板式冷却器在磷铵产品冷却中的应用

潘自立，廖国刚，邓永达

（瓮福（集团）有限责任公司，贵州 福泉 550501）

0 引言

瓮福（集团）有限责任公司瓮福化工公司（以下简称公司）1 200 kt/a磷酸二铵装置前身为重过磷酸钙装置，由于重过磷酸钙市场疲软，公司将该装置改建为磷酸二铵生产装置，于2000年9月完成改造并试车投产，主要采用预中和加管式反应器的粘合法工艺生产磷酸二铵，后由于产品外观质量等因素于2012年改用管式反应器加管式反应器（简称双管反）生产工艺。但投产以来，由于装置洗涤系统是按照重过磷酸钙生产工艺进行设计安装的，存在局部设计安装缺陷；再加上传统冷却流化床不能满足磷铵产品冷却工艺要求，导致产品堆存、包装温度过高，容易出现局部结块、泛白现象。为此必须选用新型冷却设备来代替传统冷却流化床，将产品温度降低到合适范围，消除结块和泛白现象，保证产品流动性和外观质量。目前公司引进加拿大SOLEX（夏勒）公司板式冷却器2台，板式冷却器能够满足磷铵产品冷却工艺要求。现将板式冷却器工作原理、工艺条件、操作注意事项、容易出现的问题、换热能力相关计算等简要介绍如下。

1 板式冷却器的工作原理

板式冷却器是将薄金属板压制成具有一定形状的换热板片，然后叠装，用夹板、螺栓紧固而成的一种换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，工作流体在窄小而曲折的通道中流过，中间有隔层板片将冷热流体分开，并通过此板片进行换热［1］。

2 板式冷却器换热能力计算

2.1 夏季常规工况

已知数据（按夏季平均计算）：磷酸二铵A系列产品进口温度95 ℃，出口温度55 ℃；冷却水进口温度32 ℃（年平均温度为25 ℃），出口温度50 ℃，产量70 t/h，传热系数K=117.152 kJ/（m2·K），磷酸二铵比热cp=1.498 kJ/（kg·℃）；平均传热温差Δt=33 ℃。

热量Q=4 194 400 kJ/h，循环水量qV=56 m3/h，换热面积A=Q/KΔt=4 194 400÷（117.152×33）m2≈1 085 m2。设备实际面积为1 000 m2，即基本能实现55 ℃的产品冷却温度。

2.2 大风量（造粒、干燥系统风机能力加大）后夏季计算

已知数据（按夏季平均计算）：磷酸二铵A系列产品进口温度85 ℃，出口温度55 ℃；冷却水进口温度32 ℃（年平均温度为25 ℃），出口温度50 ℃，产量70 t/h，传热系数K=117.152 kJ/（m2·K），磷酸二铵比热cp=1.498 kJ/（kg·℃）；平均传热温差Δt=28.5 ℃。热量Q=3 145 800 kJ/h，循环水量qV=42 m3/h，换热面积A=Q/KΔt=942 m2。设备实际面积为1 000 m2，即夏季干燥风机大风量情况下能实现产品冷却温度55 ℃。

通过计算可以看出，板式冷却器能保证产品温度控制在60 ℃以内，满足产品防护需求。使用后冷却效果良好，极大发挥了设备结构紧凑、占地面积小、换热能力稳定、运动部件少、动力消耗低、无风无尘等优势。实现了夏季55 ℃、冬季45 ℃的冷却效果，甚至板式冷却器一开一备运行即可实现冬季55 ℃的冷却效果。

3 生产工艺控制

3.1 板式冷却器操作

投运板式冷却器前先启动干空气鼓风机，将板冷组凝结的水珠吹干，防止物料黏结传热板组，且将板式冷却器出料气动阀关闭。投料试车时，必须先通过观察孔找出出料气动阀最小行程，即板式冷却器能够均匀出料时出料气动阀的最小开度，便于迅速累积料位。待板式冷却器有料位显示后，开启冷却器进出循环水降温，根据包裹筒出口物料温度调节循环水进水流量。循环水进水温度设定为32 ℃，回水温度控制在45 ℃以上。循环水压力为0.4～0.6 MPa，最高不能超过0.7 MPa。因此板式冷却器回水阀要求全开，防止憋压损坏板冷组。停车1 h以上，必须将板式冷却器放空，防止物料在冷却器内结块堵塞。板式冷却器进料电动阀切换到位后，必须按下停止按钮，防止电机长时间运行，损坏液压系统。凉水塔降温冷却水需用蒸汽冷凝液进行补充置换，防止冷却水自蒸发盐化，腐蚀凉水塔，若无冷凝液就用工艺水补充置换。板式冷却器停车，必须关闭板式冷却器进水阀，冬天停车还需将板式冷却器板冷组循环水排空，防止其结冰损坏。

3.2 工艺控制参数

进料温度，85～100 ℃；出料温度，50～60 ℃；产品设计能力，40 000 kg/h；系统设计，三板组；冷却介质，水；冷却水氯离子质量分数，≤0.005%；进水温度，28～35 ℃；出水温度，45～50 ℃；冷却水流量，30 000 kg/h；最大流量总压力，100 kPa；运行干空气注入，2 000 m3/h；起始干空气注入，500 m3/h；注入干空气压力，10 kPa；泄压阀压力设定，700 kPa。

3.3 常见问题处置

（1）板冷组冷却片之间容易积料结垢，影响冷却效果。停车时及时排空冷却器内物料，控制好回水温度，定时清理。（2）板式冷却器气动卸料阀开度与料位计给定值不成线性关系，导致板式冷却器出料不稳定。联系厂家调校卸料阀机械部分，联系仪表工程师调节PID参数。（3）板式冷却器出料温度波动大。根据温度变化调节循环冷却水进水流量。（4）板冷组间冷却水连接水管冬天易冻裂。停车时及时排空冷却器循环冷却水。（5）板式冷却器料位计导波杆易断。对料位计导波杆进行加固或重新选型。

3.4 配套凉水塔操作

板式冷却器进水温度控制（即循环水出水温度）：理论上按高于当时露点温度10 ℃设置，实际操作中按当月最高气温加10 ℃设置，但最高水温不得超过32 ℃。

板式冷却器出水温度控制（即循环水回水温度）：任何情况下，冷却器出水温度不得低于45 ℃；原则上进出水温差必须大于25 ℃（各个地方可根据空气湿度和最高温度探索一下15 ℃能否保证板冷组不结疤）。

系统压力控制：系统核心设备压力原则上按小于0.6 MPa控制；因核心设备是板式冷却器，并是进水阀门控制操作，其压力经常为0.05～0.2 MPa。所以重点是防止压力过低，系统不能有效排气。现场真正控制水温后不必考虑压力偏高问题，并已设置了安全阀。

4 结束语

项目技改增加板式冷却器后已成功运行，进入包裹筒的产品温度从85～95 ℃降到50～60 ℃，降低了磷铵产品结块、泛白风险，且板式冷却器运行成本比传统流化床运行成本低。不过也一定程度暴露了目前板式冷却器余量不足的问题，夏季产品温度将在55 ℃左右运行。必须更严格进行循环水温度管理，精心操作，尽量避免物料黏结换热器板冷组，最大限度发挥板式冷却器热交换效率。