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蒸发式冷凝器与换热器的性能与比较点击：2065 日期：[ 2014-04-26 22:01:02 ] |
| 蒸发式冷凝器与换热器的性能与比较 杨源田 （全国化工合成氨设计技术中心站 济南 250013） 摘要：简要介绍了蒸发式冷凝器工作的基本原理及蒸发式冷凝器在合成氨生产中的应用效果。 关键词：合成氨 冷冻系统 冷凝器 节水 冷冻系统是合成氨生产中重点工序之一,也 是能耗大户, 而冷冻系统中气氨的冷凝对冷冻系 统的稳定运行起着重要的作用。 蒸发式冷凝器 是实现制冷系统制冷剂相态还原的重要换热设 备。它的主要作用是将压缩机排出的高温、高压 制冷剂蒸气的热量传递给冷却介质，使制冷剂蒸 气冷却、液化。另外，蒸发式冷凝器不但可以获得 较低的冷凝温度和冷凝压力，而且结构紧凑。因 此，得到越来越多的化肥企业的青睐。 1 蒸发式冷凝器的工作流程（见图 1） 制冷剂气体经压缩机排出后进入蒸发式冷 凝器盘管内，连续循环的冷却水由盘管上部的 喷嘴喷出，淋洒在盘管外表面上，将冷凝盘管包 容于水流中。在蒸发式冷凝器上部装有轴流式 通风机，使四周的空气从冷凝器底盘上的进风 格栅进入，自下向上流经盘管。水吸收了制冷剂 的热量以后，一部分蒸发变成水蒸汽，使水温随 之下降，盘管内的制冷剂气体便逐渐降温冷凝成液体，沿着管子流到高压贮液器，再返回系统 循环运行。其余的水落入下部的水槽内，经水泵 再送至喷嘴，循环使用。饱和热湿空气被吸引往 上升，经通风机排放到周围大气中。为了防止未 蒸发的水滴被空气带走，在喷水管的上部装有 挡水板，将热湿空气分离出来的水滴流向积水槽。 4 蒸发式冷凝器的优点 （1）减小环保压力。水冷式换热器一旦泄漏， 就会造成高压侧的氨泄漏至循环水系统，最终造 成循环水中 NH3- N 含量高，使水质恶化，给企业 环保工作带来很大的压力。而蒸发式冷凝器的传 热盘管泄漏的几率要少的多，即使泄漏，也能及 时被发现并及早处理。 （2）缓解循环水紧张的压力。因为蒸发式冷 凝器所使用的水是自身循环，相当于自身配备一 个凉水塔，所以这部分循环水不必回水站再进行 循环降温，这对于改变企业内循环水紧张的局面 有非常重要的意义。 （3）耗水量小。蒸发式冷凝器是靠水的蒸发 潜热带走被冷介质的热量，水的汽化潜热约 2 400kJ/kg，而水冷式冷凝器中冷却水温升 10℃， 水只能带走约 42kJ/kg 的热量，理论上耗水量只 有水冷式的 1%～2%，考虑蒸发式冷凝器的效率， 实际耗水量约为 5%～10%。 蒸发式冷凝器耗水量由蒸发耗水量和飘逸 耗水量组成，由于蒸发式冷凝器内部使用高效收 水器，使得其飘逸水量相当小，故飘逸耗水量可 以忽略不计（其质量分数基本在 0.001%）。 水蒸发耗水量是水在吸收系统热量时产生 相变而消耗，即水喷淋在换热盘管上吸收盘管内 的热量而由液态水变为汽态水，汽态水即水蒸汽 由轴流风机引入后排入大气中。 总冷凝量以热负荷为 1 000kW 的蒸发式冷 凝器为例，理论耗水量计算为： 30℃时水的汽化热值为：2 423kJ/kg，耗水量 为 1 000×3 600/2 423＝1.49t （4）节电效果显著 配有凉水塔的水冷式冷凝器必须使用较大扬程的水泵才能使水在管路中循环，而蒸发式冷 凝器实际上就是把凉水塔和水冷式冷凝器有机 地结合在一起，既有冷却水的显热传热过程，又 有冷却水的潜热传热过程，从而降低了功耗。 5 蒸发冷凝器的缺点 （1）目前所有蒸发式冷凝器生产厂家均采用 整体高温（约 480～490℃）热浸锌对冷却盘管进 行防腐，但热浸锌厚度没有统一的标准，并且不 好检测。由于蒸发式冷凝器在大型化工企业使用 业绩并不太多，并且时间也较短，所以在防腐方 面可能存在一定的风险。规避风险的措施：可以 分组进行更换。 （2）喷嘴可能会有堵塞现象，规避风险的措 施：可以停车更换。 6 蒸发式冷凝器与水冷式换热器的运行费用比 较（以山东某化肥公司为例） 蒸发式冷凝器的运行费用为运行时水蒸发 的损耗和运转设备电耗，水冷式换热器的水耗为循环水的消耗。 以换热量均为 1 000kW 的蒸发式冷凝器与 水冷式换热器进行比较，其中循环水成本按 2.0 元 /m（3以补水为基准），脱盐水成本按 4.0 元 /m3， 电费按 0.33 元 / 度（化肥用电，含税价），蒸发式 冷凝器用电：蒸发式冷凝器 4000kW配风机四台 7.5×4=30kW，水泵两台 5.5×2=11kW，总共每小 时耗电 44kW·h，则 （1） 蒸发式冷凝器耗电为 44÷4×0.33=3.63 元；水耗为 1.49×4=5.96 元，总运行成本为 3.63+5.96=9.59 元 （2）水冷式换热器水耗为 86×2.0=172 元 （3）蒸发式冷凝器比水冷式换热器运行成本 节约：172- 9.59=162.41 元 （4）间接效益，蒸发式冷凝器在冬季可以停 水，只用空冷进行冷却，这样可以将脱盐水及蒸 发式冷凝器循环水泵的费用节省下来。 7 山东某化肥公司冷冻站蒸发式冷凝器使用状况 （1）生产厂家:洛阳某制冷设备有限公司 （2）设计参数 管程设计压力：2.0MPa；设计温度（进 / 出）：150／50℃；蒸发式冷凝器总换热量 8 000kW（每 台 4 000kW）；设备尺寸（长×宽×高）为 8.75× 3.14×4.527m；换热管 31.8×21.6×1.8mm 椭圆 管；风机（4 台 / 套，90 000m3/h/ 台）7.5kW/ 台；水 泵（2 台 / 套，流量：135 m3/h/ 台）5.5kW/ 台。 （3）投资情况（见表 3） （4）运行情况 蒸发式冷凝器投运后，4 台卧式循环水冷却 器全部关闭，减少了公司的循环水用量。 ①补水情况 由于公司内脱盐水紧张，经过咨询后采用循 环水补水，补水量（2007 年 10 月 18- 20 日三天测 试数据取平均值，其中 18 日开三台冰机、19 日开 两台冰机、21 日开两台冰机）约为 6.6m3/h。 ②水排放情况 化验室对蒸发式冷凝器循环水进行水质 分析，根据分析结果进行排放，循环水通过管道 泵排至公司水站。 结束语 蒸发式冷凝器因为节水，效率高，对水质要 求没有水冷式冷凝器那么高等优点，正被越来越 广泛地应用。但环境温度的变化对蒸发式冷凝器 的影响较大。 |
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