寬間隙板式換熱器在擠壓造粒單元中的應用

摘要:寬間隙板式換熱器不僅具有普通板式換熱器傳熱效率高、結構緊湊的優點,而且還具有波紋深的特點,因此特別適用于含有纖維、粘稠或固體顆粒物料之間的換熱。以聚乙烯裝置擠壓造粒單元中切粒水換熱器為例,介紹了其結構特點和應用工藝,并與普通板式換熱器進行了比較,建議在此類工況下,積極推廣應用寬間隙板式換熱器。
    關鍵詞:板式換熱器;寬間隙;擠壓造粒單元;應用;結構;特點
    中圖分類號: TQ 051.5　　　　文獻標志碼: B
    擠壓造粒單元是聚乙烯裝置中的3個主要單元之一,切粒水冷卻器則是該單元的核心換熱設備[1]。切粒水換熱器通過回收切粒過程中產品的熱量,使切粒水循環使用,可有效降低冷卻過程中所需的脫鹽水消耗量。裝置規模越大,采用切粒水冷卻器的節能效果越顯著。
    切粒水工況具有處理量大、熱負荷高及固體顆粒含量大等特點,要求設備流通截面寬且不容易堵塞,以保證裝置連續正常運行。一般較窄間隙的板式換熱器很難滿足這些要求。寬間隙板式換熱器具有常規板式換熱器傳熱效率高、占地空間小的特點,同時又具有較大的板間距,可以保證裝置的連續運行,因此,國內外多采用寬間隙板式換熱器作為擠壓造粒單元換熱器[2~7]。
    1　切粒水冷卻器
    切粒水冷卻器通過循環冷卻水交換在造粒開車過程中切粒水所吸收的模板和顆粒的熱量[1],將切粒水溫度控制在工藝所需要的溫度范圍內。此換熱器設計壓力0.7 MPa,設計溫度90℃,熱介質為切粒水(脫鹽水),冷介質為循環水。熱介質中含懸浮物,其質量分數為0.1%,顆粒直徑為1 mm。
    切粒水冷卻器與常規水-水換熱器的明顯區別是其介質較為特殊。在循環過程中,熱側切粒水攜帶并且輸送顆粒,雖然經過篩分系統將水與顆粒分開,但是其中仍然含有大量的顆粒和纖維。設備運行過程中,固體顆粒會沉積在板片上,堵塞流道,影響傳熱效果。
    切粒水側用板片和循環水側用板片使用情況見圖1和圖2,可以看出,與切粒水接觸的一面板片波紋內聚集了大量固體物質,而與循環水接觸的另一面幾乎沒有污垢。由于介質原因造成的換熱器表面的垢層,會隨時間的推移越積越厚。如果流道寬,即使有垢層存在,流體也可以通過流道,因此可以延長設備的運行時間(即檢修周期長)。如果流道窄,隨著垢層的增加,流道會被堵死,設備無法運行,需要經常拆卸清洗。例如某裝置所用常規板式換熱器,通常2周就必須清洗1次。
                          
    由此可以看出,切粒水換熱器是操作工況比較苛刻的水-水換熱器,為了減少堵塞,延長設備的運行周期,要求板間隙大于15 mm。在現有的大型聚乙烯裝置中,首選寬間隙板式換熱器作為切粒水冷卻器。
    盡管寬間隙板式換熱器可以延長運行時間,但也必須定期清洗。為了不影響整套裝置的連續運行,切粒水冷卻器配置為一用一備,即1臺設備檢修時,另1臺設備通過閥門切換投入運行。在裝置負荷提高時,也可以2臺設備同時開啟,以提高裝置的操作彈性。
    2　寬間隙板式換熱器簡介
    板式換熱器是一種高效換熱器[2],波紋深度和波紋形式各不相同,由于常規板片間流通截面狹窄,水質不好形成水垢和污物沉積都容易造成板式換熱器堵塞[3]。常規板式換熱器和寬間隙板式換熱器的波紋深度和板間距對比見表1,從表1可以看出,寬間隙板式換熱器的板間距是常規板式換熱器板間距的2~3倍,特別適用于含有纖維、粘稠以及固體顆粒的介質換熱。寬間隙板式換熱器可以保證固體顆粒在其流道內自由流動,沒有堵塞,垢層聚集慢,通?？梢员ＷC系統連續運行2~3 a,極大地減少設備維修工作量。
               
    2.1 切粒水冷卻器處理量及基本參數
    不同裝置中切粒水冷卻器處理量對比見表2。以表2可以看出,不同規模裝置中,切粒水換熱器的設置均為2臺(1用1備),隨著裝置規模的加大,切粒水換熱器的流量也隨之加大,說明大型寬間隙板式換熱器適用于此工況。
            
    切粒水冷卻器基本參數見表3,從表3中可以看出該設備的設計壓力和溫度都不是很高。板式換熱器最高設計壓力為2.5 MPa,最高設計溫度為180℃,因此切粒水冷卻器所處工況比較適合選用板式換熱器。
            
    2.2　切粒水冷卻器板片選材
    切粒水冷卻器一側為顆粒水(脫鹽水),另一側為循環水,循環水溫度低于50℃,循環水中氯離子質量濃度為150 mg/L。對于水-水板式換熱器,其板片材質通常選用奧氏體不銹鋼,各材質耐Cl-腐蝕的數據見表4,由表4可以看出,316L在50℃能耐180 mg/L的Cl-,因此切粒水冷卻器板片材質選用316L。
          
    2.3　流道組合形式
    2.3.1　常規板式換熱器
    常規板式換熱器流道形式見圖3。板片是波紋形式,同一流道中板間距不斷變化,最寬板間距為2個波紋深度,最窄處為0,兩長板片的波峰相接觸,形成觸點。
                        
    2.3.2　

    4　結語
    寬間隙板式換熱器在擠壓造粒單元的成功應用,表明其完全能夠滿足該工況對傳熱、檢修等方面的要求,是性價比較合理的設備。在適合選用寬間隙板式換熱器的場合,如煉油、石化、制糖、酒精、乳膠、化纖、食品、造紙和余熱回收等行業使用該設備,從初期投入到節能降耗、檢修、維修等方面的經濟效益均非?？捎^,應用前景良好,建議在此類工況下推廣使用高效節能的寬間隙板式換熱器。