气体换热器

2023年4月20日，由航天科技集团六院航天氢能科技有限公司研制的国产首套使用连续型正仲氢转化换热器的氢液化系统一次性开车成功，稳定产出液氢，包括控制系统、催化剂、连续型换热器等核心部件均实现国产，该系统是六院自2020年以来第三套研制开车成功的民用氢液化系统。该系统攻克了氢液化流程中复杂“流-热-固耦合”过程设计及功能实现，在国内首次实现连续型正仲氢转化换热器的工程实现，结构更加紧凑、核心部件冷箱绝热效率显著提升；优化并验证了集故障诊断、自动启停、变工况自适应控制等于一体的先进智能控制逻辑。经过近百日的技术讨论与验证以及近一年的设备攻关研制，经过单体测试、系统集成、吹扫置换、系统联调等严格的过程控制，系统一次性开车成功，连续稳定运行超72小时并实现了启-运-停全过程自动化控制，标志着我国在深低温工业级装备的设计、制造、集成和测试技术日臻成熟。继2021年9月9日我国首套国产2吨/天氦膨胀制冷氢液化系统开车成功以来，航天氢能团队锚定目标踔厉奋发，向采用更先进的连续型正仲氢转化换热器的氢液化系统攻关迈进，再一次打破了国外相关技术的垄断封锁，提升了我国深低温及液氢规模化生产领域的自主可控能力和国际地位及技术话语权，也为攻克大型连续型正仲氢转化换热型氢液化系统奠定了坚实的技术基础。

在传统测量方式中，往往受限于被测物体体积及形状，给测量工作带来不少的困难，而无接触式扫描测量方式则可以轻松克服这些难关，今天，小编带你走进能源领域——使用FreeScan Trak 便携式无线CMM测量解决方案测量热交换器。”换热器，又称热交换器，是用于能源转换的一个工具，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要。其在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。对于换热器加工厂而言，遇到动辄高2米，长5米的换热器，较为常见。现在，我们就来对比分析一下，使用传统的人工测量和使用三维扫描测量这两种方式，测量这个“大家伙”有什么不同之处。传统方式人工皮尺测量，这里我们以换热器的长度和平面直径这两项内容为例。此图仅做示意，不代表换热器测量的全部内容，1为示意测量热换器某部分长度，2为示意测量热换器某一平面直径。（该图源于百度图库）测量内容：只能测量一些基本的长度、直径，类似曲面等部位，难以测量。测量方式：一项一项进行测量，测量方式基本是通过两个人配合，分别在两端确定一个点，两点确定一条直线，测出直线数值（某些测量时，需要爬高操作，具有安全风险）。测量结果：人工操作，误差较大，结果难以保证。三维扫描测量方式使用三维扫描仪进行换热器的完整扫描，导入检测软件进行测量。测量内容：扫描一次，获取准确完整三维数据，各部位测量结果可以快速输出。测量方式：通过操作FreeScan Trak的光学跟踪仪，获取换热器完整三维数据（较高的部分，可以通过滚动热换器，完整扫描换热器整圈的数据即可，无需爬高）。测量结果：计量级精度（最高可达0.03mm），准确获取数据，测量结果有保证。- 数据截图 -- 检测结果（部分） -两种测量方式对比_传统方式三维扫描测量方式测量内容较少全面测量方式简单、危险高效、安全测量结果误差大准确总体而言，通过高精度3D数字化的方式来进行换热器的测量，数据更加准确，扫描一次即可获得所需测量的各项数值（无需一项项分开测量），且提高了生产检测过程的安全性。随着高精度三维扫描技术的不断发展，工业产品的“数字孪生”不断普及，拥有完整的三维数据模型，能够直观地提升工业产品检测的质量和效率，天远三维也将不断努力，使得高精度3D视觉检测技术在更多工业领域内发挥良好作用。设备介绍FreeScan TrakFreeScan Trak便携式无线CMM测量解决方案中，光学跟踪仪能够实时跟踪定位扫描头的空间位置，一般情况下，扫描时无需贴点，帮助操作人员节省了大量时间，将扫描大中型样件，获取计量级别精度的三维数据过程变得轻松简单。

国内外对焦炉煤气的脱硫工艺分为正压脱硫和负压脱硫二种。某公司焦炉煤气净化一开始采用HPF正压脱硫工艺，但脱硫效率低，且正压脱硫需将煤气冷却，送入脱硫塔进行脱硫、脱氰，经过脱硫后，煤气进入硫铵单元，又需对煤气进行预热，煤气经过冷却、预热存在较大的能源浪费，不利于节能降耗生产，对此该公司将正压脱硫工艺改为负压脱硫工艺，采用红外气体分析仪（防爆型）Gasboard-3500对脱硫效果进行监测，项目运行3年来，脱硫效率提高，节能效果显著，具有良好的经济效益和环保效益。 一、正、负压脱硫工艺对比1、正压脱硫工艺 从鼓风机来的约55～60℃的煤气，先进入预冷塔，用循环水冷却至30℃左右，然后进入脱硫塔。预冷塔用冷却水自成循环系统，从塔底排出的热水经循环泵送往冷却器，用循环冷却水换热后进入预冷塔顶部喷洒用于冷却煤气，预冷循环水定期进行排污，送往机械化澄清槽，同时往循环系统中加入剩余氨水予以补充。 从预冷塔来的煤气进入脱硫塔底部与塔顶喷淋的脱硫液逆向接触，脱除H2S、HCN后由塔顶溢出去往硫铵单元。 从脱硫塔底排出的脱硫液经液封槽进入反应槽，再由脱硫液循环泵送出，一部分经过冷却器冷却后与另一部分未冷却液体混合后经预混喷嘴送入再生塔底部，同时在再生塔底部鼓入压缩空气，使脱硫液在塔内得以再生，再生后的脱硫液于塔上部经液位调节器流至脱硫塔循环喷洒使用，上浮于再生塔顶部扩大部分的硫泡沫利用液位差自流入硫泡沫槽，产生的硫泡沫用泵送至离心机离心分离，滤液返回反应槽，硫膏装袋后外销。 脱硫所用成品氨水由蒸氨每班送至脱硫反应槽加入脱硫液循环系统。 2、负压脱硫工艺 电捕来的约25℃煤气进入填料脱硫塔底部，与塔顶喷洒下来的再生溶液逆向接触，吸收煤气中的H2S和HCN（同时吸收煤气中的NH3，以补充脱硫液中的碱源）。脱硫后煤气进入鼓风机单元。脱硫塔底吸收了H2S、HCN的循环液，经脱硫液泵进入再生塔底预混喷嘴（脱硫液温度高时，部分进入板框式换热器进行冷却），与压缩空气剧烈混合，形成微小气泡后进入再生塔底部，沿再生塔上升过程中，在催化剂作用下氧化再生。再生后的脱硫液于再生塔上部经液位调节器进入U型管后，进入脱硫塔顶分布器，循环喷淋煤气。 上浮于再生塔顶部扩大部分的硫磺泡沫利用液位差自流入硫泡沫槽，产生的硫泡沫用泵送至板框式压滤机，滤液进入放空槽后，由放空槽自吸泵送至脱硫塔底继续循环使用，硫膏装袋后外销。脱硫所用成品氨水由蒸氨每班送至脱硫塔底，加入脱硫液循环系统。 3、正、负压脱硫运行指标对比 在同等煤气发生量情况下，采用红外气体分析仪（防爆型）Gasboard-3500对正负压脱硫工艺的脱硫效果进行对比监测，再综合脱硫工艺各方面运行参数，可得出正压脱硫与负压脱硫运行指标如下。 由上表可知，负压脱硫较正压脱硫，脱硫塔入口煤气温度降低了6℃，脱硫液温度降低了5.5℃，脱硫液温度的降低，有利于挥发氨（游离氨）浓度的提高，挥发氨浓度提高了5.2g/L；副盐浓度由300g/L以上降低至250g/L以下，降低了52.8g/L，副盐浓度的降低有利于脱硫效率的提高，脱硫效率由86.3%提高至99.0%，提高了12.7%。 二、正、负脱硫工艺特点对比1、 温度变化 正压脱硫位于鼓风机后，进入脱硫工段的煤气温度约55～60℃，而脱硫反应适宜温度为25～35℃左右，脱硫工段后为硫铵工段，而硫铵工段适宜吸收反应温度为50～55℃，因此煤气经正压脱硫进入硫铵工段需对煤气现冷却再加热，存在较大的能源浪费。 负压脱硫位于电捕后，鼓风机前，进入脱硫工段的煤气约25℃，满足脱硫吸收、再生要求，而经过风机后的煤气直接进入硫铵工段，避免了对煤气冷却和预热，温度变化梯度更加合理，节约了冷能和热能，降低了系统能耗。 2、游离氨浓度 HPF法脱硫是以氨为碱源的湿法氧化脱硫，吸收过程为化学反应，即通过吸收煤气中的氨（或外加氨水），增加氨的浓度提高对硫化氢、氰化氢等物质吸收效率，脱硫液中游离氨的浓度越高越有利于脱硫反应。 正压脱硫经过预冷后煤气温度一般在30℃左右，负压脱硫煤气温度为25℃左右，其脱硫液温度较正压降低5℃左右，脱硫液温度低有利于氨的吸收、溶解，同时避免了正压条件下预冷喷洒液的直接接触吸收煤气中的氨。因此，负压脱硫工艺有效提高了游离氨（挥发氨）浓度，游离氨浓度由正压脱硫的4～6g/L提高至负压脱硫的10～12g/L，达到较高的吸收效率，进而提高了脱硫效率。 3、设备投资 负压脱硫与正压脱硫设备上相比，脱硫工段不再用预冷塔及其配套的循环喷洒泵、换热器等设备，硫铵工段不再用预热器，节约大量设备投资，占地面积减少近80m2。 负压脱硫根据工艺特点，不用反应槽，节省两个约150m3的反应槽，占地面积减少约120m2。 4、环保效益 负压脱硫再生尾气回收至煤气系统内，减轻对大气污染的同时，尾气中的氧气、氨气等有效组分进入脱硫吸收塔内，参与脱硫吸收、解离反应，进一步增强了脱硫效率。 三、负压脱硫经济经济效益 负压脱硫较正压脱硫减少预冷塔、预冷喷洒泵、预冷换热器、反应槽等设备；减少煤气冷却消耗循环冷却水量150m3/h；节省硫铵预热器蒸汽量1t/h（冬季）。因此负压脱硫较正压脱硫节省成本为： 1）降低循环消耗成本：节约循环水量为150m3/h，按0.5元/m3、年运行360天计，则年节约循环冷却水成本为150×24×360×0.5=64.8万元。2）降低蒸汽消耗：节约蒸汽量为1t/h，蒸汽按150元/t、冬季按120天计，则年节约蒸汽消耗成本为1×24×120×150=43.2万元。 3）降低设备投资成本：减少预冷塔、循环泵、换热器、反应槽等设备及工程投资费用约500万元。按设备折旧费用计，年降低投资费用50万元。 则年降低成本为：64.8+43.2+50=158万元。另外，脱硫效率的提高，降低了脱硫后煤气中硫化氢含量，进一步降低燃烧时二氧化硫排放量，环保效益显著。 四、结论 1、负压脱硫较正压脱硫减少预冷系统、反应槽等设备，投资费用低，占地面积小，操作简便。 2、负压脱硫较正压脱硫较好地利用了煤气温度变化梯度，避免煤气经过冷却再加热，降低了循环冷却水及蒸汽消耗成本，经济效益显著。 3、负压脱硫入口煤气温度、脱硫液温度较正压脱硫降低约5℃，挥发氨浓度提高至10g/L以上，提高了对硫化氢的吸收，进而提高了脱硫效率。 4、负压脱硫再生尾气全部并入煤气负压系统，实现了脱硫尾气“零”排放，改善了工作环境，降低了大气污染。 5、负压脱硫较正压脱硫效率显著提高，降低了煤气中硫化氢含量，进而减少燃烧时二氧化硫的排放量，具有显著的环保效益。（来源：微信公众号@工业过程气体监测技术）