炭黑用設(shè)備的改進和選型的探討

1、.炭黑用設(shè)備的改進和選型的探討6炭黑工業(yè)2005丘炭黑用設(shè)備的改進和選型的探討冰趙寬明(中橡集團炭黑工業(yè)研究設(shè)計院,四川自貢643000)摘要:根據(jù)多年從事炭黑設(shè)備設(shè)計的經(jīng)驗,提出炭黑用設(shè)備的改進方法,并對炭黑設(shè)備選型提出探討性的意見.關(guān)鍵詞:炭黑;原料油泵;袋濾器;造粒機;空氣預(yù)熱器1引言炭黑生產(chǎn)裝置中,設(shè)備投資約占30%左右,其中專用設(shè)備和定型設(shè)備各一半,即各50%左右.因炭黑生產(chǎn)的特殊性,需對一些定型產(chǎn)品和專用設(shè)備進行改進,以滿足不斷提高的環(huán)保和生產(chǎn)炭黑的品質(zhì)要求.本文根據(jù)多年從事炭黑裝置設(shè)計,制造及炭黑生產(chǎn)的經(jīng)驗,對炭黑生產(chǎn)設(shè)備存在的不足進行描述,并提出已經(jīng)實施的解決辦法,以期拋石引玉

2、.2原料油泵2.1使用要求?炭黑生產(chǎn)要求:原料油泵要求低流量(46m/h)高揚程(出口壓力為3.5MPa4.OMPa).?環(huán)境要求:炭黑原料油粘度大,不易清除,要求無泄露.2.2目前現(xiàn)狀?齒輪泵:由于齒輪泵價格便宜,在國內(nèi)中小廠家還有部分使用,主要缺點是揚程低(2.5MPa),密封泄露.?旋轉(zhuǎn)噴射泵:流量,揚程都滿足生產(chǎn)要求,高壓部分采用靜密封,不泄露;低壓部分采用機械密封,對石油系的原料油而言泄露量很小,對煤焦油系的原料油而言,低壓處機械密封很容2004全國炭黑技術(shù)研討會論文.易損壞,導(dǎo)致大量漏油,且維護不便.?多級離心泵:多級離心泵揚程和流量滿足工藝要求,主要不足還是密封問題.,填料密封.

3、根據(jù)填料密封的結(jié)構(gòu)特點,往往存在泄漏,在高壓側(cè)泄漏量通常很大.機械密封.開車初期基本上無泄漏;根據(jù)油品不同,密封壽命不定,一般為23個月,當機械密封損壞后,出現(xiàn)噴射性泄漏,整個泵房慘不忍睹.2.3解決辦法根據(jù)幾種泵存在的不足.我們的辦法是選用多級離心泵,采用填料密封,在填料密封外再加一接料盒,然后和泵的進口相聯(lián),從而解決了此問題.3袋濾器3.1概況袋濾器是炭黑生產(chǎn)的又一關(guān)鍵設(shè)備,它的使用情況直接關(guān)系到環(huán)境保護和勞動強度.目前炭黑行業(yè)通用的袋濾器有兩種,第一種為反吹風(fēng)袋濾器,第二種為脈沖袋濾器.下面就二種袋濾器的優(yōu)缺點及選型進行探討.3.2反吹風(fēng)袋濾器3.2.1主要優(yōu)點?箱體為封閉結(jié)構(gòu),密封性能

4、好,尾氣好利用;?每個箱體單獨清灰,對炭黑煙氣的氣流分布要求不高.第5期趙寬明:炭黑用設(shè)備的改進和選型的探討73.2.2主要缺點?更換袋濾器的勞動強度大,工人的操作環(huán)境差(在箱體內(nèi)部操作),如不注意會出現(xiàn)安全事故;?吊掛濾袋的張力要求高,(用氣壓掛袋機掛濾袋時,對濾器尺寸精度要求高),否則會出現(xiàn)濾袋灌脹現(xiàn)象.3.2.3投資與15000t/a裝置配套的反吹風(fēng)袋濾器,總重約lOOt,下錐體采用不銹鋼,其余為碳鋼,采用該收集系統(tǒng)的總投資約137萬元(不含濾袋),其中本體約100萬元(含氣密閥,不含濾器);反吹閥12臺,約2O萬元;反吹風(fēng)機及管道約5萬元.3.3脈沖袋濾器3.3.1主要優(yōu)點?更換濾袋方

5、便,工作環(huán)境好,工作強度小;?便于檢查破損濾袋的位置;?袋濾器過濾壓降小.3.3.2主要缺點?對炭黑尾氣的氣流分布要求較高;?螺旋輸送器的軸封密封要求高,否則易漏炭黑;?頂蓋密封要求高,否則易漏炭黑尾氣.3.3.3脈沖袋濾器的改進?對螺旋輸送器兩端軸封的改進(1)為了提高軸封的密封性,我們對軸封結(jié)構(gòu)進行改進.采用雙層密封結(jié)構(gòu),從而在結(jié)構(gòu)上解決了軸封泄漏的問題,該結(jié)構(gòu)正申報實用新型專利,且在多家生產(chǎn)廠使用,未出現(xiàn)軸封泄漏問題;(2)提高螺旋輸送器的同軸度和直線度.?炭黑錐體結(jié)構(gòu)的改進為了降低脈沖袋濾器對炭黑尾氣的敏感性,我們根據(jù)料倉的設(shè)計原理對錐斗進行了改進.改成一邊為直邊,一邊為斜邊,從而避免

6、了袋濾器的架橋現(xiàn)象,降低了袋濾器對氣流分布的敏感性.?頂蓋密封結(jié)構(gòu)的改進?提高小U型槽加工尺寸精度?采用新型的密封填料,壓板結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進后,袋濾器上蓋門基本上無尾氣泄漏.3.3.4投資對于15000t/a裝置采用4臺DMBFC2000-II袋濾器的投資如下:(1)全不銹鋼(不含濾袋)約120萬元;(2)錐體,螺旋輸送器,小U型槽,隔板,花板為不銹鋼,其余為碳鋼約88萬元.3.4袋濾器選型根據(jù)以上分析,從工人的勞動強度,操作環(huán)境及投資等因素綜合考慮,建議選用脈沖袋濾器作為主袋濾器.4造粒機4.1造粒機造粒類型通常濕法造粒機由殼體,造粒軸,動力系統(tǒng)組成,造粒軸由帶螺旋線布置的攪齒焊接而成,通常采用

7、的類型有:a)和1000015000t/a裝置配套,采用530×3000;b)和2000025000t/a裝置配套,采用750×2500.4.2粒子形成過程及影響造粒質(zhì)量的因素4.2.1粒子形成過程炭黑的濕法造粒,是將粉狀炭黑和含有一定數(shù)量粘結(jié)劑的水溶液,在造粒機內(nèi)經(jīng)攪齒的旋轉(zhuǎn)對炭黑和水混合物進行攪拌分散,壓實作用形成顆粒狀炭黑的一種方法.粉炭在造粒機內(nèi)形成粒子過程有以下幾個階段.(1)粉炭的輸送階段.粉炭經(jīng)螺旋進入造粒機內(nèi),通常采用螺旋或攪齒螺旋對粉炭進行輸送,以保證造粒過程連續(xù)穩(wěn)定.(2)粉炭浸濕和粒子形成階段.粉炭與具有一定比例的造粒水相遇時,在一定轉(zhuǎn)速的攪拌齒作用下

8、,粉炭迅速排出表面所吸附的氣體并受到造粒水的浸濕,使炭黑表面具有一定的粘結(jié)力,在離心力,殼體的磨擦力及攪齒的動力作用下,炭黑相互碰撞,形成大小不一,干濕不均的附聚體,這些附聚體就是最初形成的粒子.(3)粒子拋光勻化階段.最初形成的粒子形狀,密度,含濕量都不一致,粒子濕度也不大,8炭黑工業(yè)2005年在離心力和殼體的磨擦力及攪齒的動力作用下,粒子一邊向后移動,一邊進行破碎重新附聚,并得到進一步壓實,勻化,從而形成粒徑在12mm左右的球形顆粒.4.2.2影響造粒機造粒質(zhì)量的因素(1)外部因素?粉狀炭黑下料的均勻性.粉狀炭黑下料量多少由氣密閥轉(zhuǎn)速來調(diào)整,由于氣密閥,粉罐架橋原因,將影響造粒效果,甚至使

9、造粒無法進行.?再處理炭黑下料均勻性.再處理和回收袋濾器的收集炭黑因密度比粉狀炭黑大,氣密閥下料為定容排料,也會影響造粒效果和粒子質(zhì)量的穩(wěn)定.?DCS串級調(diào)節(jié)整定值的影響.整定值每個系統(tǒng)都不同,整定值太大,水量調(diào)節(jié)滯后.整定值太小,粒子將出現(xiàn)周期性大小不均勻現(xiàn)象.(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對造粒質(zhì)量的影響?顆粒在造粒機內(nèi)的停留時間.攪齒在軸上呈螺旋布置,具有和螺旋相似的輸送功能.為了保證粒子的質(zhì)量,必須保證顆粒在造粒機內(nèi)的停留時間,停留時越長造粒粒子質(zhì)量越好.?影響造粒機停留時間的因素有:攪齒的布置,轉(zhuǎn)速,處理量,造粒機的長度,料層厚度.4.3造粒機選型建議根據(jù)上述分析,為了提高造粒質(zhì)量,我們對造粒機進行

10、多次改型設(shè)計,并根據(jù)多條生產(chǎn)線的實際使用情況,建議1000015000t/a裝置采用30X3000三螺旋攪齒;2000025000t/a硬質(zhì)裝置采用+750X3000四螺旋攪齒,軟質(zhì)采用50X3000五螺旋攪齒造粒機.5空氣預(yù)熱器5.1引言利用換熱器回收尾氣顯熱來預(yù)熱助燃空氣,從而降低燃料油消耗,提高全油收率和炭黑產(chǎn)品產(chǎn)量,具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益.但是,隨著空氣預(yù)熱溫度的提高,換熱器需要的傳熱面增加,且換熱器的制作需要更昂貴的耐高溫材料.投資費用相應(yīng)增加.因此,在空氣預(yù)熱器選型時,選擇適宜的空氣預(yù)熱溫度是一個重要的課題.下面我們從經(jīng)濟角度對此進行討論.5.2預(yù)熱空氣溫度與回收熱量及燃料油

11、油量的關(guān)系5.2.1回收的熱量Q=w2(t2"一t2)(51)式中,t2進換熱器前的空氣溫度,ot"出換熱器的空氣溫度.5.2.2空氣回收的熱量與節(jié)省燃料油量的關(guān)系W3=Q/kin(52)5.3換熱器傳熱面積與空氣預(yù)熱溫度的關(guān)系為了達到預(yù)期的預(yù)熱溫度,必須確定合適的傳熱面積.根據(jù)換熱器的基本傳熱方程式,換熱器所需傳熱面積nF=.(53)Ktm式中,F換熱器的傳熱面積;Q炭黑煙氣傳遞給空氣的熱流量W;K換熱器的傳熱系數(shù)kcal/m?hr?oC.因空氣預(yù)熱器的進口溫度最高可達炭黑終止反應(yīng)溫度,為了便于討論,假設(shè)tm保持不變,則需要的換熱面積和空氣預(yù)熱出口成線性關(guān)系.即F:(54

12、)/Xtm'5.4換熱器的價格與空氣預(yù)熱溫度的關(guān)系由于換熱器都采用鋼材進行制作,隨著預(yù)熱器的溫度提高,為了保證設(shè)備長周期運行,往往采用價格較為昂貴的高合金鋼,導(dǎo)致設(shè)備的一次投資費用增加.由于空氣預(yù)熱溫度不同,采用材料不同,費用也不一樣.如:空氣預(yù)熱溫度在350oC左右,煙氣進口溫度在550C左右,管材采用20g鍋爐鋼就可以.空氣預(yù)熱溫度在600650C,煙氣進口溫度在750850C之間時,需要采用188系列鋼或0Cr23Nil3鋼.'空氣預(yù)熱溫度在800C,煙氣進口溫度在900950C,材料采用253MA(見表1).表1第5期趙寬明:炭黑用設(shè)備的改進和選型的探討95.5空氣預(yù)熱

13、的合適溫度根據(jù)上面的討論,為了求得經(jīng)濟效益好的預(yù)熱溫度,我們以財務(wù)凈現(xiàn)值(FNPV)作為目標函數(shù),來討論最佳溫度.FNPV:(cIcO)(1+ic)一(55)式中,CI現(xiàn)金流人;CO現(xiàn)金流出;N設(shè)備使用年數(shù);Ic財務(wù)內(nèi)部收益率(15%).co0-QA=ACO.為第一年的設(shè)備投資.空氣預(yù)熱器的維修費用較低.為了便于計算,Cot=0.Cit×A油cit每年節(jié)省燃料油回收的資金,考慮空氣預(yù)熱器溫度升高的綜合效益,A油=A油實+200.根據(jù)以上討論對(55)式整理得:FNPV=1Af$(1.15)一=QP(56)P值的計算如下:NAA油3170o80o5170o80o8170o80o3170

14、0100051700100o8170o1ooO31700120o5170o120o81700120o3170o14005170014008170014003170o160051700160o8170o1600317001800P一0.09270.0o230.10320.0420.07680.20290.0o880.15130.30270.05950.22580.40240.11030.30o30.50210.161170o170o310o310o3100310o310o31003100310o310o310o310o310o310o310o310o310o310o310o12oo012ooO1

15、2ooO12ooO120o01200o12000120o01200o120001200012000120001200012000120001200012000180o180080o80080o1o0010o0100o120o12o0120160o160o160o180o1800180o80080o80o1000100010o01200120012001400140014001600160016001800180018000.37480.60180.33620.24120.14030.28540.16670.O4050.23470.09220.05920.1840.01

16、770.15890.13320.05680.25860.08250.13130.3583一1.8841.789一1.6881一1.83331.7145一1.58841.78251.641.48861.73181.5655一1.38891.6811.4911.28921.63031.41651.1895583583583583583583583583583583583583581O炭黑工業(yè)2005丘5.6討論?P為正值,說明1項目內(nèi)部收益率>15%,屬于可投資項目,反之,經(jīng)濟效益不好.?設(shè)備的使用壽命越長,經(jīng)濟效益越好,越值得投資.?規(guī)模越大,凈現(xiàn)值越大,越值得投資.?判定是否值得

17、投資的標準為(設(shè)備壽命5年)./A/A./tm9000一<3一<3|即:堡生回皇焦墊量Q原油價格(A油),?從目前的油價和材料價格來看,空氣預(yù)熱溫度為650C較為合適,還能滿足油價上漲的需要.5.7選型探討(1)根據(jù)目前的原料油價格和材料價格,使用650C級空氣預(yù)熱器為宜.(2)使用廠家應(yīng)精心操作,盡可能延長空氣預(yù)熱器的使用壽命.(3)空氣預(yù)熱器生產(chǎn)廠家應(yīng)抓緊研制空氣預(yù)熱溫度高(800C,900C),成本低的空氣預(yù)熱器,以適應(yīng)原料油不斷上漲的形勢,為使用廠家創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益.以上只是一點已見,供大家探討斧正.哥倫比亞任命技術(shù)副總裁強化新產(chǎn)品開發(fā)據(jù)哥倫比亞公司報道,

18、為了強化新產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)服務(wù)的能力,近日它任命R.萊穆巴(R.Lamba)為主管炭黑技術(shù)的副總裁.他將專門負責該公司在全球各地的實驗室服務(wù)中心以及新產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)服務(wù)部的業(yè)務(wù)工作.R.萊穆巴是在1997年以產(chǎn)品科學(xué)家的身份加盟哥倫比亞公司的,2000年11月提升為公司全球輪胎市場經(jīng)理.他在加盟哥倫比亞公司之前,曾在哈里伯頓能源服務(wù)公司工作過,也作為副研究員在阿克隆大學(xué)執(zhí)教.R.萊穆巴早年就讀于印度孟買大學(xué),曾獲化學(xué)學(xué)士學(xué)位,后來又赴美國俄亥俄州阿克隆大學(xué)深造,獲聚合物科學(xué)博士學(xué)位.目前,他還兼任美國化學(xué)學(xué)會學(xué)者委員會主席,美國化學(xué)學(xué)會橡膠分會主席和美國化學(xué)學(xué)會教育委員會委員.哥倫比亞公司主管炭黑市場,銷售和技術(shù)工作的資深副總裁J.霍華德說,萊穆巴在炭黑技術(shù)和市場方面積累有豐富的經(jīng)驗,是唯一有資格出任這一職位的人選.他的這些經(jīng)驗,有利于我們開發(fā)新的高附加值的產(chǎn)品,以滿足客戶的需要,并通過設(shè)在世界各地的技術(shù)中心,來證明哥倫比亞公司在炭黑技術(shù)開發(fā)方面的專長.(郭雋奎)卡博特公