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螺旋板式换热器在湿法炼锌厂的应用

来源:中凡工业浏览量:载入中...发布时间:2021.11.17


应用于工业生产中的换热器主要有管式换热器、板式换热器、翅片式换热器和热管等类型。管式换热器分为沉浸式、喷淋式、套管式、列管式等类型;板式换热器有夹套式、螺旋板式、平板式等类型;翅片式换热器有翅片管换热器、板翅式换热器等类型。

螺旋板式换热器的特点

螺旋板式换热器属于板式换热器类型,是一种高效换热设备,主要由平行的薄板卷制而成,构成一对互相隔开的螺旋型通道,冷、热两流体以螺旋形板面为传热面相间流动。在换热器中心设有中心隔板,使两个螺旋通道隔开,适用于汽-汽、汽-液、液-液及对液传热。

1.传热效率高。由于流体在螺旋形流道内的流动所产生的离心力使流体在流道内外侧之间形成二次环流,增强了扰动,使流体在较低雷诺数下就形成了湍流,并且因为流动阻力比较小,流速可以提高。一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换热器的1~3倍,液液换热时螺旋板式换热器的传热系数可达3000 W/·K

2.不易堵塞和结垢。螺旋板式换热器采用了单流道结构,不存在流动死区,因此在处理易沉积流体、粘稠流体和含有颗粒的流体时,由于螺旋板式换热器本身具有自清洁功能,这样在阻塞没有完全形成之前,已经被流体冲洗干净。另外可拆结构设计能够使清洁换热器更加方便。

3.结构可靠、紧凑。由于传热面为螺旋板,流道呈同心状环绕,板间距离较窄,传热系数较高,使它们紧凑性更好,占地面积减少,约为管壳式的1/6。螺旋板式换热器的流道多为焊接密封,只要保证焊接质量就可以保证冷、热两流体之间不会发生内漏。此外,螺旋卷曲的板在受热和冷却时伸张和收缩的性能较好,不会造成很大的内应力。

4.流体的流动阻力小。螺旋板式换热器中流体与螺旋板的摩擦产生的阻力小。与管壳式换热器相比较,流体没有作大转向流动,减小流体阻力,所以,螺旋板式换热器内流体的流动阻力小。

5.制造成本低,制造方便。与其它类型换热器相比,螺旋板换热器重量轻,制造成本低,只要有卷床设备,比管壳式的制造要方便得多,它主要消耗板材,用它来代替管壳式可以节省无缝钢管,采用螺旋板换热器所需设备费用为管壳式换热器的1/21/3

螺旋板式换热器在湿法炼锌厂的应用

某湿法炼锌厂采用螺旋板式换热器加热废酸液,废酸液含酸较高,腐蚀性较大,加热介质为高温蒸汽。热流体和冷流体采用并流形式加热,一个流体通道两端不能打开,另一个流体通道从两端都可以打开和进行清理。该厂螺旋板式换热器用于锌冶炼废酸液的加热,废酸液具有高温腐蚀性,因此对换热器材质具有较高的要求。该厂选择904L作为设备的材质,904L是一种含碳很低的高合金化的奥氏体不锈钢。由于较高的铬、镍、钼和铜含量,904L对均匀腐蚀,特别是在稀硫酸中,具有优良的抗腐蚀性。904L碳含量很低(可至0.020%),因此在一般的热处理和焊接的情况下不会有富铬的碳化物析出,这样就消除了一般热处理和焊接后出现晶间腐蚀的危险。但钢表面在与腐蚀介质接触时还会发生均匀腐蚀,根据904L的等腐蚀速度曲线可以发现,在大于70℃的硫酸环境下时,904L的腐蚀速度大于0.1mm/a。由于生产中废酸液温度和含酸量较大,且含有部分杂质,因此对设备的腐蚀仍是较大的。虽然通过调节生产参数能够改善对904L的腐蚀,延长设备使用寿命,但不能从本质上改変904L的腐蚀速度,通过研究发现新的材质代替904L将成为新的课题。

螺旋板式换热器在生产中存在的问题及相应解决方法

螺旋板式换热器在生产运行中存在的问题:

在试车运行中,发现设备换热效果欠佳,无法达到完全加热废酸液的效果。检测发现废酸侧物料进口和蒸汽侧的压力均比设计值小,存在较大的差距,导致螺旋板式换热器换热量不足。废酸流量小,废酸液通道内的流体流速较低,不能充分发挥自清洗功能,废酸液中的硫酸锌结晶沉积物无法通过设备的自身运行来予以清理。在设备运行过程中,发现螺旋板式换热器的蒸汽侧冷凝水出口的pH值偏酸性,经过检测发现pH值在2.5~3之间,即换热器的蒸汽侧冷凝水酸。这表明设备内部存在泄漏点,废酸进入蒸汽。

螺旋板式换热器在生产运行中存在的问题分析及相应解决方法

经分析,设备内部存在泄漏点的几种原因:

1.蒸汽侧进口实际压力偏大。发生问题的换热器的起初设计值蒸汽压力为600kPa。蒸汽侧进口实际压力超过设计值,大量的蒸汽以较高的流速进入换热器内部,在蒸汽入口侧,高速的蒸汽和冷凝产生的微小液滴会产生强烈的冲蚀效应。此时,换热器的焊缝处强度低于材料本身,因此容易被冲蚀;同时另一侧的废酸液局部温度可能非常高,10%左右的硫酸腐蚀性非常强,也对焊缝处产生了强烈的腐蚀,会导致设备在蒸汽进口两端的焊缝发生泄漏。

2.焊接材料偏薄。在换热器的焊接过程中,部分原焊接部位的焊接材料偏薄,导致焊接强度偏低,增加焊接部分泄漏的可能性。

3.换热器的废酸侧带入了大量悬浮的阳极泥。在打开废酸侧盖板后,发现废酸侧通道中有大量的块状阳极泥沉积,严重堵塞了通道,降低了换热器的换热效率,导致另一侧高温蒸汽的使用量的改变,蒸汽流量增加,蒸汽进口的流速加大,增加了高温蒸汽对板材和焊接处的冲蚀效果。

4.换热器废酸侧温度偏低。实际使用过程中,废酸侧进口温度偏低。须增加换热器的换热量,导致换热器的蒸汽侧流量增加,蒸汽流速增大,高温蒸汽对设备的冲蚀破坏增大。

5.换热器的冷凝水排出管道偏小。生产中冷凝水排出管道直径偏小,可能影响换热器内部冷凝水的排出,致使冷凝水排出不畅,在换热器内聚集,减小了换热器的换热面积,降低了换热器的换热效率。为达到对废酸液同样的加热效果,需增加蒸汽侧的高温蒸汽量,提高高温蒸汽的流速,加大了高速蒸汽对设备的冲蚀破坏。

上述问题在实际生产中都有可能发生,造成换热器焊缝处的腐蚀,若不及时予以解决,将进一步对设备本体产生腐蚀,影响设备的正常使用。相比其它形式换热器,螺旋板式换热器具有传热效率高、材料耗费少等优点。设备在湿法炼锌厂高温高酸使用环境下,选择904L不锈钢作为换热板材质在生产中存在一定的问题。为进一步降低设备损耗,采用耐腐蚀性能更好的石墨代替904L可作为以后研究发展的方向。

螺旋板式换热器

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