板式换热器在氯碱工艺生产中的应用

周舒 顾涛 新疆圣雄氯碱有限公司

氯碱生产是一种高能耗的产业。近年来，随着氯碱厂生产规模的日益扩大，总能耗也越来越多。由于换热器的能耗和投资占烧碱的成本较高，因此应用新型的换热器在氯碱企业的扩建中显得越来越重要。板式换热器是一种结构紧凑、性能高效的换热设备。与列管换热器相比：它占地面积只相当于列管换热器的20%左右。由于增加扰动，强化了传热，传热效率提高了4～5倍。它组装灵活，热损失小，不需要保温层，同时质量轻，拆卸、检修方便，广泛应用于各种工业生产中。随着氯碱厂生产规模的日益扩大，总能耗也越来越多。由于换热器的能耗和投资占烧碱的成本较高，因此应用新型的换热器在氯碱企业的扩建中显得越来越重要。

一、工作原理及性能对比

在板式换热器中，板片是传热元件，悬挂在导杆上，板片上面还贴有密封垫片，板片按设计要求组装后压紧。流体在板式换热器内的流动，是通过板片上的角孔进入板片通道，冷热流体间达到换热的作用。普通的板式换热器主要用于无相变的换热场合，还有冷凝式板式换热器用于气体冷凝，以及耐压较高的焊接式板式换热器。

板式换热器与管壳式换热器的性能对比见表1。

二、氯碱厂工序分析

（一）硅整流工序

硅整流工序的两种换热器均属于液液换热。其中变压器的油冷却器可使用铝黄铜板片材质、耐油丁腈橡胶垫片的板式换热器；整流柜的纯水冷却器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材质、丁腈橡胶垫片的板式换热器。

（二）盐水工序

盐水预热器属于气液换热，同时由于盐水介质电化学腐蚀的存在，板片材质必须使用1Cr18Ni9Ti以上奥氏体不锈钢，垫片为丁腈橡胶的冷凝式板式换热器。

（三）氯气处理工序

在氯气处理工序中，钛管冷却器板片可使用TA2钛材材质，由于湿氯气的化学腐蚀较重，所以选用耐氧化的三元乙丙橡胶垫片，同时有氯水的冷凝，必须使用冷凝式板式换热器；同样氯水冷却器可使用板片材质为TA2、垫片为三元乙丙橡胶的板式换热器；纳氏泵的循环酸、各塔循环酸换热器板片可使用耐浓硫酸和氯气腐蚀的哈式合金C-276材质以及氟橡胶垫片。

（四）液氯工序

在液氯工序中，无论使用氨制冷还是使用氟里昂制冷，制冷剂的液化均可使用板片材质为1Cr18Ni9Ti的板式换热器，由于压缩后的气体压力较高，所以此板式换热器必须选用焊接式的，虽然板片无法拆检，但由于介质腐蚀性较弱，使用寿命仍可达8年以上。氯气液化器可使用板片材质为1Cr18Ni9Ti的冷凝式板式换热器、其垫片同钛管冷却器一样选用三元乙丙橡胶。

（五）电解工序

由于电解液的腐蚀包括氯离子的孔蚀、碱脆和电化学腐蚀，因此电解液预热器必须使用1Cr18Ni9Ti或Mo2Ti的奥氏体不锈钢板片材质、垫片选用耐强碱的丁基橡胶。

表1 板式换热器与管壳式换热器的性能对比

三、工艺实施过程注意事项

1.当换热介质中含有固体颗粒、纤维状物质时，例如一次水或循环水，应当在换热器前面安装过滤器。

2.板式换热器投入使用时，应缓慢打开高温介质入口阀门，使其充满高温侧板程，然后再打开低温介质的入口阀门。严禁压力、温度急剧变化。

3.通过分析介质成分或判断压力变化情况，发现有两种介质相串通的现象时，应立即停车，查出并更换损坏的板片。

4.严格控制使用温度与压力在允许值以下，否则会加速密封垫的老化，造成严重泄漏等情况。

5.检查发现换热板束泄漏时，应做好标记，以便设备拆开后，迅速查出损坏的板片和密封垫片，换上新的换热板片和密封垫片。

6.开始运行时，发现换热器冷热不均，应先检查换热器内是否有空气没放干净，然后检查换热板片是否加错，通道是否堵塞，并采取相应的有效措施进行处理。

7.板式换热器停车时，应缓慢关闭低温介质入口阀门，随即缓慢关闭高温介质入口阀门，然后关闭低温介质的出口阀门，再关闭高温介质的出口阀门。禁止压力、温度发生急剧变化。

四、设备改造升级及维修

（一）设备改造升级

随着时间的推移，新工艺、新技术的出现，以及对原设计局部的优化都要求对原有设备进行材质或能力改造升级，所以设备改造类项目数量较多。设备改造升级类项目主要集中在换热器材质升级、管线及储罐材质升级等方面。比如氯气压缩机段间换热器材质升级为铜镍合金，脱氯单元换热器材质升级为钛钯合金，盐水储罐由碳钢衬胶改为玻璃钢材质，电解槽阴极出口非金属管线升级为镍管线，电解槽阳极出口非金属管线升级为钛管线等。

氯气压缩机的段间换热器，作用是降低氯气各级压缩后的温度，原设计材质为碳钢，结构为管壳式。氯气压缩机经过10年左右的运行，检修时发现部分碳钢列管存在明显的减薄，为了防止发生泄漏后干氯气与循环水接触，对设备造成腐蚀，决定对段间换热器进行材质升级。改造升级方案分为2种：（1）将列管升级为铜镍合金材质，优点是材质性能好、寿命长，缺点是价格昂贵、制造周期长；（2）采用碳钢涂刷环氧防腐涂层，优点是价格便宜、制造周期短，缺点是涂层对换热效果有轻微影响，且有脱落风险。

经过综合考虑，最终分2批次对9台段间换热器进行了更换，其中4台段间换热器升级为铜镍合金，5台段间换热器变更为碳钢加环氧防腐涂层。其中铜镍合金运行后换热效果良好，设备无明显减薄。碳钢加环氧防腐涂层换热器刚在2019年6月更换，目前换热效果良好，涂层牢固性有待持续跟踪。盐水工序的储罐最初设计多是碳钢衬胶材质，但是多年运行后，经常出现衬胶脱落、碳钢腐蚀泄漏等问题，每年检修都须花费大量人力、物力进行清理储罐、补焊漏点、修补衬胶。为了集中解决这一问题，乐金渤海逐年将旧储罐更换成为玻璃钢材质的储罐，现在已经完成一次盐水储罐、二次盐水储罐、返回盐水储罐的更换，综合运行情况良好，有效减少了钢衬胶年年修补的问题。

（二）设备维修

当板式换热器拆检清洗后或板片、垫片损坏时，应进行维修。（1）板式换热器在拆卸前，应测量板束的压紧长度尺寸，以便在重装时使用。（2）密封垫片若粘在两板片间的沟槽内，应小心地用工具从易剥离的部位插入，然后沿其周边进行剥离，切不可损坏板片和密封垫片。（3）检查换热板片是否有穿孔情况，一般用放大镜检查。奥氏体不锈钢板片可先用磁铁粗检，再用放大镜检查。（4）如果发现介质出入口及通道内有杂物积累，则说明过滤器失效，应及时清扫过滤器。（5）换热板片结疤时，切忌用钢丝刷子来洗刷，尤其是不锈钢板片，以防止加速板片的腐蚀。（6）拆卸氯气处理的钛材板片时，严禁与明火接触，以防氧化。（7）检查密封垫片是否有老化、裂纹等缺陷，禁止用硬的物品在表面上乱划。（8）板式换热器的一个板片损坏而无备件时，可将此板片和相邻的板片同时取下，再拧紧夹紧螺栓。（9）板片组装时，可用刷子将密封胶涂在板片的沟槽内，然后压入密封垫片，最后把板片组装起来即可。

五、结语

板式换热器是一种结构紧凑、高效的新型换热设备。在氯碱生产中应用新型的板式换热器，占地面积比列管换热器减少80%，投资降低50%～70%，传热效率提高了400%～500%。由于选用的材质较好，使用中只要按规程操作就可以保证氯碱装置安全长周期运行。同时板式换热器质量轻，换热器外不需要保温。在使用中如果阻力增大或结垢，清洗比较容易。板片损坏或密封垫片泄漏时，拆卸、检修也比较方便。因此在氯碱生产中应尽可能选用板式换热器。