蒸發真空系統改造方案

張世民（陜西紅星化工有限責任公司 陜西 渭南 714000）

一、改造背景

陜西省化工總廠2萬噸/年燒堿系統是由原1萬噸/年逐步擴建而來：首先將二、三效蒸發器由自然循環改成強制循環，隨后一、二效蒸發器的加熱面積也由120m2擴大到180m2。雖然蒸發器的能力在不斷增加，但三效的真空系統一直沒有改造，造成真空噴射器循環水進水溫度達40℃，出水溫度更是高達53℃，真空度由當初的650-670mmHg柱下降到500-530mmHg柱，蒸發系統的溫度整體上升，對設備的腐蝕增加,檢修頻繁。蒸發生產能力達不到要求，形成氯堿系統生產的瓶頸，因此，真空系統的改造迫在眉睫。

但氯堿市場低迷，企業資金緊張，只能尋找一種經濟可行的改造方法。

我廠蒸發真空系統的實際狀況如下:（表1)

冷卻塔為水噴射驅動風機霧化式冷卻塔,原來裝了16組，因熱水泵壓力過低運行效果差,卸掉了4組，所以現在還空4個位置。

二、改造思路、目標及可行性分析

從上面的情況可以看出，熱水泵型號是10SH-13A，換個葉輪，就變為10SH-13，流量、揚程必將大幅度提高；冷卻塔增加4組，再加上熱水泵流量、揚程的增加，能力提高45%是完全可能的；涼水泵因為原設計選用壓力本來就高，流量增大后，壓力的降低不會影響真空系統的正常運行；最后,再在真空噴射器上下點功夫就完全有可能用很小的投資使真空系統的能力提高45%左右，這就是我們改造的目標。

三、改造方案

首先分析熱水泵，換葉輪后流量提高45%即流量達到418m3/h，依據表2泵性能表，利用插值法可以估算出：此時實際揚程為25.3*92%=23.3m，軸功率約為36KW，由于我廠當初安裝泵時配的電機就是45KW，因此，對熱水泵的改造，僅僅換個葉輪就可以滿足需要了。

其次分析涼水泵，流量提高45%，即流量達到398m3/h，同樣依據表2泵性能表，利用插值法可以估算出：此時揚程約為57.6*92%=53m，該揚程完全滿足真空噴射器對水壓的要求，顯然我廠現有涼水泵不用進行任何改造。

再看冷卻塔,水噴射驅動風機霧化式冷卻塔雖說0.08MPa的進水壓力就能運行，但效果還是比較差的。隨著進水壓力的提高，冷卻效果越來越好，冷卻水量也自動增加，根據長期的運行經驗來看，如能將進水壓力控制在1.3—1.5Mpa是比較合適的。

考慮到現在泵的底閥常常回不了位（卡住），我們計劃加高水池沿壁，使水面高于泵進口，這樣就可以去掉底閥，也降低了管道系統的阻力。改造前水池液面與噴霧口高度差7.5m，改造后水池水面升高，水池液面與噴霧口高度差降為6.5m。

根據現場的實際情況,參考 《建筑給排水設計規范》GB50015-2003，計算出改造前熱水泵進出口管線(dn250)折合阻力約為2.9m，涼水泵進出口管線(dn250)折合阻力約為5.6m；改造后熱水泵進出口管線折合阻力為4.5m，涼水泵進出口管線折合阻力為8.2m。

工藝流程圖見圖1

對于水噴射驅動風機霧化式冷卻塔來說，由于改造前后水壓相差不大，冷卻水量可按Q≈K*h0.5來估算。 h為進塔水壓(m水柱)（根據廠家所給塔的性能表，噴嘴處壓力15m水柱時冷卻水量30 m3/h，這里按28 m3/h計算）

冷卻塔的k≈Q/h0.5=28/150.5=28/3.87=7.24

改造前噴嘴處水壓=泵揚程-管道阻力-泵進出口液位差=21.4-2.9-7.5=11.0m，故：改造前單臺冷卻塔能力：

?

?

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Qq1=K*h0.5=7.24*11.00.5=7.24*3.32=24.0m3/hr。

改造后噴嘴處水壓=23.9-4.5-6.5=12.9m，

改造后單臺冷卻塔能力：

Qh1=K*h0.5=7.24*12.90.5=7.24*3.59=26.0m3/hr。

所以，改造前熱水泵冷卻塔系統的能力為：24*12=288 m3/h

改造后熱水泵與涼水塔系統的能力為：26*16=416 m3/h，實際能力提高了（416-288）/288=44.4%(與前面假設基本一致)。

再來分析涼水泵與水噴射真空泵：（現用水噴射真空器噴嘴面積共0.002769m2）

改造前噴嘴處水壓=泵揚程-管道阻力-噴嘴處距涼水池液面高度差=59.8-5.6-14.5=39.7m水柱。此時真空度為550mmHg柱，折合7.48m水柱。

可以計算出改造前噴嘴處壓差ΔH=39.7m+7.48m=47.18 m

噴嘴系數取0.92，則

V流速 = 0.92*(2*9.8*47.18)^0.5=27.98 m/s

Q流量 = 3600*0.002769*V =278.9 m3/h

要達到流量提高45%，即流量達到398m3/h,此時，涼水泵的揚程為（0.576 MPa*0.92）=0.53Mpa：

這時噴嘴處水壓=53-8.2-14.5=30.2m，改造后真空度可以達到650mmHg柱，折合8.84m水柱，可以計算出噴嘴前后壓差30.2m+8.84m=39.04m

V流速 = 0.92*(2*9.8*39.04)^0.5=25.45 m/s

要達到總流量為398 m3/h，則需要的噴嘴面積為：

S0=398/3600/25.45=0.004344m2

故需要增加的噴嘴面積ΔS=0.004344m2-0.002769m2=0.001575 m2

四、扁形噴嘴的布置方法

由于現有真空噴射器中無法再安裝噴嘴，但現有真空噴射器已經滿足對不凝性氣體的抽氣能力要求，所以，考慮在現有真空噴射器蒸汽進口前增加一直徑φ800輔助噴水降溫器，新增加的噴嘴安裝在輔助噴水降溫器內，由斜下方向上噴水，與設備頂碰撞后散開落下，用于對蒸汽冷凝降溫，分擔真空噴射器的冷凝負荷。

為防止堵塞，考慮將φ57*3.5鋼管端部壓扁，形成約5.5mm*60mm條形扁噴嘴。則需要該種扁噴嘴數n=0.001575/0.0055/0.06=5個，剛好滿足要求。

這樣，就用極小的投資，完成了蒸發系統的改造，可以說是事半功倍。

射流泵技術的理論及應用 --陸宏圻著 水利電力出版社1989

《建筑給排水設計規范》GB50015-2003，