1、鉴定材料之三熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备技 术 报 告沈阳东方钛业有限公司二一年四月1技 术 报 告一、项目研究目的与意义熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备是粒碱生产中不可或缺的关键设备，是用于粒碱生产中浓缩蒸发系统的重要成套工艺设备。我国以往使用的此类设备完全从国外进口。为此，我公司设计制造了首套国产化熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备，彻底解决了该类设备完全依赖进口、能耗高、对环境污染严重和产出品质量低劣等一系列问题。二、国内外研究现状分析目前国内的固碱主要是桶装碱和片碱，在包装及使用中极不方便，虽然有少数企业引进国外先进技术进行粒碱的生产，但是进口技术和设备投资巨大，又由于国外气候条件与
2、中国差异较大，存在设备故障率高和生产成本高，无法稳定生产等状况，都没有形成稳定的工业化生产规模，国内现有粒碱生产技术与世界先进技术比较存在许多不足。三、技术特征熔融烧碱经分配装置均匀分配于蒸发器各加热管内，物料在重力和真空诱导及气流作用下，成膜状自上而下流动，运动过程中与加热管外壁加热蒸汽发生热交换而蒸发，溶液中 NaOH 浓度逐渐变大，最终达到 99.5%（wt）以上的 NaOH 物料。该产品需要符合粒碱生产工艺过程的性能要求，满足用户需求。2技术指标要求如下： （1）消化创新瑞士博特技术的技术指标一效蒸发器：设计压力 MPa：壳程：-0.1/0.15；管程：-0.1/0.05工作压力 MP
3、a：壳程：常压；管程：-0.088设计温度 ：壳程：370；管程：100工作温度(进/出)：壳程：163.9/99；管程：75/82.1水压试验压力 MPa：壳程：0.25；管程：0.13介质：壳程：水蒸汽；管程：3243.5NaOH换热面积 m2：207二效蒸发器（降膜蒸发器）：设计压力 MPa：壳程：1.05；管程：0.15/-0.1工作压力 MPa：壳程：0.95-1.0；管程：0.05-0.0设计温度 ：壳程：200；管程：165工作温度(进/出)：壳程：183.2/183.2；管程：113/155水压试验压力 MPa：壳程：1.313；管程：1.375介质：壳程：蒸汽；管程：50Na
4、OH熔融碱罐：设计压力 MPa： 0.05工作压力 MPa： 0.022设计温度：400最高/低工作温度：360物料名称：熔融碱3物料特性：强腐蚀性腐蚀裕量 mm： 1液压试验压力 MPa： 0.06AB 类焊缝系数： 0.85全容积 m2：3.6烧碱分配器：设计压力 MPa：常压工作压力 MPa：常压设计温度：400工作温度：400水压试验：盛水试漏全容积 m2：0.14介质名称：熔融烧碱降膜管：设计压力 MPa：夹套：0.45；内管：0.02；盘管：2.2工作压力 MPa：夹套：0.4；内管：0.005-0.01；盘管：1.0工作温度（进口/出口）：夹套：430/392；内管：164.9/
5、411.9；盘管：184.1/184.1介质名称：夹套：熔岩；内管：99%熔融碱；盘管：蒸汽（2）消化创新意大利塞特技术的技术指标浓缩蒸发器：设计压力 MPa：壳程：0.05/FV；管程：0.05/FV工作压力 MPa：壳程：0.01；管程：-0.0934设计温度 ：壳程：120；管程：120工作温度 ：壳程：102；管程：96介质：壳程：水蒸气；管程：62NaOH换热面积 m2：188.8(以外径计算)水压试验压力 MPa: 壳程：0.125；管程：0.125终浓缩加热器：设计压力 MPa：壳程：0.9/FV；管程：0.05/FV工作压力 MPa：壳程：0.8；管程：0.01设计温度 ：壳程
6、：450；管程：450工作温度 ：壳程：420；管程：380水压试验压力 MPa: 壳程：1.75；管程：0.125介质：壳程：熔盐；管程：98NaOH（液）换热面积 m2：97.6闪蒸贮槽：设计压力 MPa：容器：0.05工作压力 MPa：容器：0设计温度 ：容器：450工作温度 ：容器：380物料名称：容器：99.5NaOH水压试验压力 MPa: 容器： 盛水试漏设备设计制造采用的相关技术标准：1、JB/T4756-2006 镍及镍合金制压力容器2、GB150-1998 钢制压力容器53、GB151-1999 管壳式换热器4、HG20583-1998 钢制化工容器结构设计规定5、JB/T4
7、709-2000 钢制压力容器焊接规程6、JB/T4730-2005 压力容器无损检测7、JB/T4711-2003 压力容器涂敷和运输包装除上述标准外，还符合最新相关标准规定。四、总体性能指标与国内外同类先进技术的比较公司在瑞士博特技术与意大利塞特技术的基础上，敢于创新、勇于实践，成功设计制造了国内首套熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备。新结构的降膜浓缩蒸发成套设备可减小在高温条件下熔融烧碱对设备的热应力腐蚀，提高设备的使用寿命；由于采用新材料和新结构设计，使得产出品粒碱的质量分数由原来采用大锅蒸发方法得到的最高的 73提升到 99.5，大幅度提高了产品质量；该设备应用在生产中既节能又环保，占
8、地面积小，技术水平达到国际先进水平，并且大幅度降低了设备的造价和总投资，比进口同类生产设备投资减少 25%，具备高度的市场竞争力，完全替代了进口，使我国的烧碱生产企业具备参与国际市场的竞争优势。五、技术成熟程度该熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备经沈阳市特种设备检测研究院检测合格，并在石河子开发区天业化工有限责任公司和天津市原龙化工有限公司投入使用，使用效果超过了该厂同时在用的进口同类设备，该熔融烧碱降膜浓缩蒸发系统成套设备具有节能环保、6耐高温，耐腐蚀，操作简单，维修方便，结构稳定，性能优良等优点，大幅度提高了产品质量。六、项目主要创新点（1）公司项目组通过消化吸收瑞士博特降膜浓缩蒸发技术的同
9、时，为确保设备安全有效地运行，在该产品的设计和工艺技术上创新了一些有益于产品性能的环节。此设备结构复杂，关键部件加工难度大，产品质量与性能要求高，技术风险和技术难度较大，制造过程中的一点偏差都会导致整个工艺过程失败。设备材质选择项目设备介质为熔融碱，是一种具有极强的腐蚀性的液体，渗透力极强，使用温度非常高，对设备的材质提出了更高的要求。项目组经过反复实验，最后综合论证主要设备选用了进口特殊材质 Ni201，Ni201 对 NaOH 溶液具有良好的耐蚀性，抗腐蚀能力相当可靠，不仅能耐由各种各样腐蚀剂所产生的均匀腐蚀，也要有足够抗局部腐蚀和应力腐蚀破裂的能力。为节省设备成本，设备容器部分与介质接触
10、部分采用 16MnR/Ni201 复合板，保证设备的强度并且能正常运行，换热器壳程部分采用不锈钢，管程部分采用 Ni201。改进结构，提高降膜蒸发器和一效蒸发器的造膜效果每根换热管的顶端均连接一个与其同心的分配管，且保证连接后分配管在同一水平面内（见图 1）。分配管的顶端高出降液管的底端一定距离，防止降液管流出的碱液引起液面波动，当液面达到或超过分配管顶端时，碱液通过分配管均匀平稳的流入换热管内。分配盘底部开设七个降液管孔（见图 2），与分配盘垂直连接，在7壳程管板上相适应位置开有换热管孔，避免碱液从降液管直接流入换热管。设备中增加了分配罩的设计，使得碱液均匀的流入至分配盘中，从而有效的控制了
11、流量，保证了造膜效果，确保设备保持最佳的蒸发效率。图 1 图 2为确保在壳程下筒体被壳体与环板覆盖的位置尽量避开蒸汽进口对应的壳程下筒体上的位置，设计了等角度开设的 6 个长圆形蒸汽进口，其目的是保证蒸汽均匀平稳进入壳程下筒体，充满整个壳程，避免蒸汽通过蒸汽进口进入壳体引起的换热不均匀，能源浪费等现象的发生，提高了能源利用率和生产效率。换热管与管板的连接换热管与管板的连接处属于几何形状突变处，换热管与管板的连接质量直接关系到整台产品的质量及使用寿命，是重中之重。如果连接方式不当、焊后存在温差应力及换热管与管板材料差异性，将使管口与管板连接处存在较大的残余应力，焊接部位呈隐性缺陷状态(含有气孔，
12、杂质等)。在壳程流体的诱导振动和其腐蚀性的双8重作用下，管口与管板连接处便出现了应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀和振动疲劳破坏。因此为了控制其连接质量，必须选用采用科学合理的连接制造工艺。由于单纯胀接或强度焊接的连接方式使用条件有限制性，而胀、焊并用适用于密封性能较高、承受振动或疲劳载荷、有间隙腐蚀、采用复合管板的场合，而且能有效地阻尼管束振动对焊口的损伤，比单纯胀接或强度焊具有更高的强度和密封性。经反复论证，项目组确定了一套科学、合理又切实可行的先焊后胀工艺方案。具体工艺过程如下管板钻管孔管板孔、管端清理去污穿管管子的定长管端二次去污管头强度焊管头渗透检测壳层水压试验贴胀。为了保证焊接质量，严格控制换
13、热管伸出长度。采用全位置手工钨极氩弧焊，氩气纯度99.99%。焊前彻底清理焊接区及焊丝，并做详细记录；为控制焊接变形及保证接头的机械性能，将管板分成四个区域，对称进行焊接；接头处保护采用在焊炬后紧跟一半圆形保护罩，管内壁保护采用紫铜芯棒保护，以保证保护良好。换热管与管板焊接结束后，对管头的角焊缝进行局部射线检测，检测数量不低于换热管总数的 2，如果发现一根不合格，加倍抽查，再发现不合格，所有管头进行 100检测。根据设备的材料特点，将采用液压柔性胀接方式。通过理论计算，进行模拟试验，确认其贴胀的适宜液压范围，根据换热管内孔尺寸，管板胀接长度等确定，靠周向膨胀力使换热管发生塑性变形，9而管板发生
14、弹性变形，从而达到预期的胀紧力要求，以保证胀接连接的可靠性。由于管口的焊接接头承受轴向力的能力是相当大的，而焊口承受切向剪力的能力相对较差，所以强度焊后，由于控制达不到要求，可能造成过胀失效或胀接对焊接接头的损伤。因此，对于胀接工序必须做到胀接长度与部位确定；符合容规规定的拉脱力不小于1MPa；防止过胀或欠胀；胀接部分与非胀部分圆滑过渡。（2）公司项目组通过消化吸收意大利塞特双效降膜浓缩蒸发技术并进行了二次创新，针对蒸汽进口，蒸汽出口，换热器与容器连接段等几个难点和关键点进行了技术攻关，以及针对复合板成型，组对焊接，管子与管板连接密封等关键技术进行了多次试验，采用了多项工艺保证措施，成功的完成
15、了此设备的开发与研制。该套设备工艺结构更为合理，便于管理操作，大幅度减少了设备投资成本，既节约能源，又降低环境污染，且产品质量更为稳定。Ni201 及 16MnR/Ni201 复合板的应用该降膜浓缩蒸发器中的介质62的NaOH是一种具有极强的腐蚀性的液体，因此对设备的材质提出了更高的要求，项目组经过反复实验，最后综合论证选用了进口特殊材质 Ni201(99Ni-LC)，Ni201对NaOH溶液具有良好的耐蚀性，抗腐蚀能力相当可靠，不仅能耐由各种各样腐蚀剂所产生的均匀腐蚀，也要有足够抗局部腐蚀和应力腐蚀破裂的能力。为节省设备成本，设备容器部分与介质接触部分采用16MnR/Ni201复合板，保证设备的强度并且能正常运行，换热器壳程部分采用不锈钢，管程部分采用Ni201。由于采用复合板制造，
