提高五效装置蒸发效率（张有贵）-提高五效装置蒸发效率

1提高五效装置蒸发效率张有贵（上海石油化工股份有限公司腈纶部200540）摘要：以腈纶事业部五效蒸发装置为实例，通过对其系统的余热利用，提高了系统进料的温度，节约了大量蒸汽；同时，提高了五效装置蒸发能力，使其汽、水比在同等情况下可提高2.4%。为企业创造了较好的经济效益，也为今后节能工作带来新的启发。关键词：蒸发、余热利用、换热器、节能。前言:腈纶事业部主要能耗为水、电、汽，其中蒸汽约占事业部产品综合能耗的64%，因此，减少蒸汽的消耗，可大幅降低事业部产品综合能耗。所以，我们重点抓住蒸汽耗量较大的五效蒸发装置（SPC—Ⅲ）设备进行技术改造，提高五效蒸发装置蒸发效率，达到了节能降耗目的。一、利用系统余热提高进料温度可行性探讨五效蒸发装置（SPC—Ⅲ）是从美国进口的设备，五效蒸发装置的系统工艺流程见下图:图一五效蒸发装置工艺流程图其一次加热蒸汽进入一效蒸发器内，通过换热来加热从纺丝装置送来的浓度约12%的硫氢酸钠（NaSCN）稀溶液，二次蒸汽分别经二效、三效、四效、五效几次加热，其中一至四效的大部分二次蒸汽的蒸发冷凝水送往冷凝水汇集槽，而从第五效排出的蒸发冷凝水，经743#换热后送往污水站；从一效蒸发器内排出的一次蒸汽的冷凝水经7031#换热器后排放。但7031#换热器出口的2蒸汽冷凝水的温度一般均在100℃至105℃之间，原系统设计中并没有对这部分蒸汽冷凝水的热量进行再利用，而是直接将这部分冷凝水排送到回水泵房。如果我们能将这部分热量充分加以利用，加热进入五效蒸发装置的浓度约12%的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液，提高其系统的进料温度，则既可提高五效蒸发装置的蒸发效率，又可节约蒸汽用量降低纤维产品的生产成本。1、五效蒸发装置系统现状五效蒸发装置的一次蒸汽冷凝水经7031#换热器热交换后，其温度约为T=100℃左右，最高流量QMAX=36t/hr，压力P=0.3MPa，直接进入回水泵房后(见图一中的虚线部分走向)，被送往南装置作水洗水(替代纯水)使用，但因其温度高出南装置所需的水洗温度(55℃)，需加入大量纯水降到适合的温度时才能使用。若能将五效蒸发装置一次蒸汽冷凝水的中热能用来预热进入第四效的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液（系统为错序进料），对于提高五效蒸发效率，节约蒸汽，减少纯水补充量都能产生较好效果。2、系统余热利用的可行性分析2.1系统进料温度的理论计算:原系统中对热能的综合利用设计时就考虑的比较合理，特别是第五效出口浓度为52%的硫氢酸钠(NaSCN)浓溶液温度较高，必须降温后才能进入下道工序使用，所以，将温度较低、浓度为12%的硫氢酸钠(NaSCN)稀溶液经710#与系统出料浓度为52%的浓硫氢酸钠(NaSCN)溶液进行热交换后，进入系统时的温度为38℃至42℃，而另一路进料经743#换热后其出口处的硫氢酸钠稀溶液温度为68℃至73℃，当743#和710#出口稀溶液合并后，T点的温度为61℃至62℃。若利用五效蒸发装置一次蒸汽冷凝水的热能对从710#出来的硫氢酸钠稀溶液再次换热，提高其温度，假设热交换是在绝热情况下进行，则根据热平衡公式计算如下：Q1=Q2C1×J1×ρ1×△T1=C2×J2×ρ2×△T2=1×36×1×(100–T1)=0.78×50×1.06×(T1-42)所以T1=69℃Q1：蒸汽冷凝水可释放的热量；Q2：硫氢酸钠稀溶液可吸收的热量C1：冷凝水比热1kcal/kg.℃；C2：NaSCN稀溶液比热0.78kcal/kg.℃J1：蒸汽冷凝水流量36m3/h；J2：经过710#的稀溶液流量50m3/hρ1：冷凝水比重1.0kg/dm3ρ2：NaSCN稀溶液比重1.06kg/dm3若按7031#出口蒸汽冷凝水温度以100℃计算，则理论上可将进入第四效的硫氢酸钠稀溶液的温度可从61℃提高到69℃，即743#、710#出口合并后T点的温度由61℃提高到69℃，净提高8℃。同时，由于系统的进料温度提高了，从而提高五效蒸发速率，也提高了其汽、水比(即蒸发出的水分与所用蒸汽量之比)，达到提高五效装置蒸发效率的效果。2.2五效装置蒸发装置余热利用的工艺流程：因换热需要加装一台板片式换热器，称之为7035A。考虑到710#出口处的NaSCN稀溶液温度比743#出口温度低的多，因此，对710#出口料液加热，其换热效果会更好；另外，7035A安装3在710#与7035#之间，并附设旁通管路，若7035A有故障需处理，只要隔离7035A，打开旁通，恢复原运行方式即可。加装7035A换热器的工艺流程见图一中的实线走向。2.3加装7035A板片式换热器的换热面积计算按平均温差法计算：式中：A-换热面积Q-换热量ΔΤm-平均温差K-板片式换热器的经验总传热系数表一：板片式换热器的经验总传热系数K值物料水—水水蒸汽—油水蒸汽—水气—水K（w/m2*℃）2900—4650870—930800—100028—58平均温差法的求解通常采用修正逆流情况下对数平均温差ΔΤ的办法。ΔΤmax、ΔΤmin分别为逆流时端部的最大或最小温差。=29（℃）K取值（由表一查得）为：900（w/m2.℃）已知：NaSCN稀溶液比热为0.78kcal/kg.℃，比重为1.06kg/dm3，710#出口流量50m3/hr，进料温度从42℃提高至69℃。则：Q=C2×J2×ρ2×△T2=0.78×50×1000×1.06×（69-40）=1116180(Kca/hr)=1.11618(百万大卡/hr)因1kcal/hr=1.163w所以：=49.74（m2）所以，要加装的7035A板片式换热器的换热面积为50m2。2.4对可能出现问题的分析、论证a、加装7035A换热器后，进入第四效料液的温度提高了，对一效至五效的热平衡可能带来影响，需要进行工艺调节，因SPC—Ⅲ装置对料液温度、液位、压力（负压）均为系统自动控制，故一旦建立新的平衡后，一效至五效的液位、温度均应能处于受控状态。b、进入第四效的料液温度提高后，各效内被蒸发料液的浓度可能会发生变化，因五效BPE（含有可溶固体溶液的沸点升高）因温度受控，所以，一旦新的平衡建立后，各效内料液浓度也应能mKQA)ln(MINMAXMINMAX)4269()69100(ln)4269()69100(mKQA29900163.11011618.164受控，且第五效出料浓度不会受到影响。c、增加一台板片式换热器后，背压增加0.1MPa，进料泵702#泵（610槽出口处）目前泵压为0.55MPa，且开启部分回流阀，而702#泵的设计能力可达到0.8MPa，因此，不会影响系统进料。经过上述论证，证明了利用五效装置系统蒸汽冷凝水的热能，提高进料温度的方案是完全可行的。二、项目实施后的效果和效益分析2.1项目实施后提高了进料温度加装7035A换热器投入运行后，进入第四效料液的温度长期被控制在69℃至71℃，最高时达到72℃，即743#、710#出口汇合处T点料掖的温度由61℃提高到69℃至71℃，至少提高了8℃。因已知进入第四效稀溶液流量为150m3/hr，每吨蒸汽的热值为0.73百万大卡,按进料温度提高8℃计算,实际可节约热能为：Q=C2XJ2×P2×ΔT2=0.78×150×1000×1.06X8=992.16×1000kcal/hr=0.992（百万大卡/hr）可节约蒸汽：0.992/0.73=1.36吨/hr，则每天可节约蒸汽32.6吨，折金额为每天节约：32.6×73.2=2387（元）全年五效蒸发装置以350天运行计算，则效益为：2387X350=83.6（万元/年）若按进料温度提高11℃计算，则年经济效益为114.95万元/年,而本项目的实际投资费用仅为31万元。2.2提高了五效蒸发效率新增加的7035A换热器于2000年11月7日13：43开始投用后，由于进料温度的提高，不但降低了蒸汽消耗量，同时也提高其汽、水比，从而达了到提高五效装置蒸发效率之目的。有关系统改造前后的统计数据（根据DCS记录），见表二。表二2000年11月1日到14日五效蒸发装置物料量统计表时间改造前平均物料量时间改造后平均物料量1—7日进料量：151.6m3/hr8—14日进料量：154.2m3/hr1—7日出料量：30.6m3/hr8—14日出料量：30.8m3/hr1—7日蒸汽量：26.8m3/hr8—14日蒸汽量：26.7m3/hr1—7日馏出液量：120.9m3/hr8—14日馏出液量：123.4m3/hr1—7日馏出液量/蒸汽量：4.51m3/hr8—14日馏出液量/蒸汽量：4.62m3/hr从上述数据可知，改造项目投运前1至7日的汽水比为4.51，项目投运后8至14日汽水比为4.62，SPC—Ⅲ装置汽、水比提高2.44%。5图二汽水比对比图2.3减缓了五效装置蒸发效率衰减速率由于五效蒸发设备随着使用时间的增加，蒸发设备内壁上粘附的低聚物也会逐渐增加，系统的蒸发效率必然会逐步降低。汽、水比将会逐渐减小。根据1999年10月至2000年10月（技术改造前）和2000年11月至2001年11月（技术改造后）的记录数据，五效蒸发装置的汽、水比趋势分别如下图所示：(图中一至十二为设备使用时间,单位为月)：月数一二三四五六七八九十十一十二原汽水比4.514.474.404.364.344.304.244.2174.184.134.094.05现汽水比4.624.604.594.574.554.534.504.514.494.474.464.44汽水比趋势对比图3.73.83.944.14.24.34.44.54.64.7一二三四五六七八九十十一十二原汽水比现汽水比图二项目实施前后的汽水比趋势对比图从图中可以看出，技术改造后，当系统蒸发效率下降时，因系统排放的蒸汽冷凝水（也就是进入7035A的热介质）的温度也会越来越高，因而使通过7035A而进入系统被蒸发的硫氢酸钠（NaSCN）稀溶液的温度也相应提高，所以减缓了系统蒸发效率衰减速率即汽、水比下降速率。三、结论1、利用五效蒸发装置的系统余热，将进入系统的物料温度由61℃提高到69℃.经过一年多的运行，系统运行情况非常好；同时，由于装置的进料温度提高，因而提高了五效蒸发装置的蒸发效率。2、减缓了系统蒸发效率衰减速率即汽水比下降速率。3、该技措造项目为同类装置设备提供了降低能耗的极好参考价值。4、通过对五效蒸发装置余热利用的探讨与实施，我们从中也得到一些启发，即在生产系统中，有些用能设备包括进口设备，在设计、使用过程中，对于充分进行能源合利用方面的考虑并不一定都很完善。因此，我们要通过不断学习和探索，在进一步提高装置、设备能源利用率方面多下功夫，为企业降本增效多作努力。