广西鹿寨化肥有限责任公司配套的6万t/a合成氨装置冷冻工段有4台氨压缩机(俗称冰机)、3台列管式氨冷凝器是由大连冷动机股份公司制造的。每台氨冷凝器热面积为420 m2,壳程设计压力2.01 MPa,管程设计压力0.4 MPa,壳程介质为冷却水,管程介质为液氨、气氨,换热管为10#碳钢材质。氨冷凝器使用多年,由于系统循环水管理不善,水质较差,油泥严重,换热管内部受污水腐蚀穿孔,外部受液氨、气氨长期腐蚀,换热管穿孔后液氨、气氨直接进入循环水系统,造成系统上碳钢的换热管容器均严重受腐蚀而泄漏,堵管检修频繁,系统生产开开停停,给设备造成严重的安全隐患。2005年12月,我公司将原来使用的列管式换热器改为永大捷盟(北京)换热设备有限公司生产的波纹管氨冷凝器。冰机氨冷凝器进行了如下改造。
1.当冰机冷冻负荷为18421040 kJ时,气氨入口温度150 ℃,出口液氨温度40 ℃,出口饱和压力(绝)冷却水进口温度30 ℃,经计算所需的换热面积为608 m2,再考虑15%的富余量,则最终选定的换热面积为700 m2的1台氨冷凝器。由1台换热面积为700 m2氨冷凝器替代3台换热面积为420 m2(3台总换热面积为1260 m2)氨冷凝器。
2.将换热管规格由Φ38 mm×3 mm改为Φ25 mm×0.7 mm波纹管,材质由10#钢改为0Cr18Ni10Ti,管板由16Mn改为0Cr18Ni9Ti+16MnR复合板。
3.将壳体直径由Φ1600 mm×14 mm改为Φ1400 mm×14 mm,材质16MnR不变。
4.改进氨冷凝器原来的制造形式。原来列管氨冷凝器的筒体上加了一分气缸,如果在波纹管的筒体上加1个分气缸,按GB150-1998《钢制压力容器》规定在分气缸上开孔时,口径不大于分气缸直径的1/2。由于在筒体上增加了1个开口,致使筒体安全系数大大降低,高温氨气对筒体上部腐蚀大大增加,加上氨气从两端进去中间出来形成了交叉流,而换热器最佳的换热效果是在两相逆流换热,所以采用分流换热形式交叉流时大大降低传热效率。采用双流程布置致使冷却水阻力比单流程提高了3倍,也就是说冷却水成本相应提高3倍,因此我公司取消了波纹管冰机氨冷凝器分气缸,将原来的双流程布置改进为单流程布置。
波纹管冰机氨冷凝器应用效果:1台700 m2的不锈钢波纹管冰机氨冷凝器替代3台420 m2列管式氨冷凝器,占地小,安装便捷,用材少,用水量少,传热效率高;投用2年多没有发现换热管有泄漏、堵塞和结垢现象,设备运转周期长;由于波纹管采用了薄壁不锈钢材质,提高了产品的使用寿命,运行维护费用降低,经济效益显著;过去在夏季通常要开3台氨冷凝器、4台循环水冷却塔风机,现只开1台波纹管氨冷凝器、2台循环水冷却塔风机就能满足系统生产要求;改造后少开2台55 kW的循环水冷却塔风机,每年可节电费26.14万元(按330天,工业电价0.3元),节水约10多万元以上。
不锈钢波纹管氨冷凝器应用后,设备安全隐患消除,运行周期长,节能降耗经济效益显著。