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      孔板流量計在副產蒸汽合成爐的工藝流程中的應用

      作者: 來源: 發布時間:2017-10-17 11:18:10

               氯堿生產過程中,一方面需要消耗大量低壓蒸汽,用來鹽水精制、飽和精鹽水升溫等;另一方面氫氣與氯氣合成氯化氫過程中又產生大量的熱(合成 1 kg氣態氯化氫可釋放 2 502 kJ 熱量),需要通過循環水移除反應熱。此過程中不但浪費了大量的熱能,而且還增加了循環水系統的運行成本。

       
              國內關于氯化氫合成熱能利用,主要為利用反應熱副產熱水和蒸汽兩種。副產熱水工藝,由于在爐頂部和底部容易受腐蝕,影響生產且副產的熱水應用范圍有限等局限性,目前已經基本被淘汰。副產蒸汽工藝,根據蒸汽等級主要分為低壓、中壓兩種工藝,優缺點各異。金川集團有限公司化工廠結合自用低壓蒸汽的特點,對氯化氫合成余熱進行綜合利用,取得了顯著的經濟效益。
       
      1 副產蒸汽工藝流程
              來自氫氣處理工序的氫氣,經氫氣穩壓閥氫氣緩沖罐穩定壓力后,經孔板流量計和計量自動閥控制后進入氯化氫合成爐燈頭;來自氯氣處理工序的氯氣,經氯氣穩壓閥、氯氣緩沖罐穩定壓力后,再經孔板流量計和計量自動閥控制進入氯化氫合成爐燈頭,氫氣、氯氣以 1.05∶1 的摩爾比在燈頭上燃燒,生成 HCl 氣體。HCl 氣體向上經過爐底燃燒室、蒸發段、過渡段、冷卻段、降溫至 45 ℃后,進入 HC1 吸收系統生產精制鹽酸。來自脫鹽水站的脫鹽水由補水泵強制打到合成爐蒸發段下部的集水箱吸收 HCl 氣體的反應熱,被加熱的飽和脫鹽水自合成爐蒸發段上部集水箱出來進入閃蒸罐,因壓力變化飽和脫鹽水在閃蒸罐中迅速汽化,閃蒸罐頂部輸出飽和蒸汽,底部冷凝液自流至合成爐蒸發段。合成爐副產壓力約為 0.30~0.40 MPa 的飽和蒸汽,直接并入氯堿低壓蒸汽系統,作為精鹽水預熱和鹽水工序化鹽的熱源等。副產蒸汽合成爐工藝流程圖見圖 1。
      副產蒸汽合成爐工藝流程圖
      孔板流量計的特點:
       
      比較突出的是:
              (1)結構牢固、性能穩定、工作可靠,基本上是“免維護儀表”。
              (2)儀表本體是一段直的測量管,內壁經過加工,精度高,而標準孔板要另訂一段直管段才能達到同樣效果。安裝誤差(偏心、密封墊片伸入管道等)對儀表的測量幾乎沒有影響,因此本儀表的使用精度比標準孔板高。
              (3)節流件和測量管內壁都是形狀簡單的圓形,容易達到高的尺寸精度、嚴的形位公差,利用“抽樣標定”就能獲得高精度,流出系數穩定性好。
              (4)流體進入儀表本體后經過測流板的突然阻擋,強制再分配均化了來流時的畸變,通過環孔節流再加上“均壓環”取壓機構,使得進入差壓變送器的測量值(差壓)很少受上游局部阻力的影響。
       
      2 副產蒸汽合成爐特點
              副產蒸汽 HC1 合成爐采用 DCS 集中控制,現場無人值守。最大限度保證了裝置的安全、高效、自動化運行,該生產裝置具有以下特點。
       
      2.1 爐火視頻監視與爐火熄火自動聯鎖
              自動點火由自動切斷閥、爐火監視系統、點火裝置和控制程序組成。在滿足點火條件下,啟動點火程序,裝置自動進行操作:自動氣體置換后,氫氣經點火槍在壓縮空氣助燃下燃燒,引燃石墨爐主燈頭處的混合氣體。石英燈頭采用梅花孔式石英燈頭,使氫氣、氯氣能夠按照一定比例充分混合,燃燒充分,避免游離氯。
      2.2 蒸汽控制
              合成爐副產蒸汽主要通過進水調節閥控制液位、蒸汽出口閥控制蒸汽壓力。另外,為保證合成爐安全運行,還增設了鍋爐液位低限聯鎖保護和蒸汽壓力高限自動排放泄壓的保護裝置。
      2.3 自動連鎖保護
              該裝置設有緊急停車及意外聯鎖、火焰熄滅聯鎖、循環水流量聯鎖、儀表空氣及壓力聯鎖、氯氣、氫氣及氮氣閥門的安全狀態聯鎖、合成爐頂壓力聯鎖、合成爐頂溫度聯鎖等多個聯鎖保護。當任何一個連鎖條件滿足時,系統立即自動執行停車保護程序,并進行自動充氮。
      2.4 耐高壓、高溫
              合成爐爐體采用進口細顆粒的石墨材料加工外,同時采用進口改性樹脂浸漬,經 60 h 280 ℃的高溫碳化處理,縮小了石墨爐體與樹脂兩種不同物體的膨脹系數,消除了在一定高溫下的應力,確保設備正常運行。
      2.5 冷密封
              合成爐的密封采用分段結構,使高溫區與低溫區分開,將所有的密封設置在低溫區,避免了開停車過程中由于溫差過大導致密封墊的熱漲冷縮所引起的泄漏,同時密封墊片采用進口材質。
       
      3 應用效果
      3.1 運行情況
              采用組合式副產蒸汽石墨氯化氫合成爐代替常規合成爐,可在 30%~110%范圍內調解,平穩運行至今已經接近兩年。合成爐副產的蒸汽應用于系統中鹽水化鹽、精制、升溫、設備保溫等方面,不僅回收了反應熱,降低了外購蒸汽的使用量,減少了公用系統的負荷,減少了動力能耗。單臺合成爐正常生產能力50t/d(100%HCl ),每噸 HCl 可副產 0.30~0.40 MPa 的飽和蒸汽 0.65~0.68 t,經濟效益顯著。
       
      3.2 效益分析
      3.2.1 蒸汽效益
              氯堿生產蒸汽單耗顯著下降,蒸汽單耗由原1.7t 蒸汽/tNaOH,降至 0.5t 蒸汽/tNaOH。按照 50t/d(100%HCl)副產蒸汽石墨合成爐計算,每合成 1 t 氯化氫氣體可副產低壓蒸汽 0.65~0.68 t。20 萬t燒堿裝置,以日產 100 t 氯化氫為例,2 臺副產蒸汽石墨合成爐滿負荷生產時,日產蒸汽約 65 t (2.71t/h),蒸汽單價以 115 元/t、純水 5 元/t 計,年開車 8 000 h,年創效益約(115-5)×2.71×8000=238.5(萬元)。
       
      3.2.2 公用系統節電效益
              與常規合成爐相比,采用副產蒸汽氯化氫合成爐,將氯化氫合成大部分放熱產生蒸汽,循環冷卻水用量大幅減少。以日產 100 t 氯化氫為例計算,每小時產出熱量約為 6.8×106 kJ/h,若將用來副產蒸汽的 65%的熱量以循環冷卻水的方式移熱,則需消耗269 t/h 的冷卻水量(循環冷卻水溫升按 6 ℃計),按一般循環水裝置配置約需 100 kW 動力電,電價按0.5 元/kW·h 計,年開車 8 000 h,年可節約動力電費用約四十萬元。
       
      4 結語
              (1)副產蒸汽氯化氫合成爐較常規合成爐,由于其采用了高度自動化控制手段、先進的設備制造技術和優化的工藝技術水平,大大提高了裝置的本質安全;
              (2)副產蒸汽合成爐不僅回收利用了合成爐的反應熱,而且減少循環水的使用量。以日產 100 t 氯化氫為例,采用副產蒸汽合成爐較常規爐相比,每年可直接創收約 280 萬元,經濟效益相當可觀,對于新建項目還可以節省循環水的投資;
              (3)社會效益顯著,符合國家提倡的節能減排政策要求,具有極大的推廣意義。

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