氢化水解工段罗茨水环真空系统新增冷却器改造小结

王新兵

(江苏华昌化工股份有限公司，江苏 张家港　215634)



氢化水解工段罗茨水环真空系统新增冷却器改造小结

王新兵

(江苏华昌化工股份有限公司，江苏 张家港215634)

针对氢化岗位水解工段抽真空过程中，水箱温度逐渐升高，尤其在夏季真空度达不到要求，甚至出现跳泵等问题进行分析。通过热量衡算选用合适的冷却器，解决了真空度达不到要求、温度过高跳泵的问题；冷却器为利旧设备，提高了闲置设备的利用率。

罗茨水环真空机组；真空系统；换热器；改造

0　前言

罗茨水环真空机组是以罗茨泵为主泵，以水环泵为前级泵串联而成的。罗茨水环真空机组选用水环泵作为前级泵比其它真空泵更为有利，它克服了单台水环泵使用时极限压力差，在一定压力下抽气速率低的缺点，同时保留了罗茨泵能迅速工作，有较大抽气速率的优点。尤其能够适应抽除大量的可凝性蒸汽。当配有防爆电机及电器并遵守相应的安全规则下,还可抽除易燃易爆的气体。罗茨泵—水环泵机组广泛地用于化工行业中的真空蒸馏、真空蒸发、脱水结晶等。

氢化岗位是生产硼氢化钠的重要岗位，主要是将金属钠在石蜡油中融化后与氢气反应生成氢化钠；氢化钠与硼酸三甲酯反应生成硼氢化钠和甲醇钠；通过加水将其中的甲醇钠水解成甲醇和氢氧化钠的碱溶液，经油水分离后，硼氢化钠的碱溶液送至后续工段进行提纯、精制，满足工业要求。

1　氢化水解工段特点

氢化岗位水解工段主要是在水解釜中加水将含硼氢化钠的水解液中的甲醇钠水解生成甲醇和氢氧化钠，由于硼氢化钠是热敏性物质，水解过程需要罗茨水环真空机组提供较高的真空系统，防止硼氢化钠高温分解，真空度一般控制在-0.090～-0.075 MPa。

氢化岗位水解工段真空系统所用罗茨水环真空机组型号为JZJPS1500-1，由无锡四方真空设备有限公司生产。

2　水解工段水环真空系统存在的问题

抽真空过程中，水箱温度会逐渐升高，特别是夏季能达到45 ℃左右，水箱中水要时常进行更换，否则达不到真空度要求，稍不注意就会引起罗茨水环真空泵跳泵，影响水解反应的进行，给正常的生产带来很大干扰。

现有离心泵水泵型号为XL25-15-160，生产厂家为大连深蓝泵业有限公司，功率1.5 kW，流量为1.1 m3/h，扬程为30 m。循环软水温度40 ℃，需降温至25 ℃左右。

3　改进措施及效果

3.1改进后工艺流程

借助原有的旁路管线新增一台冷却器对水箱温度进行降温，以达到正常生产要求。

根据现场原有设备布置及管道走向情况，现场水泵上方管架有冷冻水、回管(DN100)，水泵西侧有一定的空间，可在水泵的出口新增一台冷却器，放在水泵西侧，在冷冻水上、回总管上挖洞，引DN25的冷冻水、回水支管，进出冷却器分别加DN25的截止阀，便于流量调节。

冷冻水走冷却器管层，循环软水走冷却器壳层，对水箱温度进行降温，降温后的水返回水箱，具体工艺流程如图1所示。

图1　罗茨真空系统新增冷却器流程图

3.2工况条件及换热面积的计算

已知流量为1.1 m3/h的热流体(软水)，需从温度T1(40 ℃)冷却至T2(25 ℃)，可用的冷却介质入口温度t1(5 ℃)，出口温度选定为t2(15 ℃)。

冷冻水为25%乙二醇、75%的水溶液，可近似看做水，总换热系数K值根据化工行业经验值(表1)，取1 000 W/(m2·℃)。

由已知条件可算出换热器的传热速率Q和平均推动力Δtm。根据传热速率基本方程：Q=KAΔtm，列管式换热器中K值取值范围如表1。

(其中对于逆流：Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1)

表1　列管式换热器中总传热系数K的经验值

由已知工况条件可求得对数平均温差Δtm为22.4 ℃，传热速率Q为19 250 W。传热系数K取1 000 W/(m2·℃)，带入传热速率基本方程，经能量衡算后需要换热面积约为0.86 m2，考虑20%的面积裕度，所需冷却器的换热面积为1.03 m2，即可满足生产换热需要。

3.3改进后运行效果

由于硼氢化钠项目以前技术不够成熟，做过一些优化改进，闲置一些设备。其中有一台换热面积为5 m2的列管式换热器，规格为Φ325×2 582，能够满足工艺及现场放置要求。冬夏环境温度相差很大，可以通过进入冷冻水阀门的开度大小来调整所需水箱的温度。

新增利旧换热器，可以满足生产上的要求，投入运行后罗茨水环真空泵运行良好。

4　结论

由已知工况条件，热系数K取1 000 W/(m2·℃)，求得对数平均温差为22.4 ℃，传热速率为19 250 W，考虑20%的面积裕度，计算出所需冷却器的换热面积为1.03 m2。

新增冷却器投入使用一年来，水箱温度能保持在25 ℃以下，罗茨水环真空泵几乎没出现真空度拉不起来或跳泵的情况，大大提高了生产的稳定性，减少了重复换水而造成的浪费。

随着科技的发展，新工艺的应用以及环保标准的提高，化工企业常需进行技术改造，不可避免地会拆除或新增一些设备，满足工艺要求的同时，可以考虑把闲置的设备加以利用，节省设备成本、提高设备的利用率。

2016-06-28

王新兵(1983-)，男，工程师，从事化工生产技术改造、分离过程的研究工作，电话：15895596233。

TQ051.61

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1003-3467(2016)10-0043-02