膜法除硝冷冻单元技术改造

骆玉锟

(山东鲁泰化学有限公司，山东 济宁 272345)

1 冷冻单元改造背景

除硝冷冻单元采用氟利昂通过蒸发器直接冷冻盐水的工艺，蒸发器在使用过程中极易堵塞列管，每天须轮换冲洗6次蒸发器以提高其换热效率。冲洗1台蒸发器至少耗时0.5 h，并且冲洗水温度在30 ℃以上，而蒸发器的运行温度在-6 ℃左右，巨大的温差造成冷冻单元温度频繁波动，而且蒸发器列管焊缝出现裂缝，氟利昂外漏[1]。

2 冷冻单元现有设备及生产能力

目前鲁泰化学除硝冷冻单元有冷冻机组2台，电动机功率500 kW，1开1备。主要设备如下：蒸发器5台，S=180 m2,换热管252根；预冷器2台，1台S=31.9 m2，1台S=25.3 m2；冷冻循环泵5台，Q=145 m3/h，H=35 m；贫硝盐水泵1台,Q=50 m3/h，H=30 m；硝浆进料泵4台，Q=6.5 m3/h，H=35 m；回收母液泵1台,Q=10 m3/h，H=30 m。

3 改造方案

(1)改蒸发器为列管换热器：根据冷量的需要对除硝冷冻单元5台蒸发器中的3台进行改造，其中单台换热面积为180 m2，除硝冷冻单元蒸发器A、B、C与R-22管路断开，拆除蒸发器A、B、C上部R-22汽化储槽，改蒸发器为列管换热器。

(2)冷媒采用低温氯化钙盐水，该低温盐水由山东鲁泰化学有限公司公用工程车间提供，温度为-28 ℃。

(3)增加1台-15 ℃氯化钙盐水罐，在-15 ℃氯化钙盐水罐进口增设1台列管式换热器(换热面积100 m2)，换热器进口氯化钙盐水温度-28 ℃，流量120 m3/h；-28 ℃氯化钙盐水进口安装自控调节阀，控制进入盐水罐的氯化钙盐水在-15 ℃左右。 -15 ℃氯化钙盐水罐出口增加2台变频输送泵(流量150 m3/h,扬程45 m,l开1备)，为脱硝冷冻单元提供冷媒。

(4)-15 ℃氯化钙盐水与富硝氯化钠盐水换热。将-15 ℃氯化钙盐水送至除硝冷冻单元，-15 ℃氯化钙盐水管道与原氟利昂管道连接，换热器壳程介质-15 ℃氯化钙盐水，管程介质仍为富硝盐水。-15 ℃氯化钙盐水从换热器底部进、顶部出，采用换热器A、B、C 3台并联的形式。

(5)除硝冷冻单元-15 ℃氯化钙盐水进口管道安装DN150不锈钢自控阀门，调节氯化钙盐水流量，以控制富硝氯化钠盐水出水温度(-5～0 ℃)，减少冷量浪费，同时实现除硝系统的稳定运行。在自控阀后安装1个热电阻测温器，检测进口氯化钙盐水温度；在氯化钙盐水进入换热器前增加1台Y形过滤器，防止杂质堵塞列管。为方便换热器冲洗时切断冷媒，单台换热器-15 ℃氯化钙盐水进出口各增加1个DN100气动阀，共需6个DN100自控阀。

(6)富硝盐水在密度为1.13～1.14 kg/L时，结晶点为-11.4～-10.2 ℃，为保证富硝盐水在蒸发器内不凝固，应确保盐水进入换热器前的温度在-12 ℃以上[2]。

氯化钙盐水上水(压力≥0.4 MPa)温度-15～-12 ℃，回水至冷冻工段盐水箱，温度-6～-3 ℃。

改造后除硝冷冻单元工艺流程如图1所示。

图1 改造后除硝冷冻单元工艺流程简图Fig.1 Diagram of improved process flow of freezing unit for sulfate removal

4 改造后运行效果

4.1 换热器冲洗频次大幅降低

改造前，蒸发器冲洗频次为1次/(4 h)；改造后，换热器冲洗频次为1次/(24 h)，有效降低了操作人员的工作强度，并缓解了换热器热胀冷缩对内部管程的影响。

4.2 冷冻单元温度趋于稳定

改造前，冲洗蒸发器时冷冻单元温度上升2 ℃以上；改造后，温度上升1 ℃以下，稳定了冷冻单元温度系统，有效保障了盐水除硝量，保证了盐水质量。

4.3 检修成本大幅降低

除硝冷冻单元自改造完成至今，冷冻系统各项参数均正常，运行成本大大降低。原消耗氟利昂约16 t/a，氟利昂价格以2.5万元/t计，可降低运行成本：16×2.5=40(万元/a)。

4.4 盐水系统硫酸根含量大幅降低

工艺改造前，由于冷冻效果不佳，盐水系统中硫酸根质量浓度基本保持在4～5 g/L；改造后，盐水系统中硫酸根质量浓度最低降到3 g/L，且至今稳定在3～4 g/L，系统中硫酸根质量浓度下降约1.5 g/L，有效保证了盐水质量和离子膜的使用寿命。

5 结语

除硝冷冻单元改造后，系统中硫酸根的含量明显下降且温度更稳定，大大降低了装置的运行成本。延长了除硝冷冻单元设备的使用寿命，对实现企业节能降耗、清洁生产具有积极意义。