进口与国产逆流降膜蒸发器应用的比较

钟永铎

（四平昊华化工有限公司，吉林 四平 136001）

四平昊华化工有限公司的烧碱项目一期工程5万t/a离子膜烧碱和配套5万t/a PVC于2005年一次开车成功，并顺利达产。烧碱生产采用离子膜电解工艺技术，采用蓝星北化机的高电密自然循环电解槽4台，每台电解槽共92对单元槽片，并配套真空脱氯装置，蒸发装置全部采用瑞士博特公司的6万t/a双效逆流降膜蒸发器。烧碱项目二期工程20万t/a离子膜烧碱和配套20万t/a PVC于2008年10月一次开车成功，并顺利达产。烧碱生产采用蓝星北化机制造生产高电密自然循环电解槽8台，每台电解槽共158对单元槽片，并配套的真空脱氯和氯酸盐分解槽装置，氯气压缩机采用德国3K集团的透平压缩机；蒸发装置采用蓝星北化机自主设计并制造的10万t/a三效逆流降膜蒸发器装置。

1 降膜蒸发器的工作原理

蒸发器利用膜式蒸发原理，降膜蒸发器设计与管束式降膜换热器相似，所不同的是在降膜换热管上部增加了1个“造膜器”，见图1。造膜器是1根短圆管，上面开了数个条形窄槽，此短管点焊在加热管头上，由蒸发器顶部进来的碱液从窄槽沿加热管壁在重力和真空诱导及气流作用下呈膜状向下流动并与载热体蒸气进行对流传热，料液中水分蒸发产生的二次蒸汽与浓缩的碱液一起向下流动，碱在底部由出料泵抽出，汽在分离室上部经捕沫器捕沫后排出。降膜管采用的是薄壁长管，碱液在内呈薄膜状向下流动，传热系数一般为 4.0～12.5 MJ/（m2·h·℃）。 降膜蒸发器是蒸发器中的一种高效蒸发器。

丝网除沫器在降膜蒸发器分离室的上部，二次蒸汽出口处，由于二次蒸汽中夹带大量碱液，虽然在分离室中进行了分离，但为了防止损失有用的碱液及冷凝液中含碱过高，为了减少夹带的碱液沫过多，每台蒸发器分离室二次汽出口安有除沫器。表面冷凝器是换热面积为380 m2的列管式换热器，冷却水走管内，二次蒸汽走管间，管间设计了导流板和折流板，使二次蒸汽能与换热管充分接触，冷凝效果非常好。

2 国产蒸发器与进口蒸发器工艺流程比较

2.1 国产三效逆流降膜蒸发器工艺流程

从离子膜电解工序来的32%碱液先进入电解液储槽D-1040，用Ⅲ效加料泵P-1044抽出，经过流量计计量后，由EV-1030顶部加入Ⅲ效蒸发器管内，碱液经“造膜器”沿管壁呈膜状向下流动并与管间Ⅱ效蒸发器来的二次蒸汽进行对流传热，碱液中水分蒸发产生的二次蒸汽与浓缩的碱液一起向下流动，在蒸发器底部的分离室内分离，碱液由Ⅲ效出料泵P-1034抽出，其中的一部分送至HE-1026用生蒸汽冷凝水预热，另一部分送至HE-1025，用50%NaOH溶液预热；预热后的36%碱液经测定流量后，由Ⅱ效蒸发器EV-1020顶部进入蒸发器，与在Ⅲ效蒸发器内同样的过程蒸发，碱液浓度由36%浓缩至41.6%。再由Ⅱ效出料泵P-1024抽出，以不同的流量分别送到HE-1016和HE-1015中，预热后的碱经流量计进入EV-1010中，蒸发浓缩后，50%碱液被Ⅰ效出料泵P-1014A/B送出，经HE-1015和HE-1025预热后的41.6%和36%碱液，再经HE-1050成品碱冷却器用循环水冷却至45℃，进入成品碱贮罐D-902。

EV-1010的热源是由厂内锅炉送来的饱和生蒸汽，压力为0.7 MPa（G），在管间加热碱液之后，冷凝水至阻汽排水罐D-1011，在经过HE-1016和HE-1026 2次回收热量后，温度约为79℃送回冷凝水贮罐D-1070中。

EV-1020的热源是由Ⅰ效来的压力为0.1 MPa（A）、温度为162℃的二次蒸汽。在EV-1020管间作热源加热管束碱液后，冷凝液经阻气排水罐D-1021后，进入冷凝水贮罐D-1070。

EV-1030的热源是从Ⅱ效EV-1020来的压力为0.62 MPa（A）的二次蒸汽，它在EV-1030管间加热碱液后冷凝，凝液经阻汽排水罐D-1031后进入冷凝水贮槽D-1070。

EV-1030产生的二次蒸汽由表面冷凝器HE-1060冷凝，系统内的不凝气由水环真空泵C-1064抽出，保证了EV-1030需要的真空，HE-1060冷下的冷凝水借位差进入D-1070。

国产三效逆流降膜蒸发工艺流程示意图见图2。

2.2 进口双效逆流降膜蒸发器工艺流程

进口双效逆流降膜蒸发器工艺流程示意图见图3。

由电解工序送来的32%烧碱先进入电解液储罐D-1101，然后，由Ⅰ效碱液加料泵P-1103A/B抽出，经流量计后，由EV-1101顶部加入Ⅰ效蒸发器管内，碱液经液体分布器沿管壁成膜状向下流动并与管间Ⅱ效蒸发器来的二次蒸汽进行对流传热，碱液中水分蒸发产生的二次蒸汽与浓缩的碱液一起向下流动，在蒸发器底部蒸发室进行汽液分离。碱液经过Ⅰ效蒸发器后，浓度由32%浓缩至38.3%，该碱液由Ⅰ效出料泵抽出，其中的一部分送至HE-1102用生蒸汽冷凝液预热；另一部分送至HE-1103用50%碱液预热，预热后的38.3%碱液经测定流量后，从EV-1201顶部加入Ⅱ效蒸发器，在Ⅱ效蒸发器内与Ⅰ效蒸发器进行同样的蒸发过程，碱液浓度由38.3%浓缩至50%，再由Ⅱ效出料泵抽出，50%碱液送至HE-1102预热器给碱液升温后，再经HE-1104成品碱冷却器用循环水从88.5℃冷却到45℃以下，进入成品碱贮罐D-1102。

EV-1201的热源是由厂内锅炉送来的饱和生蒸汽，压力为0.8 MPa（G），在管间加热碱液之后，冷凝水至阻汽排水罐D-1102，在经过HE-1103回收热量后，温度约为79℃，送回冷凝水储罐T-7101中。

EV-1101的热源是由Ⅱ效来的压力为0.1 MPa（A）温度为162℃的二次蒸汽，在EV-1101管间作热源加热管束碱液后，冷凝液经阻气排水罐D-1101进入冷凝水贮罐T-7101。

EV-1101产生的二次蒸汽由表面冷凝器C-7101冷凝，系统内的不凝气由水环真空泵P-7102抽出，保证了EV-1101需要的真空，C-7101的冷凝水借位差进入T-7101。

3 国产蒸发器与进口蒸发器相同点

（1）采用计算机自动控制生产操作，生产中的进、出料都由计算机自动操作，控制精确，故障率极低。蒸发生产过程中的压力、温度、流量及蒸发器内液位均在显示器上显示。

图2 国产三效逆流降膜蒸发工艺流程图

图3 进口双效逆流降膜蒸发器工艺流程示意图

（2）为了保护设备，采取了一些保护措施。a.每台蒸发器的出料泵出口都设有回流管 （回到蒸发器的入口），既保护了蒸发器在小负荷生产时，蒸发器内有一定的流量，成膜效果好，又不致于干烧蒸发器列管，同时，保证了泵的出口压力在一定范围内；b.每台蒸发器液位控制通过加料管线上的自控阀与泵连锁，当蒸发器内的液位高高时，蒸发器的入料泵自动停止运行，而蒸发器内的液位低低时，蒸发器的出料泵自动停止，这样，保护了泵永远在有物料的状态下运行。

（3）装置流量的分配通过温度调解，如Ⅰ效蒸发器向Ⅱ效送料时，要通过2台板式预热器，而流量分配就是通过2台板式预热器碱液出口温度的显示来调解阀的开度，如果出口温度相等，就说明流量分配得很合理。

（4）都采用真空操作。为使烧碱溶液在较低温度下沸腾，减少能耗，国产蒸发器使Ⅲ效蒸发器和Ⅱ效蒸发器在真空下操作，Ⅲ效蒸发器真空度为-90 kPa（G），主要是依靠由Ⅲ效蒸发器的蒸发室出来的二次蒸汽在表面冷凝器HE-1060（双程列管式）进行冷凝形成真空，自流到冷凝水贮罐D-1070，并由冷凝水泵P-1074抽取送出界区外，供一次盐水化盐使用。没有冷凝的不凝气由水环真空泵抽出.进口双效蒸发器使Ⅰ效蒸发器在真空下操作，真空度为12.7 kPa，主要是依靠由Ⅰ效蒸发器的蒸发室出来的二次蒸汽在表面冷凝器C-7101（双程列管式）进行冷凝形成真空，自流到冷凝水贮罐T-7101，并由冷凝水泵P-7101抽取送出界区外，供一次盐水化盐使用，没有冷凝的不凝气由水环真空泵抽出。

4 国产蒸发器与进口蒸发器的不同点

（1）国产蒸发器是三效蒸发器，二次回收热量，而进口双效蒸发器只回收一次热量，三效蒸发器比双效蒸发器汽耗低，碱损失少。

（2）国产蒸发器加热管选用进口镍管（Ni201），以保证不被高温、高浓度烧碱腐蚀；进口蒸发器加热管选用镍管（Ni200），也耐高温、高浓度烧碱的腐蚀。

（3）国产蒸发工艺系统内的输送设备选用西安泵阀总厂提供的碱液输送泵，其中，Ⅰ效、Ⅱ效出料泵选用镍泵，真空泵选用纳西姆公司的真空泵。进口蒸发工艺系统内的输送设备全部由瑞士博特公司提供先进口镍泵。

（4）国产蒸发器装置内的阀门仪表均选用日本本山、德国科隆公司等国外公司提供的进口阀门仪表。进口蒸发器装置内阀门和仪表全部由瑞士博特公司提供仪表阀门。

（5）板式换热器不同。国产三效蒸发器装置在开、停车过程中，4台板式换热器垫非常容易泄漏，分析认为有2个原因：a.垫的质量问题，b.在开、停车过程中，板换内物料的温差短时间内变化太大。针对上述问题，首先，与板式换热器厂家联系，采购1套耐腐蚀、耐高温的垫，另外，每次开、停车时都要慢慢地升、降温度，杜绝了垫的泄漏现象。进口双效蒸发器装置投运至今，所有的设备运行良好，板式换热器垫从来没有泄漏，但设备出现故障时，需由国外专家进行维修。

5 国产三效蒸发器和进口双效蒸发器节能比较

三效逆流降膜碱蒸发工艺比一效、双效蒸发工艺具有能耗低，设备能力大和环保、碱损少等特点。

表1为2套装置考核期间的运行数据及考核结果。

表1 2套装置考核期间的运行数据及考核结果

理论上，蒸发器的效数愈多，蒸汽被利用的次数愈多，汽耗愈低。但一次性投资却是越来越高，操作也越来越复杂，综合考虑，三效较为合理。目前，国内氯碱行业50%烧碱蒸发平均汽耗为，单效：1.10～1.20 t/t；双效：0.70～0.80 t/t；三效：0.53 t/t，进口双效蒸发器装置为0.76 t/t。

6 结语

从运行效果看，2套装置均运行平稳，但进口设备制造周期长，售后服务不方便，最主要的是进口设备价格高很多，国产蒸发器整套装置的价格是进口蒸发器整套装置的三分之一。这2套装置正确操作非常重要，要加强职工培训，通过集中讲解，结合现场指导的方法，使上岗员工都能熟练掌握工艺流程、岗位操作法，了解每一个阀门的作用、蒸发器的最佳运行状态及出现故障时的处理措施。