硫铵结晶器的改造

经验交流硫铵结晶器的改造李静林,刘景军2,于晓多3,于广彦3(1.大庆石化公司化工二厂,黑龙江大庆163714;2.大庆石化建设公司,黑龙江大庆1637003.大庆石油化工设计院,黑龙江大庆163714)摘要:通过对硫铵装置结晶器的技术改造,使物料在结晶器内旋转流动,能够将聚合物及时抽出避免聚合物在结晶器内滞留和累积,防止其粘结堵塞结晶器、相邻设备和管线,也防止其污染硫铵晶体降低产品质量,消除定期清洗结晶器造成的能源浪费和环境污染。关键词:硫铵装置;聚合物;结晶器;环境污染中图分类号:TQ51.6文献标识码:B文章编号:1001-4837(2005)11-0052-04Modification of the Thiamin Crystal VesselLI Jing-lin, LIU Jing-jun, YU Xiao-duo, YU Guang-yar'(1. Chemical Industry in Daqing Petrochemical Company Daqing 163714, China; 2. Construction Company inDaqing Petrochemical Complex, Daqing 163700, China; 3. Daqing Petrochemical Design Institute, Daqing163714,ChinAbstract: This technical modifying make fluid rotated flow in the crystal vessel on Thiamin plant. It can makepolymer drawn out in time, avoid polymer stay and cumulation in the crystal vessel, and protect polymer fromfelting and jamming crystal vessel, adjacent equipment and piping. It will prevent polymer from polluting crys-al and reducing protect quality, and eliminate cleanning crystal vessel on schedule that produced energysources and environment pollutionKey words: thiamin plant i polymer; crystal vessel; environment pollution某厂硫铵装置于1986年建成,198年投产,原量。频繁进行设备清洗造成能源浪费和环境污染,设计生产能力为6000a,目前最大生产能力超过并增加生产成本。本文就如何解决上述问题,提出1000/a。硫铵装置是丙烯腈装置的配套环保装技术改造方案。置,利用丙烯腈装置提供的稀硫铵液浓缩结晶,生产农用化肥硫酸铵颗粒。结晶器是硫铵装置的核心生技术改造前产设备,稀硫铵液经过加热浓缩,在结晶器内结晶生1.1结晶器操作过程成硫铵晶体,根据比重不同,结晶器的底部抽出硫铵原技术的设备简图见图1,操作过程如下:晶体,中部抽出聚合物,顶部抽出水蒸汽,还要将大进料:来自丙烯睛装置的稀硫铵液经进料口9量的硫铵液抽出加热浓缩后返回结晶器,操作过程进中国煤化工心管5进入结晶室复杂不容易控制。由于原设计结构限制,不能将结2,管12进入进料室8晶器内的聚合物及时的全部抽出,聚合物不断累积,后CNMHG2并在进料室8中浓度越来越高,粘结堵塞设备和管线,影响产品质达到适当的液位。第22卷第l1期压力容器总第156期1.22结晶室2中心管5下端的开口靠近下封头3的底部,而晶体悬浮液出口15的安装高度高于中心管5的下端开口,结晶的硫铵晶体比重较大向下沉降堆积,只有当堆积高度达到晶体悬浮液出口15的安装高度时才能被其抽出,距离晶体悬浮液出口15较远的硫铵晶体,即使堆积高度高于晶体悬浮液出口15,也难于被其抽出。堆积的硫铵晶体浸没了中心管5的下端开口,当浸没的阻力大于循环液体出口14抽出15的动力时,中心管5的下端就被堵塞了。以往设备改造曾经将中心管5的下端一段切去,甚至将中心图1结晶器原技术管5全部切除,但是效果更差。生产:硫铵液在结晶器和加热器之间进行大流由中心管5的下端进入结晶室2的物料直接流量的循环加热浓缩经循环液体出口14抽出,经加向循环液体出口14因为两者之间的直线距离最热器加热后由循环汽液入口7进入进料室8;蒸汽短,液体流动的阻力最小而形成主流道,距离主流道由蒸汽出口1排出,被冷凝器凝结成急冷水回收利越远的液体流速越慢,甚至处于完全静止状态物料用;浓缩的硫铵液经分隔锥体6和中心管5进入结因走短路而形成偏流,也只有在这很小的流动区域晶室2内结晶,硫铵晶体经晶体悬浮液出口15抽出内才是真正有效的结晶区。所以经中心管5下端进脱水干燥包装出厂,同时将分离出的硫铵液返回结入结晶室2的硫铵液因为走短路,停留时间短,结晶晶器;聚合物向上漂浮经聚合物悬浮液出口13抽出效果差,设备空间利用率低。送到聚合物分离器,分离出的聚合物加水焚烧做无原设计只开设一个晶体悬浮液出口15,后来的害化处理,同时将分离出的硫铵液返回结晶器。设备改造中在对面相同高度又开了一个,由于两个清洗:进入结晶器的聚合物不能及时的全部抽晶体悬浮液出口15的安装位置都高于中心管5的出,聚合物在结晶器内不断累积易于粘结和堵塞设下端开口,一方面导致堆积在下面的硫铵晶体抽不备,影响硫铵晶体质量,使其由白变黄甚至发红,所出来会堵塞中心管5,另一方面,经过晶体悬浮液出以需要对设备进行定期清洗。首先将物料全部排口15抽出的物料中含有大量硫铵液,由过滤器分离放再将结晶器内灌满碱水,由循环液体出口14抽出来的硫铵液还要返回结晶器做了许多无效工作。出经过加热器和循环汽液人口7返回进料室8进行循环液体出口14以上是聚合物分离的空间,越循环清洗。清洗干净后将碱水排出,结晶器重新进向上聚合物的浓度越高,浓度越高的聚合物流动性料操作。越差,在最高点高浓度的聚合物悬浮液聚集在由圆.2技术缺陷筒4和分隔锥体6之间的环形夹角中并粘结在设备1.2.1进料室8上,几乎处于不流动状态,虽然圆周开设了三个聚合循环汽液由循环汽液入口7径向进入进料室物悬浮液出口13,但效果不好,由于高浓度聚合物,其中,硫铵液经分隔锥体6和中心管5进人结晶悬浮液的流动性差,而聚合物悬浮液出口13又是径室2,蒸汽经蒸汽出口1排出。聚合物比重较轻,向抽出,只能抽出周围很小范围的聚合物悬浮液,当始终漂浮在硫铵液的上面,不能经中心管5沉降到这个范围的聚合物悬浮液抽完之后,再抽取的则是结晶室2中。由于进料室8中物料的液面不稳定,下方易于流动的硫铵液,水平方向远离聚合物悬浮无法将漂浮在上面的聚合物抽出,使聚合物越积越液出口13的高浓度聚合物悬浮液仍不能被抽出。多,一方面聚合物粘结在圆筒4分隔锥体6和中心方面将抽出的硫铵液送到聚合物分离器中分管5上易于堵塞中心管5,再者聚合物被蒸汽夹带离出来中国煤化工一方面,结晶器经蒸汽出口11进入冷凝器,粘结在冷凝器的换热管中的聚内每六个月要停工清洗一次,部分换热管因不能疏塞排气享日,∠y下CNMHG;粘结设备;堵汉叹块脱落的聚合物通而失去作用,每次清洗冷凝器要花费两万元。堵塞中心管5的下端开口;累积的聚合物也会污染53CPVT硫铵结晶器的改造Von22 Noll 2001结晶的硫铵晶体造成产品质量下降甚至不合格。1.2.3聚合物的其它危害由于结晶器中积累了越来越多的聚合物,聚合物被带入系统中一路粘结,造成料浆泵、母液泵、稠厚器、离心机等设备和管线堵塞。1.2.4频繁停车由于以上种种原因,硫铵装置每一个月要停车次,进行结晶器和系统的清洗,不仅提高了生产成图3结晶器新技术俯视图本,清洗碱水的排放又增加了废水的处理费用并污液体进入中心管5,随着旋转半径的减小,旋转染环境。速度急剧加快,即使其中含有聚合物和硫铵晶体,高2技术改造后速旋转的流体也会轻易的将其送入结晶室2,不会令其在中心管5内粘结、堆积或堵塞。2.1进料室8和中心管5的操作效果2.2结晶室2中的固体和液体分流技术改造后的结晶器结构见图2和图3。将循在中心管5的下端出口与下封头3的底部之间环汽液入口7由原来的径向进料改为切向进料循设置分水盘21,分水盘21的形状象一尖顶翘沿的草环人口导流箱16的开口为矩形截面,开口尺寸的高帽,在中心管5内旋转流下的液体遇分水盘21产生度大于宽度,使进入结晶器的流体尽量贴近圆筒4,折流,在上翘帽沿的作用下,液体旋转着脱离分水盘切向进入的物料推动进料室8中的流体旋转流动,21的外圆向周围斜上方呈碗状抛出,之后,按照左产生以下效果能够将液体中的聚合物裹挟送入结旋螺纹的轨迹,边旋转边上升,直到进入切向安装的晶室2,即使聚合物漂浮到了液体的上表面,也会被循环出口导流箱20的开口,经循环液体出口14抽旋涡带入中心管5流进结晶室2解决了原来聚合出,流体运行空间包括了:轴向高度尺寸自分水盘物在进料室8内滞留和累积的缺陷;由于大大的降21到循环出口导流箱20,环形平面尺寸自中心管5低了液体中聚合物的浓度,防止了聚合物被水蒸汽的外圆到下封头3或圆筒4的内圆,此空间都是液雾沫夹带,经蒸汽出口11带入系统,粘结和堵塞冷体的旋转流动空间,也是硫铵晶体的有效结晶空间,凝器;液体上表面形成旋涡,增加了汽体的挥发面与技术改造前相比,由中心管5下端出口流出的浓积加强了汽液分离效果;液体在进料室8内旋转流硫铵液通过该空间的时间延长很多能够充分结晶,动,不断冲刷设备内表面,防止了聚合物在内表面的结晶质量好,易于操作粘结。液体的旋转方向为俯视观察顺时针旋转,借在下封头3的底部中心安装晶体收集料斗22。助地心引力作用强化旋转力矩。比重较大的硫铵晶体在离心力的作用下,贴向圆筒4和下封头3的内表面,又靠重力向下沉落,沉降到晶体收集料斗22内经晶体悬浮液出口15抽出,其效果是:硫铵晶体不能再积聚到中心管5的出口处堵塞中心管5的出口;抽出硫铵晶体时仅携带少量的硫铵液,提高生产效率;由于浮力的作用,聚合物不会沉降到晶体收集料斗22中,不会粘结晶体收集料斗22和堵塞晶体悬浮液出口15。实施技术改造后能够提高固体和液体的分离效果。23结晶室2中的结晶效果将循环液体出口14由原来的径向抽出改为切向中国煤化工平口为矩形截面,开口进结晶室2中的流体CNMH、晶室2流体的旋转图2结晶器新技术方向是顺时针,经循环出口导流箱20抽出流体的旋54第22卷第11期压力容总第156期转方向也是顺时针,经两组聚合物切向抽出管19抽作,能够确保聚合物悬浮液及时地全部抽出。出聚合物悬浮液的旋转方向还是顺时针,在其合力25设备冲洗作用下,结晶室2中的液体作顺时针旋转流动。由在结晶室2和进料室8中,各安装一组切向冲中心管5出口流出,经过结晶室2流入循环出口导洗管18,用于装置停工之前的设备清洗。结晶器中流箱20的液体不再偏流和走短路,而是按左旋螺旋充满碱水后碱水由排放口1(见图2)抽出经径向安线的流动轨迹,边旋转边升高,直到被循环出口导流装的冲洗水入口17流入轴向安装的冲洗管18,经安箱20抽出,大大延长了硫铵液在结晶室2内的停留装在冲洗管18上的若干喷嘴切向喷出,带动水流作时间硫铵液在其中有足够的时间结晶,硫铵晶体也顺时针旋转,冲刷设备。与原有技术比较具有消耗有足够的时间沉降减少了流入循环出口导流箱20功率小,冲洗效果好的特点。的硫铵晶体和可结晶的硫铵液,相应减少了硫铵晶体堵塞系统中的设备和管线技术改造后提高了碗3结语铵液的结晶效果和设备空间利用率。2003年,该硫铵装置完成技术改造并获得成2.4结晶室2中的聚合物抽出功,采用国家专利技术设计制造的聚合物分离器圆周布置两个切向抽出聚合物悬浮液的出口分离效果较好,本技术是通过采取合理的设备结构13(见图2和图3)。如23节所述液体在结晶室2充分利用物料自身的流动性能,不仅没有增加输人中作连续的顺时针流动,带动位于圆筒4和分隔锥新的能源,而且还节省了能源消耗,降低劳动强度方体6环形空间夹角中的聚合物悬浮液也作顺时针流便操作,提高产品质量延长生产周期,降低设备和管动,切向安装的聚合物切向抽出管19的开口迎着液线的清洗和检修费用,提高经济效益减少了环境污体的流动方向,且切口倾斜向上(见图2),随着液体染,本技术已经取得国家专利21的转动,位于圆筒4和分隔锥体6夹角顶端的聚合参考文献物连续不断的旋转到聚合物切向抽出管19的开口处依次被抽出结晶室2内将不再积累聚合物,由1]于广彦.液柑悬浮聚合物分离装置P].中国Z032此,能够消除由聚合物累积造成的沾壁堵塞和影响60551.X.2004.10.06硫铵晶体产品质量等种种技术缺陷。两个聚合物悬2]于广彦,旋流式硫铵结晶器[P].中国:Z200420070059X,2005.07,27浮液出口13各自连接泵和管线将各自抽出的聚合物悬浮液分别送入聚合物分离器,避免了原来若干收稿日期:200-08-29出口共用一条输送管线同一时间只能由一个出口作者简介:李静林(1965-),男,助理T程师通讯地址:黑龙抽出聚合物悬浮液的缺陷,采用两个泵同时连续操江省大庆市大庆石化公司化工二厂硫铵车间(上接第13页 Pipe Line Industry,192,75(1):64-65[9] Chiovelli S C, Dorling D V, Glover A G et al. Main Line[4 Starsmore R P. A Subsea Welded Tie-in on a Gas PipelineFailure Resulted from Combination of Minor Causes [J].Oilwithout Production Loss.J]. Oil Cas-European Magazineand Gas Journal, 1994, (3): 91-1001995,21(4):16-19[10] Nippard F, Pick R J, Horsley D. The Influence of Initial[5 Hicks D J. Guidelines for Welding on Pressurized Pipe[J]of a HotPipeline and Gas Journal, 1983, 210(3): 17-19[J]. Pipes and Pipelines International, 1996, 41(5): 31[6 Sabapathy PN, Wahab M A, Painter M J.TheBurn-through During In- service Welding of Ga1]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社[J]. Intemational Journal of Pressure Vessels[12 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section l and Y7薛小龙,桑芝富,姜卫忠.带压开孔结构多道间断焊的2. 1986 Version.数值模拟[J.焊接学报,2005,26(4):25-28[8 C.R. Seele, M. 1. steele. Stresses Analysis of Nozzles收稿日期中国煤化工Cylindrical Vessels With Extemal Load[J]. ASME Journal作者筒CNMHG向为过程设备的Pressure Vessel Technology, 1983, 105: 191-200结构与强度,通讯地址:南京工业大学机械与动力工程学院。