提高五效装置蒸发效率张有贵提高五效装置蒸发效率

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Q MAX = 36 t/hr ，压力P = 0.3 MPa ，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：

Q 1 = Q 2

C 1× J 1× ρ1×△T 1 = C 2 × J 2 × ρ2 × △T 2

= 1× 36 × 1 × ( 100 – T 1)

= 0.78 × 50 × 1.06 ×(T 1- 42 )

所以 T 1 = 69 ℃

Q 1：蒸汽冷凝水可释放的热量； Q 2：硫氢酸钠稀溶液可吸收的热量

C 1：冷凝水比热1 kcal/kg.℃； C 2：NaSCN 稀溶液比热0.78 kcal/kg.℃

J 1：蒸汽冷凝水流量36 m 3/h ； J 2：经过710#的稀溶液流量50 m 3/h

ρ1：冷凝水比重1.0 kg/ dm 3 ρ2：NaSCN 稀溶液比重1.06 kg/dm 3

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：

m

K Q A ∆T ⨯=

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 物料 水—水 水蒸汽—油 水蒸汽—水 气—水

K （w/m 2*℃）

2900—4650

870—930 800—1000 28—58

max 、Δ

Τmin 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/m 2.℃）

已知：NaSCN 稀溶液比热为0.78 kcal/kg.℃，比重为1.06 kg/dm 3，710#出口流量50m 3/hr ，进料温度从42℃提高至69℃。

则 ： Q = C 2 × J 2 × ρ2 × △T 2

= 0.78× 50× 1000× 1.06×（69-40）

= 1116180 ( Kca/hr) = 1.11618 (百万大卡/hr)

因 1 kcal/hr = 1.163 w 所以：

= 49.74 （m 2）

所以， 要加装的7035A 板片式换热器的换热面积为50 m 2。

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0.55 MPa ，且开启部分回流阀，而702#泵的设计能力可达到0.8 MPa ，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。

)

ln(MIN MAX MIN

MAX ∆T -∆T ∆T -∆T =∆T [])4269()69100(ln )4269()69100(------=m

K Q

A ∆T ⨯=29

900163.11011618.16⨯⨯⨯=