韓景康,劉振

(德州實華化工有限公司，山東 德州 253000)

德州實華化工有限公司(以下簡稱德州實華)在懸浮法PVC生產(chǎn)過程中采用了中溫去離子水(30 ℃)和高溫去離子水(150 ℃)混合進料工藝，高溫去離子水加入量由程序根據(jù)熱量衡算進行控制。這種進料方式無須夾套升溫就能使釜溫達到預定溫度，減少了聚合釜夾套升溫的步驟, 縮短了進料時間以及升溫時間，提高了聚合釜的生產(chǎn)強度[1]。其中高溫去離子水需要進行升溫操作，工藝人員對熱水升溫系統(tǒng)進行了持續(xù)改進，新工藝在保證水質(zhì)的同時，還達到了節(jié)能降耗的目的。

1 4種升溫工藝流程及優(yōu)缺點

進入聚合界區(qū)的去離子水經(jīng)脫氧塔脫氧后,一部分由純水脫氣泵送至冷純水儲槽，另一部分經(jīng)純水預熱器(利用低壓蒸汽)預熱后送至熱水儲槽。熱水罐內(nèi)的純水加壓至0.4 MPa，再經(jīng)換熱器與高壓蒸汽進行換熱升溫，加熱至配方設定溫度(SG7型130 ℃，SG8型150 ℃)。德州實華對熱水升溫系統(tǒng)進行了持續(xù)優(yōu)化，先后采用板式換熱器、螺旋板式換熱器、列管換熱器和浸沒式混合器加熱去離子水，現(xiàn)介紹各升溫工藝的優(yōu)缺點。

1.1 板式換熱器

熱水罐液位達到70%后，在涂釜開始時程序根據(jù)配方設定好熱水溫度，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，啟動熱水升溫循環(huán)泵，熱水經(jīng)板式換熱器與蒸汽換熱后再回到熱水罐；蒸汽經(jīng)板式換熱器后，冷凝水經(jīng)過疏水閥輸送至干燥熱水罐，升溫完成后熱水罐壓力為0.4～0.5 MPa。具體工藝流程見圖1。

圖1 板式換熱器加熱工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of heating with plate heat-exchanger

板式換熱器總傳熱系數(shù)大，換熱效果較好，結構緊湊，占用空間小，但是其允許操作壓力較低，板片強度差，改性橡膠墊圈耐熱溫度不超過130 ℃。由于過熱水(150 ℃)及蒸汽(180 ℃)的溫度、壓力較高，橡膠墊圈耐熱性能較差，造成板式換熱器頻繁泄漏，影響生產(chǎn)。

1.2 螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器升溫過程與板式換熱器升溫過程相同，熱水罐補水后液位達到70%，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，啟動熱水升溫循環(huán)泵，熱水經(jīng)螺旋板式換熱器與蒸汽換熱后再回到熱水罐，蒸汽經(jīng)螺旋板式換熱器后再經(jīng)過疏水閥，靠系統(tǒng)壓力輸送至干燥熱水罐。具體工藝流程見圖2。

圖2 螺旋板式換熱器加熱工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of heating with spiral-plate heat-exchanger

螺旋板式換熱器采用不可拆式螺旋板，強度較大，耐高溫，流體的對流傳熱系數(shù)較高，不易泄漏。缺點是蒸汽在螺旋板內(nèi)行程太長，蒸汽冷凝水在螺旋板末端聚集，剛開始升溫時容易產(chǎn)生水錘(水錘是指蒸汽流動引起的管路中的冷凝水狀態(tài)發(fā)生突變，導致管內(nèi)水壓力隨之劇烈波動而引起的水擊現(xiàn)象[2])，蒸汽管路發(fā)出較大的“咣、咣”聲，整條管線及設備振動嚴重，管道及設備的固定支架因長時間振動而脫落，造成很大安全隱患。另外，隔板兩側(cè)冷熱流體壓力差不能太大，否則會造成隔板受力不均而變形，對板的強度要求高。

1.3 列管式換熱器

列管式換熱器升溫工藝同樣需要開啟升溫循環(huán)水泵循環(huán)升溫，熱水罐液位達到70%時，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，啟動熱水升溫循環(huán)泵，熱水經(jīng)列管換熱器與蒸汽換熱后再回到熱水罐；蒸汽經(jīng)列管換熱器換熱后，冷凝水匯集到凝水罐，蒸汽則靠系統(tǒng)壓力輸送至干燥熱水罐。為保證蒸汽不浪費，凝水罐要保持一定液位，一般控制在20%～40%。具體工藝流程見圖3。

該工藝中采用的列管式換熱器為U形管式換熱器，該換熱器耐高溫，每根管子可以自由伸縮，解決了熱補償缺陷。該工藝避免了水錘產(chǎn)生，換熱器及管道振動明顯減輕；且設備不容易泄漏，強度高。缺點是換熱系數(shù)較低，同等條件下?lián)Q熱面積較大，管內(nèi)不易清洗。由于升溫是間歇式操作，升溫介質(zhì)中含有雜質(zhì)或者物料且升溫循環(huán)泵不啟動時，物料會在管壁上沉積，經(jīng)高溫換熱發(fā)生碳化，造成列管堵塞，并影響去離子水質(zhì)量，進而影響樹脂質(zhì)量，產(chǎn)生大量不合格品。

圖3 列管式換熱器加熱工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram of heating with tubular heat-exchanger

1.4 浸沒式混合加熱器

浸沒式混合加熱器又稱渦旋式消音加熱器，主要用于以蒸汽為熱源的加熱工藝。在熱水罐液位達到70%、涂釜開始時，熱水升溫程序啟動，蒸汽調(diào)節(jié)閥開啟，進入芯體的蒸汽沿側(cè)壁斜向小孔高速噴出。熱水從殼體上、下板外孔甩出后在殼體內(nèi)形成負壓，加熱器外的冷水沿殼體上、下板內(nèi)孔被吸入殼體內(nèi)。如此循環(huán)將熱水罐中的水加熱到設定值，從而達到理想的升溫效果。溫度上升至設定值后，調(diào)節(jié)閥關閉，升溫完成。加熱器由4個部分組成：法蘭、芯體、殼體及接管。設備整體采用不銹鋼材質(zhì)。具體工藝流程見圖4。

圖4 浸沒式混合加熱器加熱工藝流程圖Fig.4 Process flow diagram of heating with mixing-type immersed heater

浸沒式混合加熱器是一種新型的直接式加熱器，它具有升溫效率高、消聲效果好、振動小、結構簡單、安裝方便等優(yōu)點，而且節(jié)約能源，熱利用率達98%以上。該工藝省去了循環(huán)泵升溫過程，按其他工藝平均每次升溫需循環(huán)20 min、每天升溫32次、電動機功率37 kW計算，每條生產(chǎn)線每年節(jié)約電費約9.8萬元。但是該工藝要時刻監(jiān)控蒸汽冷凝水的水質(zhì)，因為pH值和電導率都會影響后續(xù)生產(chǎn)。

浸沒式混合加熱器在使用過程中應注意以下6點：①應將浸沒式混合加熱器放入罐的中心位置且離側(cè)壁與底部至少200 mm。②在蒸汽管線上加裝過濾裝置，且過濾精度應大于380 μm,并易拆卸清洗。③蒸汽管路上靠近熱水罐一端須安裝止回閥，防止停汽時發(fā)生虹吸現(xiàn)象導致水倒流。④蒸汽管路須做固定支撐，并用管夾進行固定，防止升溫過程中擺動，造成管道泄漏事故。⑤為保證升溫均勻，加熱器應多臺并聯(lián)并均勻分布，管道與設備應焊接牢固避免脫落，罐內(nèi)需加支撐。⑥如果升溫時間過長，可能是混合加熱器內(nèi)部汽孔被堵塞，應拆下加熱器將堵塞汽孔清理干凈，加熱器最好每個月檢查清理1次。

2 工藝變更后指標對比

懸浮聚合是以水為連續(xù)相、氯乙烯為分散相的非均相沉淀聚合。氯乙烯懸浮聚合除了對水的用量有要求外，對水質(zhì)的要求更加嚴格，因為水質(zhì)直接影響到PVC樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量。去離子水的pH值和電導率指標一般要求為：pH值在6～7，電導率≤2 μS/cm。pH值影響分散劑的穩(wěn)定性，較低的pH值對明膠有顯著的破壞作用，較高的pH值會引起PVA部分醇解，影響分散效果及顆粒形態(tài)。而水的硬度過高，則會影響產(chǎn)品的絕緣性和熱穩(wěn)定性。

與其他間接換熱設備的換熱方式不同，浸沒式混合加熱器采用直接加熱方式，產(chǎn)生的蒸汽冷凝水直接進入純水系統(tǒng)，為考察蒸汽冷凝水對去離子水系統(tǒng)的影響，取改造前的數(shù)據(jù)(2017年3月份)和改造后的數(shù)據(jù)(2017年5月份)進行對比，結果見圖5、圖6。

由圖5、圖6可見：蒸汽冷凝水進入去離子水系統(tǒng)后電導率及pH值變化不大，實際生產(chǎn)證明蒸汽冷凝水對系統(tǒng)沒有影響。在生產(chǎn)過程中，為避免開停車引起的水質(zhì)波動，開車前蒸汽管道須排污排凈后再進行升溫。

圖5 蒸汽冷凝水進入去離子水系統(tǒng)前后pH值變化Fig.5 Change in pH value of deionized water before and after feeding of steam condensate

圖6 蒸汽冷凝水進入去離子水系統(tǒng)前后電導率變化Fig.6 Change in conductivity of deionized water before and after feeding of steam condensate

3 結語

德州實華立足實踐，精益求精，經(jīng)過不斷摸索與技改，找到了合理的升溫方式，消除了蒸汽管路的安全隱患，延長了蒸汽管路的使用壽命，縮短了升溫時間，節(jié)約了設備成本，在保證水質(zhì)的同時又節(jié)省了電量。在追求綠色化工生產(chǎn)的今天，針對熱水升溫節(jié)能方面的研究具有重要的社會意義和經(jīng)濟意義。