甲醇精馏系统螺旋缠绕管式换热器应用总结
冯彩平，蔺延新
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）
[摘 要] 针对河南心连心化肥有限公司一分厂甲醇精馏系统中常压塔塔顶甲醇蒸气采用蒸发式水冷器进行冷凝时，其热量直接被冷却水带走而导致的低位热能浪费现象，通过设备选型计算，决定采取在常压塔蒸发式水冷器前增设螺旋缠绕管式换热器以回收低位热能的技改方案。实施后，常压塔工况变化不大，其蒸发式水冷器可停运部分附属风机和水泵，具有一定的节电效益，同时回收的甲醇精馏系统低位热能用于生活区供暖也带来显著的节能效益。
[关键词] 甲醇精馏系统；常压塔；蒸发式水冷器；低位热能；技改方案；螺旋缠绕管式换热器；水暖；运行情况
[中图分类号] TQ 223.12+1 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932（2017）04-0049-03
目前，化工行业在追求低成本、低耗能的同时，对装置的低位热能的开发利用已成为必然趋势。河南心连心化肥有限公司一分厂甲醇精馏系统常压塔塔顶蒸发出来的甲醇蒸气通过蒸发式水冷器（简称蒸发冷）进行冷凝，这部分热量直接被冷却水带走而未被回收利用，存在能源的浪费现象。为此，我们通过设备选型计算，在常压塔蒸发冷前面增设螺旋缠绕管式换热器对甲醇精馏系统常压塔塔顶蒸发出来的甲醇蒸气进行冷凝，以将这部分冷凝热回收用于生活区供暖（水暖），取得了良好的效益。现简介如下。
1 技改方案
1.1 换热器选型计算
1.1.1 常压塔塔顶气相热量衡算
常压塔出口气相甲醇温度65 ℃、压力0.10 MPa(A)、密度1.169 kg/m3；常压塔塔顶蒸发出来的甲醇蒸气经蒸发冷冷凝后液化，温度60 ℃、压力0.1 MPa(A)、密度753 kg/m3。
班产甲醇130 t，折合体积流量qv=130×103÷8÷753=21.6 m3/h。加压塔采出液态甲醇10.8 m3/h，则常压塔采出液态甲醇为21.6-10.8=10.8 m3/h；常压塔回流量为14.5 m3/h，故常压塔蒸发冷冷凝精甲醇总量为19 t/h（5.28 kg/s）。查知p=0.10 MPa(A)下，甲醇沸点为64.15 ℃、汽化潜热为1 102 kJ/kg，则甲醇冷凝热Q=19×103×1102=2.1×107 kJ/kg。
1.1.2 常压塔出塔气流量及流速
已知常压塔蒸发冷下液流量为19 t/h，则常压塔出塔气体积流量V=nRT/p=（19×106÷32）×8.314×（273+65）÷（0.1×106）=16 685 m3/h，即常压塔出塔气的体积流量q=16 685 m3/h （4.635 m3/s）；常压塔出塔气总管规格φ529 mm×9 mm，则气相流速v=q/A=4.635÷0.205=22.61 m/s；常压塔出塔气经出气总管后分成8根φ219 mm×6 mm管进入2台蒸发冷。
1.1.3 常压塔塔顶温度
常压蒸发冷吸收热量使水温由50 ℃升至60 ℃，上升10 ℃，循环水压力为0.8 MPa。由前述可知，常压蒸发冷热负荷Q=2.1×107 kJ/h，据Q=cm△t求得循环水的流量 m=2.1×107÷10÷4.2=5×105 kg/h=0.14 m3/s，取管内流速为2.0 m/s，则经圆整后得换热器甲醇蒸气进口管合适的管径为φ377 mm×7 mm。
综上，常压塔相关参数确定如下：塔顶气相压力0.1 MPa(A)、温度65 ℃、流量4.635 m3/s（出塔气管管径φ529 mm×9 mm）；经蒸发冷后液相压力0.1 MPa(A)、温度60 ℃、流量5.28 kg/s。
1.2 换热器设计
1.2.1 换热面积
目前蒸发冷内的盘管为波节管，波谷25 mm、波峰32 mm，壁厚1.0 mm，单台蒸发冷的换热量3 900 kW，各设计4根DN200进口管，每根DN200进口管对应的盘管为25个（即每台蒸发冷从总出气管焊接100根波节管，蛇形设置，每根展开约24 m长），则2台蒸发冷盘管换热器面积为290 m2。
1.2.2 常压塔塔顶馏出甲醇蒸气的温度
常压下纯甲醇的沸点为64.7 ℃，生产中甲醇蒸气的理想温度为63.4 ℃（-5 kPa）～65.6 ℃（3.6 kPa），常压塔塔顶压力上下浮动，由于冷/热物料两侧的温度差小，导致传热推动力小，故在实际操作中应尽量保持塔顶为微正压，以确保换热效果。
更多内容详见《中氮肥》2017年第4期