温度段的分布情况：

表1 二次冷凝水温度统计

1）二次冷凝水经降温系统换热后，温度降到50℃以下的合格率达到96%，符合公司技措项目的要求。

2）降温系统换热后的海水可通往化盐罐，用来替代冷凝水化盐，减少了化盐水中Ca2＋、Mg2＋，利用了海水中的Na＋，改善了化盐操作，提高了盐水的品质。

3）降温后的冷凝水，温度较低（50℃以下），消除了以前高温烫伤的安全隐患，用来冲洗设备，提高了操作的安全性，从根本上解决了冷凝水烫伤事故的发生。

［1］ 北京石油化工工程公司编.氯碱化工理化常数手册［M］.北京：化学工业出版社，1988

［2］ 《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第四卷［M］.北京：化学工业出版社，1989

［3］ 中国纯碱工业协会主编.纯碱工学［M］.北京：化学工业出版社，1990