降膜管的国产优化设计

东娟 罗耿波 霍沛君

摘 要：文章就降膜蒸发器的损坏原因进行了分析，从材质、结构上进行了优化和改进。

关键词：降膜蒸发器；降膜管；优化设计；改进

1 前言

降膜管是生产片碱的重要设备之一，国外进口的降膜管一般可用三年以上，而我们设计制造的降膜管一般生产周期为一年左右，最短的四个月，最长的一年八个月，针对这种情况，我们结合用户让我们修理的破损的降膜管，从原理上进行了分析，对材质、结构进行了优化设计和改进。

2 结构原理

降膜管均由两层套管组成，外层走熔盐，内层走碱液，两种液体逆流进行传热。碱液从分配器进入每根降膜管后，受到夹套熔盐的加热，碱液沸腾，浓缩蒸发。然后经底部汇总管至气液分离器进行分离。

3 降膜蒸发器损坏原因分析

3.1在降膜管检查中，我们发现降膜管底部腐蚀情况比较严重，有粉末状物质粘附在降膜管内壁，用户介绍其使用的其它降膜管的泄漏也是发生在这一位置，所用材料为Ni99.0，相当于国产的N6，我们认为这是镍在高温下腐蚀引起的，N6镍中（Ni+Co）>99.5%，（C）>0.1%，其在325℃-435℃高温下，碳会在晶粒边界上析出成石墨状态，因而使镍的机械性能变坏、发脆、韧性下降。当（C）≤0.02%时，不超过碳在镍中的溶解度，高温下不会有碳在晶粒边界上析出。因此，采用N6工业纯镍作降膜管不是很适宜。

3.2 膨胀节腐蚀、破损严重，波形失真。

膨胀节材质为低合金钢，夹套内熔盐的温度一般在在450°，低合金钢425°长期使用的情况下，会有石墨化倾向，导致膨胀节变脆，失去补偿功能，降膜管补偿量不够造成降膜管变形损坏。

3.3 分配器碱进口碱液的均匀程度对降膜管影响很大，如进液不均匀，易使降膜管内液膜太薄或形成干壁区，由于其与非干壁区温差很大，在应力的作用下易造成降膜管变形损坏。

3.4 据用户介绍，在片碱生产中，有时片碱浓度达不到规定要求，可以通过提高熔熔盐温度来实现。如熔盐温度过高，会引起熔盐的分解，不但使膨胀节因补偿量的增大而变形失效，也使夹套材质變形失效。用户提供的破损的降膜管夹套材质为ST37.8/Gr1钢管，德国的材料牌号，相当于国产的10# 钢管，使用温度为450°，基本已达到其允许使用温度上限（475°），一旦超温使用，应力值严重下降，从而引起降膜管的变形损坏。

3.5 设备主法兰为板式活套法兰，刚性较差，在高温作用下变形、翘曲，不能保证密封性能。

4 降膜管的改进

4.1 对降膜管材质进行改进。根据现行的JB/T4756-2006 标准，300℃以上N6已无强度计算数据，在高温下N5更为合适。因此降膜管内筒材质改为国产低碳镍N5。

4.2 对原膨胀节进行改进。针对原膨胀节存在的问题.我们对补偿量做了适当增加。膨胀节由上海永鑫波纹管公司提供，膨胀节5（0.3X5）层10波，位移保证21mm。材质由低合金钢改为补偿功能更好的不锈钢。

4.3分配器碱进口处增加环形挡板，以提高碱液的均匀分配程度，减少干壁现象的产生。见图1。

图1

4.4 在熔盐进口处增设锥形挡板，以减少熔盐对降膜管的影响。如图2。

图2

4.5 走熔盐介质的夹套材质改为不锈钢，其使用温度上限为700℃，弹性模量，线胀系数均较10#钢管有较大的提高。

4.6 在夹套管外表冲压凹槽，每隔90mm旋转90°，槽底与内筒管间隙1.5 mm.主要用来防止降膜管夹套堵塞，同时增加熔盐湍流，提高热交换能力。

图3

4.7 设备主法兰由板式活套法兰改为带颈活套法兰，增加刚性，防止变形，而影响密封性能。

4.8 在与用户的交流沟通及降膜蒸发的成膜原理中我们知道，降膜管垂直度对成膜的均匀有较大影响，如果不垂直，碱液在管内会形成偏流，导致膜厚薄不均，甚至出现断流的现象，从而引起降膜管的变形损坏。因此增加降膜管的技术要求，对其内筒与安装基面提出垂直度要求。

5 结束语

虽然作设备的结构设计，但了解降膜蒸发器的工艺流程，蒸发原理，成膜条件，对其优化设计具有重要作用。同时与用户的交流沟通，对其使用情况的了解，对其优化设计也具有重要作用。

参考文献

[1]李学斌.影响降膜蒸发器中成膜原因分析[J].氯碱工业，2001，6：18-19.

[2]GB16749-97.压力容器波形膨胀节[S].

[3]HG20580-98.钢制化工容器强度计算规定[S].

[4]GB150-98.钢制压力容器[S].