提高石油化工企业余热利用及节能效率的新技术.pdf

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2013年8月北京 纳米镍覆膜纳米镍覆膜 纯铜板式换热器纯铜板式换热器 集集高导热性、高抗蚀性、高阻垢高导热性、高抗蚀性、高阻垢 性性能于一身的新型高效防腐抗垢能于一身的新型高效防腐抗垢 纯铜板式换热器纯铜板式换热器 纳米钯覆膜纳米钯覆膜 不锈钢板式换热器不锈钢板式换热器 抗抗露点腐蚀露点腐蚀纳米钯覆膜不锈钢纳米钯覆膜不锈钢 板式换热器及纳米钯覆膜防腐板式换热器及纳米钯覆膜防腐 技术应用技术应用 第一部分第一部分 新型高效防腐抗垢纯铜板式换热器新型高效防腐抗垢纯铜板式换热器 及纳米镍覆膜防腐技术及纳米镍覆膜防腐技术 铜铜是金属元素中导热性能仅次于银仅次于银,居第二位的材料,其 导热系数是不锈钢的23倍,钛的27倍(见表1)。但由于 铜的耐腐蚀性差,一直无法广泛用于传热领域(而传统的 黄铜、白铜等合金铜换热器都是以牺牲铜的优良导热性, 来获得一定的抗腐蚀能力,但仍无法适应海水等强腐蚀性 环境),造成工业领域换热效果差,大量低品位冷热源回 收利用效率低,浪费大。 现在德磊科技利用金属防腐的阴极保护原理,首创采用高科 技专利技术在纯铜基板片上复合高耐蚀非晶态纳米镍复合 材料,集集高导热性、高抗蚀性、高阻垢性高导热性、高抗蚀性、高阻垢性能于一身能于一身,彻底 解决了纯铜材料做为换热器的抗腐蚀问题(见表2)。真 正实现传热领域的理想1 1℃℃小温差快速传热小温差快速传热。 传热系数传热系数5800~6500 W/m*℃ ●●高导热高导热充分发挥铜的高效导热性,导热速度快,效率高。能真正 实现1℃小温差快速传热。是低品位余热回收与小温差换热的最理想设最理想设 备备更多回收热量,帮您每天再多节省每多节省每1 1℃℃的热能和费用。 ●膜强化传热膜强化传热非晶态纳米膜表面光滑,表面能小,疏水性好,显 著减小了传热介质与板片间的滞流层,强化了湍流导热性。实验发现,实验发现, 纳米镍覆膜铜板比裸铜板传热能力还要高纳米镍覆膜铜板比裸铜板传热能力还要高5 5%%。。 ●高抗腐高抗腐充分利用镍的高抗蚀性,且纳米镍覆铜板也符合阴极保护 原理,保持板片的整体高耐蚀性。经试验检测,其耐海水和cl离子等的 腐蚀能力与钛基本相同,远高于一般不锈钢。 ●●抗结垢抗结垢非晶态纳米膜使板片表面光滑,且强化湍流,使污物难以 滞留,阻止结垢生成;而且因导热快,板片温度低,也不利于结垢。长 期运行后,即便有结垢,也多属疏松的软垢,容易冲洗。保障系统长期 稳定运行,清洗工作和维护费用明显降低。 ●●小压力差小压力差纳米膜的一个显著优点是超疏水性,能降低流体流动 时的摩擦阻力,比其他材料的板式换热器具有更小的压力差,降低输送 流体的动力消耗。 ●高性价比高性价比避免 “费用高”的简单评价误解“费用高”的简单评价误解。因为在相同工艺需求 下,与管壳式及其他材质板换相比,热转换效率和速率高;而相应换热 面积、占地面积、冷热源流量、流体阻力、结垢热阻力、热损失等都明 显减少。设备及附属基建投资、安装费、动力消耗、除垢维护等费用都 将大大降低。综合节能效果更明显,投资回报率更大。 ●●高效率创造高效益高效率创造高效益做为热交换核心组件,能显著提高余热利用、 冷却系统、热泵和热发电等工程及整套设备的总体热效率,提高工程的整体节 能效果和质量,提高工程设计者和建设者的总体效益、水平和形象。 ●●提升热利用整体设计的安全性提升热利用整体设计的安全性利用其高效、耐腐、抗垢 性,可用于高矿化、易结垢、高腐蚀的污水、地热、海水、化工工艺等余热利 用和发电项目的热交换中间设备。在保障换热效率的基础上,充分保护安全指 数要求高的热泵和发电等重要设备免受高腐蚀和结垢影响。避免以往由于担心 换热器效率低,为追求系统效率,在结垢和腐蚀严重且无法排除的环境中,强 制取消中间换热器(让污水等直接进入热泵或发电等重要设备),以牺牲热泵 和发电设备的关键部件(如冷凝器、蒸发器等)的换热性能和安全性等关键指 标来获得其抗腐性和单一热效率的短效性方式。使热泵和发电等关键设备(如 冷凝器、蒸发器等)可以专注于采用更安全、更高效的热媒工质,以最高效的 换热器材料和方式,降低重要设备的复杂性和成本,提高系统的整体效率、安 全性、长久性和易维护性。为用户的长期利益着想,降低最终用户的维护、维 修成本和风险。 ●● 应用领域应用领域石油、化工、冶金、电力、建材、食品、造纸、纺织、 制药、锅炉、采暖、海水淡化、海水养殖等领域,涉及低压环境下液体 加热、冷凝、冷却、制冷等热交换过程,以及地热和工业余热利用、工 业废水和生活污水余热回收等工程。 ● 适用介质适用介质烧碱及碱性环境、海水、工业循环水系统、含氯离子 的水及有机溶剂等环境,含H2S的气相及液相环境。 ● 适用条件适用条件温度-40~200℃ 压力 0.8~2.0MPa ●●大流量和低品位余热资源利用大流量和低品位余热资源利用油田采出水余热利 用、地热水资源利用、发电厂废水热利用、海水工厂化养殖废水热利用 等大型余热利用工程。 ●需长期稳定运行的换热工程需长期稳定运行的换热工程一般工业换热(加热、 冷却、蒸发、冷凝等)工艺、工业废水余热利用、生活污水余热利用、 海水淡化工程。 ●对设备运行效率和安全紧密相关的冷却领域对设备运行效率和安全紧密相关的冷却领域 高炉、真空炉等冶金及工业热处理设备冷却、大型机械船舶等动力设备 冷却、电厂和石油化工等需要冷却、冷凝工艺环节。 ●●对热交换速度和小温差要求严格的领域对热交换速度和小温差要求严格的领域食品 制药等工艺中的加热灭菌、建筑采暖、冰蓄冷/热蓄能、洗浴游泳池等生 活用水热交换。特别是太阳能综合利用、海水/污水源热泵应用类的小温小温 差差热能利用工况。 ●●高矿化度、腐蚀或结垢严重的领域高矿化度、腐蚀或结垢严重的领域能比一般材 质有更长久的使用寿命和运行时间。如含cl离子较高的循环冷却水、海 水;腐蚀和结垢严重的油田采出水、生活污水、地热等的热能利用和发 电项目。其抗蚀性近似钛,但导热性远高于钛及钛合金。 比如比如 ★★对一个100t/h流量的余热源,同样情况下,采用纳米纳米 镍覆膜纯铜板式换热器镍覆膜纯铜板式换热器,可比其他板式换热器至少多 回收1~2℃能量。如按70%的煤锅炉热效率计算,则 相当于比用其他换热器,每年至少要多节约178.6~ 357.2 t标准煤,其经济效益和优势一目了然。 ★★热泵是对环境影响最小的可再生资源应用技术,但由于海水、 污水、地热等热源的高腐蚀性及可利用的温差较小。热源水温 度的高低与系统的适用性、能效、经济性密切相关,是工程成 功的关键。据测算,热源水供水温度t每降低1℃,机组制热量 减少2%,效率降低 1.5%;供回水温差△t每降低1℃,COPs降 低11%。在腐蚀不可杜绝的情况下,高效、抗垢、耐腐蚀的纳纳 米镍覆膜纯铜板式换热器米镍覆膜纯铜板式换热器就是解决热泵与海水等腐蚀性热源隔 离难题的最佳选择。既保护,并降低了热泵机组及附属设备的 防腐投资,又可提高机组整体的热转化效能(钛耐蚀性强,但 导热性不强,热交换效能低),且能减少系统运行、维护的风减少系统运行、维护的风 险和投入险和投入。 ★★在水源热泵工程应用设计领域,当热水源的矿化度较高、腐 蚀性较强时,需要增加换热器来隔离、保护热泵机组。一般是 根据水源的矿化度来判断 当矿化度<350mg/L时,不加换热 器,可直供连接;当矿化度=350~500mg/L时,可选用不锈钢 板式换热器;当矿化度>500mg/L,就要考虑抗腐蚀性强的钛 合金板式换热器。但钛及钛合金的导热性能低,会直接影响系 统的热效率。现在有了纳米镍覆膜纯铜板式换热器纳米镍覆膜纯铜板式换热器,不但能达 到抗腐蚀、保护热泵机组的目的,而且由于其高导热性以及纳 米膜具有的阻垢效果,将明显提高热泵系统在复杂环境下长期 运行的稳定性和热效率。 ●●石油化工领域代替管壳式换热器石油化工领域代替管壳式换热器 在岳阳某石化厂,用一台60㎡/800kg的高效抗腐铜板换热器替代原300㎡/16t的管壳式换热器(安装 现场)。不但节约了空间和设备投资,而且设备至今正常运行,没有维修过。 ●●石油采出水余热利用石油采出水余热利用 在大港油田某采油厂,用高效抗腐纳米铜板式换热器,提取采出水中的余热,用于原油输送加热 过程的预热,每年可节约8000t标准煤的能量。 第二部分第二部分 抗露点腐蚀纳米钯不锈钢板式换热器抗露点腐蚀纳米钯不锈钢板式换热器 及非晶态纳米钯覆膜防腐蚀技术及非晶态纳米钯覆膜防腐蚀技术 露点腐蚀露点腐蚀一直是困扰锅炉和冷凝器运行的世界难题。除 增加设备投资、维修和维护费用外,为避免露点腐蚀 造成的设备运行和安全问题,企业不得不大幅度提高 锅炉的排烟温度和化工工艺的冷凝温度(100~120℃ 以上),给企业和社会造成巨大能源浪费和环境危害。 运用纳米钯覆膜新技术将彻底解决锅炉、冷凝器等设 备的露点腐蚀难题。 纳米钯覆膜抗露点腐蚀技术原理纳米钯覆膜抗露点腐蚀技术原理 钯钯是极稳定抗腐蚀元素,除溶于王水和热的浓硫酸及浓硝酸,以 及熔融的氢氧化钠、碳酸钠、过氧化钠对钯有腐蚀作用外,钯 能耐住其他一切酸等化学腐蚀。 纳米钯保护纳米钯保护即采用非晶态纳米覆膜技术,在不锈钢表面引入 贵金属元素钯(电位+0.915V),通过钯与不锈钢之间的电偶 作用(铁的电位-270mv),使不锈钢的电位向正向移动,催化、 强化并保持不锈钢表面快速形成致密的钝化防护层,使不锈钢 基体时刻处于钯材料和不锈钢钝化膜的双层保护之下。经实验 检测,其耐腐蚀性完全可以与钛材料相媲美。 纳米钯覆膜抗露点腐蚀技术原理纳米钯覆膜抗露点腐蚀技术原理 经实验检验,纳米钯覆膜材料抗腐蚀性性能对比,参见下表2 技术优势及经济效益技术优势及经济效益 不锈钢材料经纳米钯技术处理,能代替钛,具有较强 的抗酸性露点腐蚀和强cl离子腐蚀能力。 在避免露点腐蚀的情况下,企业可采用更高效的纳米 钯不锈钢板式换热器,提高余热回收率,进一步降低 排烟温度;同时也降低了排烟中NOX、SOX的含量,实现 节能和减排双效益。 技术优势及经济效益技术优势及经济效益 非晶态纳米钯复合层表面光滑,表面能小,疏水性好, 显著减小了传热介质与板片间的滞流层,增强湍流程 度,既强化传热效果,又阻止结垢,降低清洗维护和 流体阻力。比原同类换热器具有更高的传热效率(经实 验检验,金属材料经非晶态纳米膜处理后,强化了导热性能, 一般能比原金属导热性提高5左右。) 设备抗露点腐蚀能力提高,自然会降低维修和维护成 本,提高设备的寿命和运行周期。 不锈钢纳米钯抗腐蚀技术适用范围不锈钢纳米钯抗腐蚀技术适用范围 用于锅炉的空气预热等需防止露点腐蚀的设备,甚至可以 将原来的管式管式空气预热器空气预热器改为纳米钯不锈钢纳米钯不锈钢板式板式换热器换热器 (后附案例)。既解决了露点腐蚀问题,又降低了排烟温度, 提高锅炉的热效率,还能降低NOX、SOX的排放量。 含cl离子较高的石油、化工环境,不锈钢难以抵抗局部腐 蚀的环境。通过纳米钯表面处理(旧设备也可以翻新处理, 后附案例),大幅度提高设备的抗腐蚀能力。 不锈钢纳米钯抗腐蚀技术适用范围不锈钢纳米钯抗腐蚀技术适用范围 采用纳米钯处理的不锈钢薄板可用于电厂、化工厂等 大型锅炉烟囱的抗腐蚀内衬。其综合成本与陶瓷、玻 璃砖、玻璃鳞片涂料等传统方案大体相当甚至降低, 但寿命将大幅度延长。 用于海水淡化、海水冷却发电、海水养殖、高矿化度 强腐蚀地热利用等领域的换热器及管道,替代钛。 利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命 江苏某精细化工企业的冷凝器为316L不锈钢固定管壳式换热器, 壳程用水冷却。因管程物料中含有HCl、SO2、苯酚、少量水等, 造成典型的盐酸、亚硫酸露点腐蚀。一般使用 15天左右就腐蚀 穿孔。2011年8月对两台设备的管内进行纳米钯处理后,一台使 用三个月,一台仍在使用。之后,继续对该公司两台以前腐蚀 报废的设备进行修复,并成功进行了纳米钯处理(后附加工图 片)。 可见,此技术完全可以用于解决其他多领域的不锈钢冷凝器、换可见,此技术完全可以用于解决其他多领域的不锈钢冷凝器、换 热器、管道阀门等设备的抗腐蚀问题。热器、管道阀门等设备的抗腐蚀问题。 利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命 左图等待修复的旧冷凝器右图腐蚀的316L原冷凝器管口 利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命利用纳米钯处理增强不锈钢冷凝器抗腐蚀能力和寿命 左图旧设备修复后进行纳米钯处理右图纳米钯处理的冷凝器 大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案 福建某芳烃制氢项目加热炉采用天然气为燃料,但燃料中含有硫,为了 既降低排烟温度又防止烟气露点腐蚀。给他们提出了如下解决方案 高温段高温段采用不锈钢板式换热器来解决(已经有多套成功的应用案列)。 中温段中温段考虑成本,采用碳钢翅片管换热器或304不锈钢板式换热器。 低温段低温段采用经纳米钯处理的316L不锈钢板式换热器,解决硫酸露点腐蚀 问题。(后附设备照片) 该项目已于 2012 年投入运行。实践证明,纳米钯覆膜技术确实是彻底 解决长期困扰锅炉的露点腐蚀问题的新思路。 大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案 (纳米钯处理后的空气预热器板片纳米钯处理后的空气预热器板片) 大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案大中型锅炉的空气预热器露点腐蚀解决方案 (组装中的纳米钯覆膜不锈钢板式空气预热器组装中的纳米钯覆膜不锈钢板式空气预热器) 联系方式 姜文军18618192478 QQ 549201104 E-mail youxiang7856
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