熱連軋乳液加熱系統(tǒng)改造

江開倫，陳建華

（西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶401326）

0 前言

乳液是鋁板帶軋制時的輥系冷卻和潤滑的重要介質(zhì)，主要由7%的油和93%的水乳化而成[1]。隨著市場對鋁板產(chǎn)品表面質(zhì)量要求的提高，乳液的溫度穩(wěn)定性和清潔度成了制約產(chǎn)品質(zhì)量提高的瓶頸。熱連軋原乳液加熱系統(tǒng)由VAI設計，采用乳液外循環(huán)電加熱，由于該系統(tǒng)所用電加熱器功率大且加熱管密集，存在較大運行風險。同時乳液極易在加熱器內(nèi)部接觸部位燒結(jié)進而導致熱傳導效率顯著降低，乳液溫度達不到工藝要求，燒結(jié)物污染乳液，嚴重影響熱連軋產(chǎn)品質(zhì)量。本改造方案利用原乳液加熱系統(tǒng)部分設備，采用中間介質(zhì)水加熱方式徹底解決了原加熱系統(tǒng)存在的問題。

1 原加熱器系統(tǒng)配置

1.1 系統(tǒng)原理

如圖1 所示，原乳液加熱器主要由4 臺并聯(lián)的泵2（3 用1 備）、一臺電加熱器7、10 個蝶閥、一個流量開關(guān)6、溫度開關(guān)5 和原乳液箱4 組成。泵從凈乳液箱抽出乳液直接送入電加熱器加熱后返回凈乳液箱，通常情況下同時運行3臺泵；溫度傳感器5 和流量開關(guān)6 采集乳液溫度參數(shù)和流量狀態(tài)送入控制系統(tǒng)，保障加熱器安全運行。

圖1 原乳液加熱器原理圖

1.2 原乳液加熱系統(tǒng)參數(shù)

乳液泵：流量2 000 L/min；壓力1.75 bar；功率11 kW；管道通徑DN200。

電加熱器：功率1 485 kW

乳液溫度：（60±5）℃

2 乳液加熱系統(tǒng)改造方案

保留原有的乳液循環(huán)設備，把原有加熱器系統(tǒng)中的加熱器換成熱交換器，新增加熱器系統(tǒng)包含的主要設備有熱交換器1 臺、膨脹水箱1 個、水氣分離器1 個、電加熱器2 臺、水泵2 臺（一用一備），如圖2 所示。中間介質(zhì)采用去離子水[2]，去離子水由水泵7 提供動力，經(jīng)過新增加熱器5 加熱后到熱交換器3進行熱交換，冷卻后的去離子水經(jīng)過水氣分離器2后返回水泵7入口形成單獨的循環(huán)，時刻保證膨脹水箱的系統(tǒng)管路里面充滿去離子水[3]。乳液由原有乳液泵提供動力，經(jīng)過熱交換器加熱后流回凈乳液箱，實現(xiàn)乳液和電加熱器隔離[4]。

圖2 加熱器改造原理圖

2.1 加熱器和熱交換器功率的確定

根據(jù)已有的加熱器1 485 kW 供電配置，結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定加熱器總功率為1 600 kW，分為兩臺各800 kW 的加熱器。為了實現(xiàn)乳液和去離子水的充分熱交換，可適當選功率大一些的熱交換器，而原熱軋閑置的在線乳液冷卻用板式熱交換器換熱功率為2 000 kW，符合選用標準。

2.2 去離子水泵流量和壓力參數(shù)的確定

系統(tǒng)管路采用良好的保溫措施，不考慮管路熱損失，保證乳液最大溫升。

充分熱交換后，去離子水最低溫度等于乳液熱交換后的最高溫度，即：

60 ℃為生產(chǎn)工藝需求的乳液通常保持的溫度。

為了確保加熱后的去離子水不沸騰氣化，根據(jù)當?shù)睾０胃叨龋_定去離子水最高加熱溫度為90 ℃，去離子水加熱前和加熱后的最大溫差為：

滿足加熱及熱交換的循環(huán)去離子水的最低流量按公式（4）計算。

對應泵規(guī)格取整數(shù)選擇泵流量 Q水=55 m3/h。

式中：W為加熱器總功率，1 600 × 103W；Q乳為參與熱交換的乳液總流量，2 000×3 L/min=0.1m3/s；ρ乳=ρ水為乳液密度，等于水的密度，1×103kg/m3；C乳=C水為乳液比熱，等于去離子水比熱，4.2×103J/kg℃[5]。

由于加熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)落差為14 m，考慮管道壓力損失選擇泵壓力為P=4 bar。管道通徑為DN100。

最后確定選用Q=55 m3/h、P=4 bar 的離心泵[6]。

2.3 去離子水泵站和加熱器集成

為了乳液加熱系統(tǒng)便于安裝，減少現(xiàn)場施工量以及設備占用面積，將兩臺去離子水泵和兩臺加熱器先做集成，兩臺加熱器上下垂直安裝，容易出故障的兩臺去離子水泵水平并列安裝，這樣便于故障維修。集成后的泵站和加熱器在現(xiàn)場只需和系統(tǒng)水管連接并現(xiàn)場固定即可投入使用，見圖3。

圖3 去離子水泵及加熱器集成

3 結(jié)束語

熱連軋乳液加熱系統(tǒng)改造后，運行功率最高時能達到1 600 kW，乳液溫度能控制在55～65 ℃內(nèi)。且由于乳液和去離子水分別獨立循環(huán)，徹底避免了乳液在加熱管上的燒結(jié)，乳液清潔度大為提高的同時保障了設備安全運行。采用中間介質(zhì)間接加熱乳液的改造方案實施后滿足了工藝技術(shù)對乳液品質(zhì)的要求，可為同行業(yè)相應工序的裝備改進提供參考。