تطبيق مبادلات الحرارة الصفيحة في صناعة الصهر والكيمياء

1مقدمة

2مبدأ العمل الأساسي ومزايا مفاصلات الحرارة الصفيحة

2.1 مبدأ العمل الأساسي

2.2 المزايا الرئيسية

• كفاءة عالية في نقل الحرارة: يزيد هيكل الصفائح المموجة من مساحة نقل الحرارة لكل وحدة حجما، ويزيد الاضطراب في الوسط،لذلك معامل نقل الحرارة أعلى بكثير من المبادلات الحرارية القشرة والأنبوبفي صناعة الصهر والكيماويات، حيث حمولة تبادل الحرارة كبيرة والوسيط معقد، يمكن لهذه الميزة أن تقلل بشكل فعال من حجم المعدات وتوفير المساحة الأرضية.
• هيكل مضغوط: يستخدم مبادل الحرارة الصفيح هيكل متراكم، والذي يحتوي على مساحة نقل حرارة عالية لكل وحدة حجما.حجمها هو فقط 1/3-1/5 من المبادل الحراري للقشرة والأنبوب، وهو مناسب بشكل خاص في الحالات التي تكون فيها مساحة المصنع محدودة في صناعة الصهر والكيماويات.
• التجميع المرن: يمكن زيادة أو تقليل عدد الألواح وفقًا لطلب تبادل الحرارة الفعلي ، ويمكن ضبط قناة التدفق عن طريق تغيير مجموعة الألواح ،والذي لديه قدرة قوية على التكيف مع تغير حمولة الإنتاجفي صناعة الصهر والكيماويات مع ظروف إنتاج متغيرة، يمكن لهذه المرونة أن تساعد الشركات على ضبط عملية الإنتاج في الوقت المناسب.
• سهولة الصيانة والتنظيف: يمكن تفكيك ألواح مبادل الحرارة للصفائح بسهولة ، ويمكن تنظيف سطح الألواح بواسطة الطرق الفيزيائية أو الكيميائية ،والتي هي مريحة لحل مشكلة التقليص والتلوث في عملية تبادل الحرارةفي صناعة الصهر والكيماويات، حيث تحتوي الوسيط على الشوائب وسهلة التدرج.هذه الميزة يمكن أن تمدد بشكل فعال عمر الخدمة للمعدات وضمان التشغيل المستقر لعملية الإنتاج.
• مقاومة قوية للتآكل: يمكن تصنيع الألواح من مواد مختلفة (مثل سبيكة التيتانيوم ، Hastelloy ، سبيكة النيكل ، وما إلى ذلك) وفقًا لخصائص التآكل للوسط ،والتي يمكن أن تتكيف مع تآكل الأحماض القوية المختلفة، القليات القوية، والوسائط عالية درجة الحرارة في صناعة الصهر والكيماويات.
• توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك: بسبب كفاءة نقل الحرارة العالية ، يمكن لمبادل الحرارة الصفيح استرداد الحرارة الفارغة بالكامل في عملية الإنتاج ،تقليل استهلاك الطاقة للمؤسسة، وتلبية متطلبات التنمية الخضراء ومنخفضة الكربون في صناعة الصهر والكيماويات.

3تطبيق مبادلات الحرارة الصفيحة في صناعة الصهر

3.1 التطبيق في صهر المعادن غير الحديدية

3.1.1 التطبيق في صهر النحاس

• استرداد حرارة غازات الدخان: غاز الدخان عالي درجة الحرارة (800-1000 درجة مئوية) المنتج في صهر النحاس يحتوي على الكثير من حرارة الدخان.يمكن لمبادل الحرارة لوحة استرداد الحرارة الناتجة عن غاز الدخان لتسخين هواء الاحتراق أو توليد المياه الساخنة، والذي يقلل من استهلاك الطاقة في المرجل ويحسن الكفاءة الحرارية لنظام الصهر. على سبيل المثال في مصهر النحاس في الصين،بعد استخدام مبادلة حرارة لوحة لاسترداد حرارة نفايات غاز الدخان، يتم تخفيض استهلاك الطاقة لكل طن من النحاس بنسبة 8-10٪، وتوفير الطاقة السنوية حوالي 50،000 طن من الفحم القياسي.
• تبريد الخامات الصهر: الخامات الصهر التي تنتج في صهر النحاس لها درجة حرارة عالية (1100-1200 درجة مئوية) وتحتوي على الكثير من الحرارة.يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة أن تبرد الخامات الصهر إلى درجة حرارة مناسبة (أقل من 200 درجة مئوية) لمعالجة لاحقة (مثل تحسين الخامات)، إنتاج الأسمنت، إلخ) ، مع استرداد حرارة نفايات الخردة لتوليد البخار أو الماء الساخن.يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة استرداد أكثر من 70٪ من حرارة النفايات من الخردة، والخردة المبردة لها نوعية أفضل ومعدل استخدام شامل أعلى.
• تبريد الالكتروليت: في عملية تحليل الكتروليت للنحاس ، فإن الالكتروليت (حلول حمض الكبريتيك) سوف يولد الكثير من الحرارة بسبب التفاعل الكتروليتي ،وتحديد درجة حرارة الالكتروليت عند 60-65 درجة مئوية لضمان تأثير التحلل الكهربائييمكن لمبادل الحرارة الصفيح أن يبرد الكهربائي بكفاءة ، مع معامل نقل الحرارة من 1500-2500 واط / ((m2 · °C) ، وهو 2-3 مرات من المبادل الحراري للقشرة والأنبوب.,من السهل تنظيف مبادلة الحرارة الصفيحة، والتي يمكن أن تحل مشكلة تقليص الالكتروليت في عملية تبادل الحرارة.

3.1.2 التطبيق في صهر الألومنيوم

• تبريد الملح المنصهر: الالكتروليت في خلية التحليل الكهربائي للألومنيوم هو خليط من الملح المنصهر (أساساً ذوبان الكريوليت والألومينا) بدرجة حرارة 950-970 درجة مئوية. في عملية الإنتاج،الملح المنصهر يحتاج إلى التبريد إلى درجة حرارة معينة قبل نقله وإعادة تدويرهيمكن لمبادل الحرارة الصفيح المصنوع من مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل (مثل سبيكة النيكل) تبريد الملح المنصهر بفعالية ، مع كفاءة تبريد تزيد عن 90٪,وتضمن التشغيل المستقر للخلية الكهربائية
• تبريد معدات الخلايا الكهربائية: ستولد قشرة الخلايا الكهربائية والعصا الحافلة وغيرها من المعدات الكثير من الحرارة أثناء التشغيل ، والتي تحتاج إلى تبريد لمنع تلف المعدات.المبادل الحراري لوحة يمكن أن تبرد مياه التبريد من المعدات، مع هيكل مضغوط ومساحة أرضية صغيرة، والتي هي مناسبة لتخطيط ورشة العمل الكهربائية.
• استرداد حرارة غاز الدخان: غاز الدخان الناتج في عملية صهر الألومنيوم له درجة حرارة 200-300 درجة مئوية.ويمكن لمبادل الحرارة الصفيحة استرداد حرارة نفايات غاز الدخان لتسخين مياه الإنتاج أو المياه المنزلية، والحد من استهلاك الطاقة للشركة.

3.1.3 التطبيق في صهر الزنك والرصاص

• استرداد حرارة غازات الدخان في عملية التحميص: غازات الدخان الناتجة في عملية تحميص الزنك والرصاص لديها درجة حرارة 600-800 درجة مئوية.ويمكن لمبادل الحرارة الصفيحة استرداد الحرارة النفايات لتوليد البخار، والذي يستخدم لتوليد الكهرباء أو تسخين عملية الإنتاج. على سبيل المثال، في مصهر الزنك، يتم استخدام مبادلة الحرارة الصفيحة لاسترداد الحرارة الناتجة عن غازات الدخان المحمصة،والبخار المنتج يمكنه تلبية 30% من إنتاج الشركة والطلب المحلي على البخار.
• تسخين وتبريد محلول التلوث: في صهر الهيدروميتالورجي للزنك والرصاص ، يحتاج محلول التلوث إلى تسخين لتحسين كفاءة التلوث ،ويحتاج محلول البخار إلى التبريد قبل التطهير والتحليل الكهربائييمكن لمبادل الحرارة الصفيحة تحقيق وظائف التدفئة والتبريد ، مع كفاءة نقل الحرارة العالية والتشغيل المرن.
• تبريد الالكتروليت: في عملية التفريغ الكهربائي للزنك والرصاص ، تحتاج إلى التحكم في درجة حرارة الالكتروليت عند 35-45 درجة مئوية. يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة تبريد الالكتروليت بكفاءة ،حل مشكلة التقليص والتآكل، وضمان استقرار عملية الكهرباء ونوعية المنتج.

3.2 التطبيق في صهر المعادن الحديدية

3.2.1 التطبيق في صناعة الحديد بالفرن العالي

• استرداد حرارة غازات الدخان في الفرن العالي: غاز الدخان الناتج عن الفرن العالي له درجة حرارة تتراوح بين 200 و 300 درجة مئوية.ويمكن لمبادل الحرارة الصفيحة استرداد حرارة نفايات غاز الدخان لتسخين هواء الانفجار أو توليد الماء الساخنبعد استرداد الحرارة الفارغة ، يمكن زيادة درجة حرارة هواء الانفجار بنسبة 50-80 درجة مئوية ، مما يمكن أن يقلل من استهلاك الكوكس لكل طن من الحديد بنسبة 10-15 كجم ،وتحسين كفاءة إنتاج الفرن العالي.
• تبريد خامات الفرن العالي: يبلغ درجة حرارة خامات الفرن العالي 1400-1500 درجة مئوية ، ويمكن لمبادل حرارة الصفيحة تبريد الخامات إلى أقل من 200 درجة مئوية مع استرداد الحرارة الفائضة لتوليد البخار.يمكن استخدام البخار المسترد لتوليد الطاقة أو تسخين الإنتاج، ويمكن استخدام الخردة المبردة كمواد بناء ، وتحقيق الاستخدام الشامل لموارد النفايات.
• تبريد المياه الدائرة: نظام المياه الدائرة للفرن العالي (مثل مياه التبريد لهيئة الفرن العالي ، tuyere ، إلخ.) يجب أن تبرد لضمان التشغيل الطبيعي للمعداتالمبادلة الحرارية الصفيحة لديها كفاءة تبريد عالية ويمكن أن تبرد بسرعة المياه المتداولة إلى درجة الحرارة المطلوبة، مع مساحة الأرضية الصغيرة وسهولة الصيانة.

3.2.2 التطبيق في صناعة الصلب المحول

• استرداد حرارة غاز الدخان في المحول: غاز الدخان الناتج عن المحول له درجة حرارة 1200-1400 درجة مئوية ويمكن لمبادل الحرارة الصفيح استرداد الحرارة الناتجة لتوليد البخار.الذي يستخدم لتوليد الكهرباء أو تسخين الإنتاجعلى سبيل المثال، في مصنع الصلب في الصين، يتم استخدام مبادل الحرارة الصفيحة لاسترداد الحرارة الفارغة من غازات المدخن المحول، والبخار المنتج يمكن أن تولد 50،000 كيلوواط في الساعة من الكهرباء يوميا،خفض استهلاك الطاقة في الشركة بنسبة 15%.
• تبريد معدات المحول: ستولد قشرة المحول والحافظة وغيرها من المعدات الكثير من الحرارة أثناء التشغيل ، والتي تحتاج إلى تبريد لمنع تشوه المعدات وتلفها.المبادل الحراري لوحة يمكن أن تبرد مياه التبريد من المعدات، مع كفاءة عالية في نقل الحرارة وتشغيل مستقر ، مما يضمن التشغيل الطبيعي للمحول.

3.2.3 التطبيق في الصب المستمر والطحن

• تبريد قوالب الصب: قوالب الصب الناتجة عن الصب المستمر لها درجة حرارة 1000-1200 درجة مئوية ، وتحتاج إلى تبريد إلى درجة حرارة معينة قبل التدحرج.يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة تبريد مياه التبريد من بلط الصب، مع كفاءة تبريد عالية وتبريد موحد، والتي يمكن أن تحسن جودة القذيفة والحد من حدوث العيوب.
• تبريد زيت التدحرج: في عملية التدحرج ، سوف يولد زيت التدحرج الكثير من الحرارة بسبب الاحتكاك ،و يجب أن يتم التحكم في درجة حرارة زيت التدحرج عند 30-40 درجة مئوية لضمان تأثير التشحيم وجودة المنتج المطاطيمكن لمبادل الحرارة الصفيح أن يبرد زيت التدحرج بكفاءة ، وحل مشكلة أكسدة الزيت وتدهورها الناجمة عن درجة حرارة عالية ، ويمدد عمر خدمة زيت التدحرج.

4تطبيق مبادلات الحرارة الصفيحة في الصناعة الكيميائية

4.1 التطبيق في صناعة الكيماويات الفحم

4.1.1 التطبيق في غازات الفحم

• تبريد الغاز الاصطناعي: الغاز الاصطناعي الناتج عن غازية الفحم له درجة حرارة عالية (1000-1200 درجة مئوية) ، ويجب تبريده إلى 200-300 درجة مئوية قبل التطهير والاستخدام اللاحق.يمكن لمبادل الحرارة الصفيح المصنوع من مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل (مثل Hastelloy) تبريد الغاز الاصطناعي بكفاءة، مع استرداد حرارة النفايات لتوليد البخار. يمكن استخدام البخار المسترد لتفاعل الغازية أو توليد الطاقة ، مما يحسن من معدل استخدام الطاقة.
• معالجة مياه الصرف الصحي: يتم إنتاج كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي في عملية غازية الفحم، والتي تحتوي على الكثير من المواد العضوية والمواد الضارة.يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة تسخين مياه الصرف الصحي إلى درجة حرارة معينة للمعالجة الالتهاب الجوي، مما يحسن من تأثير معالجة مياه الصرف الصحي. في الوقت نفسه ، يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة استرداد حرارة الصرف الصحي من مياه الصرف الصحي المعالجة ، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

4.1.2 التطبيق في تسييل الفحم

• تبريد منتج التفاعل: منتج التفاعل في تسييل الفحم لديه درجة حرارة عالية ويجب تبريده إلى درجة حرارة مناسبة للفصل والتنقية.يمكن لمبادل الحرارة الصفيحة تبريد فعالة منتج التفاعل، مع كفاءة عالية في نقل الحرارة وتشغيل مستقر ، مما يضمن التقدم السلس لعملية الفصل.
• استرداد الحرارة النفايات: يمكن استرداد حرارة النفايات المولدة في تفاعل تسييل الفحم بواسطة مبادلات الحرارة الصفيحة لتسخين المواد الخام أو توليد البخار.تقليل استهلاك الطاقة في العمليةعلى سبيل المثال، في محطة لتسييل الفحم، يتم استخدام مبادل الحرارة الصفيحة لاستعادة حرارة نفايات منتج التفاعل،والتي يمكن أن تقلل من استهلاك الطاقة لكل طن من الوقود السائل بنسبة 10-12٪.

4.1.3 التطبيق في الفحم إلى المواد الكيميائية

• تفاعل التوليف نقل الحرارة: تفاعل التوليف من إيثيلين غليكول والميثانول هو تفاعل خارجي الحرارة.والحرارة الناتجة عن التفاعل تحتاج إلى إزالتها في الوقت المناسب للسيطرة على درجة حرارة التفاعليمكن لمبادل الحرارة الصفيحة إزالة حرارة التفاعل بكفاءة ، وضمان استقرار درجة حرارة التفاعل ، وتحسين معدل التحويل وانتقائية التفاعل.
• نقل الحرارة للفصل والتنقية: في عملية الفصل وتنقية المنتج ، تحتاج المادة إلى تسخين أو تبريد.المبادل الحراري لوحة يمكن أن تدرك تسخين وتبريد المواد، مع كفاءة عالية في نقل الحرارة والتشغيل المرن، وهو مناسب لتغيير عملية الفصل.

4.2 التطبيق في صناعة البتروكيماويات

4.2.1 التطبيق في تسخين النفط الخام مسبقًا

4.2.2 التطبيق في تبريد المنتجات

4.2.3 التطبيق في استرداد حرارة النفايات

4.3 التطبيق في الصناعة الكيميائية الدقيقة

4.3.1 التطبيق في تفاعل التوليد

4.3.2 التطبيق في التبلور والتقطير

5التحديات والحلول في التطبيق العملي

5.1 مشكلة التآكل وحلها

• اختيار مواد الصفائح المناسبة: وفقاً لخصائص تآكل الوسط ، حدد مواد مقاومة للتآكل للصفائح. على سبيل المثال ، لوسائط حمضية ، سبيكة التيتانيوم ،(هاستيلوي)، ومواد أخرى يمكن اختيارها؛ لوسائط قاعية، يمكن اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ، سبيكة النيكل، ومواد أخرى.يمكن معالجة سطح الصفائح (مثل التجاوز)، الطلاء) لتحسين مقاومة التآكل.
• اختيار مواد التماسيح المناسبة: التماسيح هي الجزء الرئيسي لمنع تسرب الوسيط ، ومقاومتها للتآكل تؤثر بشكل مباشر على استقرار تشغيل مبادل الحرارة الصفيحة.وفقًا لخصائص الوسط ودرجة حرارة التشغيل، حدد مواد الصمامات ذات مقاومة جيدة للتآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية ، مثل EPDM و FKM و PTFE ، إلخ.يمكن اختيار غشامات PTFE مع مقاومة جيدة للتآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية.
• تعزيز معالجة الوسيط: قبل دخول الوسيط إلى مبادل الحرارة الصفيحة، فمن الضروري إزالة الشوائب والمواد السامة في الوسيط (مثل إزالة الكبريت، إزالة الحموضة،تصفية، الخ) للحد من تآكل الوسيط على المعدات.

5.2 مشكلة وتحليلها

• تعزيز المعالجة المسبقة للوسيط: قبل دخول الوسيط إلى مبادلة الحرارة الصفيحة ، من الضروري إجراء معالجة المياه (مثل التلين ،تحلية المياه) لتقليل محتوى أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الوسط، ومنع تكوين القوالب. بالنسبة للوسط الذي يحتوي على الشوائب ، يمكن استخدام معدات التصفية لإزالة الشوائب.
• التنظيف المنتظم: تفكيك المقايض الحراري للصفائح بانتظام وتنظيف سطح الصفائح. يمكن أن تكون طريقة التنظيف تنظيفًا ماديًا (مثل غسل المياه بضغط عالي ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه بالماء ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه ، غسل المياه).التنظيف الكيميائي (مثل المخلل)، غسل القلي) ، والتي يمكن أن تزيل الميزان على سطح الألواح واستعادة كفاءة نقل الحرارة للمعدات.يجب تحديد دورة التنظيف وفقًا لوضع المقياس في الوسط.
• تحسين معايير التشغيل: ضبط معدل تدفق ودرجة حرارة الوسط لتجنب ارتفاع درجة حرارة الوسط أو بطء معدل تدفقوالتي يمكن أن تقلل من تكوين الحجمعلى سبيل المثال، زيادة معدل تدفق الوسط يمكن أن تعزز الاضطرابات، وتقليل سمك الطبقة الحدودية، ومنع تشكيل الحجم.

5.3 مشكلة المقاومة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي وحلها

• اختيار مواد الصفائح المقاومة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي: اختيار مواد الصفائح مع مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي ، مثل سبيكة النيكل ، Hastelloy ،والمواد الأخرى، والتي يمكن أن تتحمل درجات الحرارة العالية والضغط العالي وتجنب تشوه اللوح.
• تحسين هيكل الصفائح: تبني هيكل الصفائح المعززة (مثل الصفائح المكثفة ،الموجات المعززة) لتحسين القدرة على تحمل الضغط ومقاومة درجات الحرارة العالية للصفائحفي نفس الوقت ، يمكن ضبط المسافة بين الألواح لتقليل فقدان الضغط للوسط وتحسين استقرار تشغيل المعدات.
• اختيار غشاشات مقاومة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي: اختيار غشاشات مع مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي، مثل غشاشات معدنية،صمامات PTFE مع مقاومة درجات الحرارة العالية، والتي يمكن أن تتجنب الشيخوخة وتسرب الصمغ تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع.

6اتجاه تطوير مبادلات الحرارة الصفيحة في صناعة الصهر والكيمياء

• كفاءة عالية وتوفير الطاقة: مع زيادة متطلبات صناعة الصهر والكيمياء لتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات ،سيتم تحسين كفاءة نقل الحرارة للمبادلات الحرارية للصفائحمن خلال تحسين هيكل الصفائح (مثل الهياكل المموجة الجديدة) ، وتحسين أداء المواد، وتحسين تصميم قناة التدفق،سيتم زيادة معامل نقل الحرارة للمبادلات الحرارية للصفائح، وسوف يقلل من استهلاك الطاقة.
• مقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية: مع توسيع نطاق التطبيق في صناعة الصهر والكيماويات ، أصبحت ظروف العمل أكثر قسوة.والمتطلبات لمقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية لمبادلات الحرارة الصفيحة أصبحت أعلى وأعلىسيتم استخدام مواد جديدة مقاومة للتآكل ومقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل مواد سبيكة جديدة، مواد مركبة) على نطاق واسع في إنتاج مبادلات الحرارة الصفيحة،تحسين عمر الخدمة واستقرار التشغيل للمعدات.
• الذكية والأتمتة: مع تطوير التصنيع الذكي ، سيتم تجهيز مبادلات الحرارة الصفيحة بأنظمة مراقبة ومراقبة ذكية ،والتي يمكن أن تراقب في الوقت الحقيقي معايير التشغيل (مثل درجة الحرارة، الضغط، معدل التدفق) من المعدات، وتوقع الأخطاء المحتملة للمعدات، وتحقيق التنظيف والصيانة التلقائية.تقليل كثافة عمل المشغلين، وضمان العمل المستقر للمعدات.
• على نطاق واسع وتخصيص: مع توسيع نطاق الإنتاج في صناعة الصهر والكيمياء ، يزداد الطلب على مبادلات الحرارة الصفيحة على نطاق واسع.بسبب تنوع عملية الإنتاج في صناعة الصهر والكيماويات، تتزايد متطلبات تخصيص مبادلات الحرارة الصفيحة.سوف يقوم المصنعون بتطوير مبادلات حرارة الصفائح على نطاق واسع و حسب احتياجات الشركات الفعلية، لتلبية احتياجات مختلف عمليات الإنتاج.
• الاندماج و متعددة الوظائف: سيتم دمج مبادلات الحرارة الصفيحة مع معدات أخرى (مثل المفاعلات والمفصلات) لتشكيل نظام متكامل لتبادل الحرارة ،والتي يمكنها تحقيق عمليات متعددة الوظائف مثل نقل الحرارة، التفاعل، والفصل، وتحسين كفاءة الإنتاج في المؤسسة وتقليل مساحة الأرض للمعدات.

7الاستنتاج