低温多效蒸馏

低温多效蒸馏（精选3篇）

低温多效蒸馏 篇1

一、低温多效蒸馏海水淡化技术原理

低温多效蒸馏海水淡化技术主要利用盐水的最高蒸发温度70℃对海水进行淡化的技术,其技术原理主要是将水平管降膜蒸发器进行适当的串联,并将其分为若干个小组,使用适量的蒸汽输入,使其进行多次的蒸发与冷凝,进而得到更多的热蒸汽量蒸馏水的海水淡化技术。

在使用低温多效蒸馏法对海水进行淡化时,需先让海水进入到冷凝器中进行适当的预热和脱气,之后将其分为两股物流,一股作为冷却水重新排回大海,而别一股则作为蒸馏过程中的使用材料。作为淡化材料的海水在加入一定量的阻垢剂之后,引入到相应原蒸发器中,料液会随着喷嘴均匀的分布到蒸发器的各个顶排管中,之后料液会沿着顶排管以薄膜的形式不断的向下流动,从而使一部分水因为吸收了收管中的冷凝蒸汽而出现潜热蒸发现象。而二次蒸汽会在下一个蒸发器中将料夜再次冷凝成为产品水,再将剩余的料液通过泵输送到蒸发器内部的下一个效组内,此时,这一组的的操作温度需要比上一组的温度高,材料会在该效组中再进行系列的喷淋、蒸发以及冷凝,经过多次重复的喷淋、蒸发以及冷凝之后的海水,会通过泵往温度更高的效组输送,最后在温度最高的效组中形成初期淡水。

二、炼化企业低温余热回收与利用

炼化企业中的低温余热主要是指企业在生产过程中产生的大于油品本身储存温度或者是工艺本身需要温度,而没有对其进行回收利用的热量。在对炼化企业的低温余热的进行回收时,企业首先应该对回收的工艺装置换热流程、系统热集成进行适当的优化,减少工艺的能源消耗,以降低低温余热的产生。在企业的生产过程度中如果热量的温在80℃～160℃之间,就可以将其作为低温余热进行回收利用,如果热量的温度超过了160℃,则可以将其运用在蒸汽生产中。在对炼化企业的低温余热进行回收和利用时,其系统大部分都是将水作为热媒,对热量进行传送,热水的温度通常是在70℃～95℃之间。在对低温余热进行利用时,需要对其长周期运行的同级利用价值进行充分的考虑,其次,应该对全年中各个时间点利用的同级利用进行考虑,最后,才对其升级利用的价值进行考虑。就目前的情况而言,大部分的民炼化企业主要是以同级利用作为重点,在总热量的利用比例中占到了的76%以上,因此,在对其进行直接加热的过程中,热负荷的多少对于低温热量的利水平有着直接的影响。当前,低温余热的回收利用已经成为我国炼化企业进行节能降耗的一大重要途径,对于炼化企业完成“十二五”节能减耗的目标具有重要作用。

三、低温多效蒸馏海水淡化技术技术应用

1.建议方案。炼化企业可以建立一个局部低温余热回收系统,用来在企业生产过程中对低温余热进行回收。可将氧水作为热媒水,将其取热前的温度控制在65℃～70℃之间,取热后的温度设置为95℃,利用这样的方法大约可以回收热量24 MW,将其折算成热水流量就是820t/h。如果把温度为95℃的热水闪蒸到70℃,闪蒸出蒸汽为30t/h,那么把这股蒸汽用于低温多效蒸馏装置中就可以生产出一级除盐水4200 m3/d。2.对用水的成本进行估算。如果银行的贷款利率按照6.55%来进行计算,投资的折旧年限以15a来计算,低温多效蒸馏装置主体实际寿命可以达到30a,这一点已经通过实际运行得以验证。按每个装置的维护保养费在总投资比例中点的3%来计算,化学品方面的费用,主要用于阻垢剂与装置清洗,正常情况下可运行1a进行一次清洗,在装置运行的过程中,每班人员可安排2人,以4班3倒开展工作,每天最少安排8个人执行,每个操作人员每年平均采用低温多效蒸发海水淡化技术生产出约为一级除盐水,若产品水的价格为4.94元/m3,当中的投资成本为39%,电力成本为20%。如果用低温多效蒸馏进行生产,其中一级除盐水价格主要由投资成本与当地的电价决定,由于各个地区之间的电价差异并不是很大,大部分都是0.5～0.6元/(kW·h),因此,水价也基本为4～6元/m3,由此可以算出该企业的年均费用约在17.9万元右。

参考文献

[1]刘志江.低温多效蒸镏海水淡化设备选材分析[J].热力发电,2012,41(12):97-67.

[2]张建丽,丁涛,周洪光,等.低温多效蒸馏海水淡化设备大型化的技术研究[J].热力发电,201 2,41(6):85-88.

负压低温在多效蒸馏水机中的应用 篇2

负压低温多效蒸馏系统是将前一个蒸发器蒸发出来的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽。降低压强, 所以其沸点降低, 并在下一蒸发器中冷凝为产品, 热能得以重复利用, 这样会大大增加蒸馏水产量。

2 低温多效蒸馏技术的流程

原料水在排热冷凝器中被预热和脱气, 之后被分成两部分。一部分物流作为冷凝液排弃, 另外一部分物流变成蒸馏过程的进料液。料液被引入到热回收段中。喷淋系统把料液喷淋分布到各蒸发器中的顶排管上, 沿顶排管向下自由流动, 一部分原料水由于吸收了在蒸发器内潜热而汽化。被轻微蒸馏的剩余料液用泵压入到蒸发器的下一组中, 该组的操作温度要比上一组低, 在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。剩余的料液流到下一级, 直到最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开。生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部, 在管内发生冷凝的同时, 管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸发。产生的二次蒸汽在穿过蒸馏水液滴分离器之后, 又引入到下一效的传热管内, 后一效的操作温度和压力要低于前一效。这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复, 每效都产生了相当数量的蒸馏水, 到最后一效的蒸汽在排热段被原料水冷凝。

3 蒸发器单元的数学模型

每一级蒸发器的热过程有原料水预热, 原料水蒸馏, 蒸汽凝结等环节。由热工理论, 可建立多级蒸馏过程的数学模型。

3.1 预热过程模型

第j级预热器的能量平衡方程为:

式中为预热器管内原料水热容量, 原料水水当量。

管内热换量可以用下式表示:

蒸汽凝结量为, 管外蒸汽冷凝放热量为, 式中rj为蒸室压力pj下的凝结潜热。

蒸馏室温度方程为:Tdj=Tj-BPEj-∆tnej-∆tdj-∆tcj=Tj-∆tlj (3)

3.2 蒸馏室温度和压力的关系

根据热力学理论, 假定蒸室内压力pj各处均匀。

在动态过程中, 温度损失会有所变化, 设为常数。则各级闪蒸器的压力与温度的变化关系近似表示为:

4 系统的性能分析模型

4.1 蒸馏水产量

原料水蒸馏后离开每一级时都有一个温度降ΔT st, 称为级间递减温度.在循环原料水初级和末级温度确定的情况下, 按各级等温降原则可计算得到ΔT rt.如果装置的总级数为n, 则多级蒸馏装置的级间递减温度为

式中:T0为最高浓缩水温度;Tn为末级浓缩水温度.第j级蒸馏室产生的蒸汽流量为

式中:α为引到下一M级的蒸M汽占本级蒸汽的比rvj重.系统总的蒸馏水产量为

4.2 性能指标

4.2.1 蒸馏效率

对于蒸馏系统, 蒸馏效率P是衡量其性能的最重要的参数, 它是指蒸发装置蒸馏水总产量与原料水加热器所有消耗的蒸汽量之比, 定义P=Md/Ms (4)

系统原料水加热器的热平衡方程为Msrs=Mrcp (T0-t1) (5)

式中:t1为热回收段蒸馏室第1级冷凝管的出口水温.利用式 (2) 、 (5) 得

4.2.2 循环率

对于多级蒸馏系统, 循环率U是衡量其装置重要性能指标, 即为循环原料水流量与蒸馏水总产量之比U=Mr/Md (7)

5 负压蒸馏的要点

5.1 真空度的选择

蒸发系统真空度的选择是负压蒸发的关键。在选择真空度时, 应综合考虑真空度大小对二次蒸汽利用的可能性及其利用程度等。理论上说, 系统的真空度越高, 纯化水的沸点越低, 蒸发所需的热量越少。对于第一蒸发器, 操作温度不高, 因此选择一蒸的负压时, 主要考虑二次蒸汽热能利用和抽真空所需能耗两个方面的问题。由于二次蒸汽的量最大, 其所含热量也最多, 被用于一蒸加热的热源。如果真空度非常高, 则由于蒸发操作温度低, 其蒸发所需热量少, 会导致二次蒸汽的热能利用不充分。降低真空度, 则传热温差大, 所需传热面积就小, 但抽真空所需能源消耗大;蒸脱机二次蒸汽的温度一般为70～75℃, 若一蒸的真空度低, 则传热温差小, 所需传热面积就大, 由于一蒸的操作温度高, 使二次蒸汽不能完全冷凝释放热量, 不能充分利用能源;因此, 一蒸真空度的选择应适宜。在采用蒸脱机的二次蒸汽作为其热源时, 考虑20℃左右的传热温差, 则一蒸的真空度应控制在70～75kPa为宜。

5.2 尾气的处理

从原料水蒸发系统抽出的气体主要为未凝结的溶剂气体和不凝性的空气, 在蒸汽喷射泵的混合腔内与喷嘴喷出的蒸汽混合后排出, 混合气体携带了较多的热量, 具有利用的价值。因此通常的处理方法有下面两种:一是作为辅助加热热源;二是可以直接排入冷凝器。

5.3 冷却水的配置

冷却水量供给选择循环水, 进水温度在20℃～30℃不致于使溶剂冷凝液的温度太高。循环水量的确定可以先根据热量衡算得出总的传热负荷。用多于热量衡算计算的总量依次通过各冷凝器, 通过每一冷凝器的水量都是相同的, 而总的冷却水温度差还是7℃～10℃, 不同冷凝器的温升会不一样。

6 结语

本系统操作温度低, 避免或减缓了设备的腐蚀和结垢, 进料水的预处理简单, 系统的操作弹性较大, 系统的动力消耗小。

参考文献

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典 (二部) [Z].北京:化学工业出版社, 2000.附录186

[2]王世昌.海水淡化工程[M].北京:化学工业出版社, 2003.

多效蒸馏水机应力腐蚀开裂的防治 篇3

关键词：蒸馏水机,蒸馏塔,应力腐蚀开裂

多效蒸馏水机是制药行业必不可缺的设备之一。它所生产的蒸馏水水质稳定、纯度高。而蒸馏水机主要由蒸馏塔、换热器、冷凝器以及控制系统组成。蒸馏塔内构造分两部分, 即加热室和蒸发室, 目前材料均为022Cr17Ni12Mo2不锈钢。蒸馏水机在实际使用时, 一方面要与各种“腐蚀性介质” (主要是锅炉蒸汽中的Cl-) 相接触;另一方面处在160℃左右的高温工况, 同时又承受着各种不同的应力———静止的或交变的, 内在的或外加的。因此, 从理论上讲产生应力腐蚀开裂的几率很高。从对用户大修的蒸馏水机主要材料的金相分析结果统计来看, 有相当一部分蒸馏水机的Ⅰ蒸馏塔, 均不同程度地发生了应力腐蚀开裂。

蒸馏水机中的不锈钢应力腐蚀开裂一般出现在冷凝器的加热与冷却侧的传热面处、加热室的加热介质 (蒸汽) 与工作介质的传热面处、不锈钢管的胀管部位和管与管板或隔板的间隙处以及其他一些由于焊接而留有残余应力的部位。其中, 尤以锅炉蒸汽加热侧的筒体应力腐蚀开裂情况最为严重。

因此, 探讨不锈钢在应力作用下的腐蚀开裂问题, 对于设备的正常运转和使用, 有着非常现实的意义。

1 应力腐蚀开裂产生的机理与特点

金属受到周围介质的作用而引起的破坏, 一般称为金属腐蚀。大量的实验和实践已证实, 当金属变形或受有应力作用时, 不仅腐蚀速度增大, 而且还能改变腐蚀的分布情况, 使均匀腐蚀变为局部腐蚀。而应力腐蚀开裂就是金属在应力 (残余应力、热应力、工作应力等) 和腐蚀介质的共同作用下引起的一种破坏形式, 是局部腐蚀的一种类型。

1.1 不锈钢产生应力腐蚀开裂的介质和裂纹形式

引起不锈钢产生应力腐蚀开裂的介质很多, 很难一一列举。表1为常用Cr-Ni不锈钢产生应力腐蚀开裂的主要介质和裂纹形式。

注:●穿晶裂纹;〇晶间裂纹;●+〇穿晶+晶间裂纹。

从表1中可看出, 产生不锈钢应力腐蚀开裂的主要介质是各种有机、无机氯化物及其水溶液、氢氧化物、硫化物及连多硫酸 (H2SXO6) 各种盐类。其应力腐蚀开裂的形式微观看主要有穿晶裂纹、晶间裂纹以及二种裂纹的混合等3种形态。穿晶裂纹系穿过晶粒而延伸 (如图1) , 晶间裂纹系沿晶粒间界而发展 (如图2) , 混合形式则既有穿晶又有晶间。

因此, 笔者从返修的蒸馏塔筒体上取样, 经打磨、镜面抛光, 在高倍金相显微镜下分析, 发现其裂纹的特点是:在主干裂纹延伸的同时, 还有若干分支同时发展, 貌似落叶后的树枝状。裂纹的纵深一般比宽度大若干个数量级。基本与理论上所阐述的应力腐蚀开裂特征相符。经判别认为蒸馏塔列管水侧出现的应为穿晶应力腐蚀开裂, 而蒸馏塔蒸汽侧出现的应为晶间应力腐蚀开裂。

1.2 蒸馏水机应力腐蚀开裂情况

经过对全部返修的蒸馏塔的仔细检查和取样分析, 总结出蒸馏水机应力腐蚀开裂的3种情况:

(1) 锅炉蒸汽中的Cl-在筒体上的凝结, 同时因筒体焊接而产生的热应力所引起的筒体应力腐蚀开裂, 这种情况占蒸馏水机应力腐蚀开裂的实例的80%。

(2) 管板与管子的连接而产生的张应力, 而产生的蒸汽管焊缝附近的应力腐蚀开裂。

(3) 热交换器不锈钢管胀管部位和既有胀管又有缝隙的管与管板交界处的应力腐蚀开裂的外观。是由于冷却水中含有微量Cl-, 胀管部位有残余应力并存在缝隙, 从而导致不锈钢管的应力腐蚀开裂。

2 不锈钢应力腐蚀开裂的主要影响因素

2.1 材质的影响

早期的蒸馏水机大多数采用00Cr17Ni14Mo2不锈钢制造, 其材质具有良好的焊接性能和良好的抗晶间腐蚀能力。但是, 由于应力腐蚀机理不同于晶间腐蚀, 因此, 抗晶间腐蚀能力强的不锈钢不一定具有高的抗应力腐蚀能力。理论和经验证明:应力腐蚀的敏感性主要决定于应力大小和方向, 同时还与腐蚀介质的种类、浓度和温度有关。文献[1]指出, 奥氏体不锈钢对应力腐蚀的敏感性最大。即使在其中添加稳定碳化物的元素钼、铌或钛, 也不能完全避免应力腐蚀。因此, 蒸馏水机采用的材质022Cr17Ni12Mo2不锈钢, 也不能避免应力腐蚀的发生。

2.2 介质的影响

应力腐蚀只有在应力和介质的同时作用下才会产生。因此介质是应力腐蚀的必不可缺的条件之一。

2.2.1 Cl-的影响

蒸馏水机的工作介质 (进料水和冷却水) 虽然是离子水, 但其加热介质却是锅炉蒸汽, 大部分是未经软化处理的锅炉蒸汽, 其Cl-含量高达数百ug/m L, 这就给应力腐蚀开裂制造了一个温床。

西默斯指出 (如图3所示) : (1) 汽相中较液相中更容易产生应力腐蚀开裂; (2) 有氯、氧存在, 汽、液相中钢的应力腐蚀开裂均加速; (3) 氧化物浓度提高, 开始产生应力腐蚀开裂所需的最低应力要降低。

对设备使用现场勘察及取样分析, 发现环境中沸腾水的飞溅和冷凝液的下滴以及在汽相中, 氧含量较高和由于干/湿交替, 在高温环境中, 微量氯化物在不锈钢表面上易浓缩。氯化物的浓缩与蒸馏水机设备、部件、管道中的应力相配合, 便可导致应力腐蚀开裂的出现。根据裂纹 (应力腐蚀开裂的显微裂纹系呈晶间形式) 、断口特征和上述使用条件 (工作介质为含有氯化物和氧的水;设备有残余应力、工作应力和热应力等等) 分析, 螺栓的应力腐蚀开裂、蒸汽管焊缝附近的应力腐蚀开裂、热交换器不锈钢管胀管部位和既有胀管又有缝隙的管与管板交界处都是由于氯化物应力腐蚀开裂所造成。

为了使判断更加确切, 我们在试验室内进行验证试验。介质为常用的高浓度氯化物 (42%沸Mg Cl2) 溶液和模拟介质 (含氯化物、温度与使用条件基本一致) 2种条件。材料为自破坏设备上取下的未开裂的不锈钢管和未经过使用的同牌号管材以及板材。试样为C型 (管材) 和U型 (板材) 2种形式。试验进行到试样出现应力腐蚀断裂为止。然后, 取出观察裂纹和断口特征并与实际破损设备、部件已检查出的结果相比较。试验表明, 无论哪种验证试验条件, 其所得裂纹和断口特征与上述开裂特征基本一致。其显微组织如图4～7, 观察到裂纹为穿晶且有分支等特征;断口均具有河川状花样。从而进一步肯定了所分析的破坏原因是正确的。

2.2.2 温度的影响

一般认为, 氯化物介质的温度越高, 越容易产生开裂。由于蒸馏水机的正常工作温度一般均在160℃左右, 从图3中可以看到这个温度正处于开始产生应力腐蚀开裂所需的最低应力位置, 因而应力腐蚀产生的可能性就大大增强。

2.2.3 pH值的影响

从理论上讲, pH值低于6时仅产生一般腐蚀, 而当pH值为6～7时, 就将产生应力腐蚀, 奥氏体类不锈钢尤为敏感。这可能与Cl-在金属表面的吸附作用有关。

2.3 制造的影响

由制造引起的奥氏体类不锈钢应力腐蚀主要是焊接所产生的残余应力, 从焊接件焊缝附近应力分布来看, 焊缝中间为张应力, 而两侧为压应力。此种焊接残余应力与高浓氯化物介质共同作用, 也会导致Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂。另外, 机械加工所造成的表面残余应力以及冷加工变形等对奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂倾向都有较大影响。

Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂, 载荷应力 (σ) 和开裂时间 (ts) 的关系, 一般符合lg (ts) =a+bσ方程。式中a, b为常数。这表明所受应力越大, 不锈钢产生应力腐蚀开裂所需时间越短。

3 防止应力腐蚀开裂的措施

3.1 介质条件的控制和使用操作条件的改善

既然有腐蚀性介质存在是不锈钢产生应力腐蚀开裂的一个重要条件。那么控制介质条件, 例如降低介质温度、浓度、流速等, 就可以减缓应力腐蚀开裂的进行, 甚至可以避免应力腐蚀开裂的产生。改善介质条件的方法主要有以下几种:

3.1.1 尽可能降低进料水Cl-含量

这一点对于原水是采用地下水的用户尤为重要。过滤精度不够, 使热水和高温水中含微量Cl-或OH-。Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂主要是由于Cl-的吸附以及Cl-或OH-的浓缩所致。因此控制介质, 主要是设法降低它们的浓度并防止吸附和浓缩。为此, 要求蒸馏水机的进料水的初级用水应符合有关饮用水的质量要求, 然后再采用离子交换的方法去除氯化物等杂质, 有效地延长使用寿命。

3.1.2 锅炉蒸汽 (锅炉用水) 的软化

前面已经讲过, 由于水和蒸汽的蒸发会引起Cl-的浓缩, 产生应力腐蚀开裂。为了防止Cl-、OH-等浓缩, 除在可能条件下避免水的蒸发外, 蒸馏水机在长期运行后, 有污垢沉积在蒸馏塔的表面, 因此锅炉蒸汽一定要进行软化。

3.2 焊接工艺的改进

众所周知, 任意的焊接件出现焊接应力是不可避免的, 但焊接应力的大小则取决于焊接工艺的好坏。焊接工艺参数设置不当, 必然导致较大的焊接应力产生。一般认为, 不锈钢的焊接工艺参数应比碳钢小20%以上。且施焊时, 应采用小电流、高焊速、快冷却及窄焊道的焊接方式, 这样就可以消除或减少不锈钢部件中残余焊接应力。

3.3 合理设计降低杂质浓度

另外, 还可以通过改进设计来降低杂质浓度的聚集。蒸馏水机在蒸馏过程中被聚集的所有杂质的浓缩水必须从规定的管口及时排出, 冷凝器内部的不凝性气体从规定的另一顶部管口及时排出。在加热蒸汽进蒸馏水机前, 进汽管加过滤器和排污口以防止管路堵塞。保证蒸汽处于饱和、干燥且不含化学物质及杂质的状态。为了防止离子交换器内的树脂粒子以及其他杂物进入, 笔者建议在进料水水箱前的管线上安装1个>150目的过滤器等。

3.4 定期清洗和经常排污

蒸馏塔经过一段时间运行、使用后, 经常有大量铁锈 (大多数是非不锈钢部件受蚀而带来的) 和污垢附着在不锈钢表面上。这不仅影响设备的热交换, 引起局部过热, 同时也易造成Cl-的吸附和Cl-、OH-的浓缩。因此进行定期清洗, 有助于设备中腐蚀产物和水垢的清除, 延长使用寿命。必须考虑机器酸洗, 使之保持在理想的工作状态之中。但清洗后的蒸馏水机必须作中和处理, 并检查排出的冲洗水, 确保完全中性。

其次, 处于停机状态的蒸馏水机应尽可能将蒸馏塔和管道中的积水排放干净, 特别是较长时间停机更必须如此, 将腐蚀减小到最低限度。

4 结语

从分析和实例来看, 蒸馏水机应力腐蚀开裂是一种可以通过制造厂和用户共同努力来避免或减少的材料破坏现象。笔者曾将此分析和建议提交厂部并付诸实施, 同时有心对改进后出厂的蒸馏水机进行质量跟踪, 发现凡工艺条件较好的用户, 基本没有再出现应力腐蚀开裂的现象。

参考文献

[1]陈德和.钢的缺陷.北京:机械工业出版社, 1977

[2]刘永辉, 张佩芬.金属腐蚀学原理.北京航空工业出版社, 1993

[3]上海市金属学会.金属材料缺陷金相图谱.上海科学技术出版社, 1966

[4]肖纪美.应力作用下的金属腐蚀——应力腐蚀.氢致开裂.腐蚀疲劳.摩耗腐蚀.北京:化学工业出版社, 1990