蒸發(fā)冷凝器的工作原理及其在合成氨冷凍系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐富強(qiáng)

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，合成氨冷凍系統(tǒng)被不斷的改造，其性能逐漸完善，漸漸實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。其中蒸發(fā)式冷凝器在合成氨冷凍系統(tǒng)改造工程中發(fā)揮著及其重要的作用，是實(shí)現(xiàn)合成氨冷凍系統(tǒng)高效節(jié)能的主要因素。文章在介紹蒸發(fā)式冷凝器工作原理的基礎(chǔ)上，探討其在合成氨冷凍系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式冷凝器；工作原理；合成氨；冷凍系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ113.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）23-0058-02

許多氮肥生產(chǎn)企業(yè)一樣，筆者所在公司合成氨的冷凍系統(tǒng)裝置中，以前的裝置都是采用立或臥式水冷凝器。隨著合成氨生產(chǎn)裝置的不斷改造，生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，冷凍系統(tǒng)在有些時(shí)段，特別是夏季，裝置一直處于高負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行中，冰機(jī)的運(yùn)行電流會(huì)上漲甚至超電流，這樣不僅會(huì)增加電能的消耗，而且可能造成冰機(jī)經(jīng)常跳車，給生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很大的影響。采用蒸發(fā)式冷凝器，不僅實(shí)現(xiàn)了冷凍系統(tǒng)的高效，節(jié)約電能，而且確保生產(chǎn)的運(yùn)行的穩(wěn)定及安全。在合成氨冷凍系統(tǒng)中應(yīng)用蒸發(fā)式冷凝器，首先就需要了解其工作原理，并了解其技術(shù)特性。

1 蒸發(fā)式冷凝器的工作原理

蒸發(fā)式冷凝器的工作其實(shí)是一個(gè)熱量交換的過(guò)程，在冷凝器盤管中有大量的高溫的氣氨，而蒸發(fā)式冷凝器就是通過(guò)水以及外界的空氣與其發(fā)生熱量交換，達(dá)到制冷的效果。其中在冷凝的過(guò)程中會(huì)放出大量的熱量，這些熱量正通過(guò)水的蒸發(fā)過(guò)程帶走。

其具體的制冷過(guò)程可以分為以下幾個(gè)步驟：

①形成水膜的過(guò)程。首先冰機(jī)壓縮排出的氣體氨會(huì)從上面進(jìn)入到冷凝盤管中，盤管中的冷凝水通過(guò)水泵會(huì)達(dá)到上部的噴水裝置中，通過(guò)噴嘴就可以將冷凝水噴射到冷凝盤管的表面，但是噴射過(guò)程一定要保持均勻，這樣就會(huì)在冷凝盤管的表面形成一層水膜。

②熱交換過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，由于盤管內(nèi)外的物質(zhì)溫度不一樣，氣氨處于高溫狀態(tài)，而冷凝水以及空氣溫度較低，所以兩者之間會(huì)發(fā)生熱量交換。交換后的氣氨會(huì)逐漸的變成液態(tài)氨，而盤管外的水由于吸收了大量的熱，其中一部分會(huì)形成水蒸氣。

③當(dāng)水蒸氣經(jīng)過(guò)收水器過(guò)程中，大量的水分會(huì)被吸收，而那些剩余的空氣會(huì)被排到設(shè)備外。

④強(qiáng)化熱交換過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中，空氣通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)的加速，以大約5～7 m/s的速度通過(guò)冷凝水以及盤管中，這樣就會(huì)在冷凝盤管中形成負(fù)壓，就會(huì)加強(qiáng)盤管上部噴射水的蒸發(fā)，從而強(qiáng)化了熱量交換的效果。

⑤在上訴過(guò)程中，沒有被蒸發(fā)的水下落過(guò)程中會(huì)被空氣所冷卻，這些水會(huì)均勻的落到水箱中，水箱中有自動(dòng)的循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)水閥門自動(dòng)的補(bǔ)充水，使水位保持在一定的水平，這樣就能保證整個(gè)系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

2 合成氨冷凍系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用

對(duì)于合成氨冷凍系統(tǒng)中應(yīng)用蒸發(fā)式冷凝器方面，由于冷凝器的種類、型號(hào)很多，所以一定要根據(jù)實(shí)際的需求情況選擇。

另外，在系統(tǒng)中其他的組件選擇方面，也要根據(jù)實(shí)際情況，并結(jié)合蒸發(fā)式冷凝器的選擇配套的組件，包括軸流風(fēng)機(jī)、冷凝盤管、循環(huán)水泵、分水裝置等，除了保證其能起到良好的效果外，還應(yīng)該保證其質(zhì)量以及耐用程度。

在安裝以及使用過(guò)程中，常常會(huì)到一些問題，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)企業(yè)造成一定的損失。在安裝過(guò)程中，主要問題包括氣流通道不通暢、造成短路以及管路配置不當(dāng)?shù)龋@些問題都會(huì)影響到蒸發(fā)式冷凝器的工作，使其達(dá)不到應(yīng)用的制冷效果。針對(duì)這些情況，需要在安裝的過(guò)程中做到以下幾點(diǎn)：

①設(shè)備的放置地點(diǎn)要選擇沒有熱空氣進(jìn)入的地方，并且要保證設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口與阻礙物的距離達(dá)到1.5 m以上，還應(yīng)該保證出風(fēng)口比建筑物高1 m以上。

②如果是單臺(tái)蒸發(fā)式冷凝器，則需要在其垂直的管段相應(yīng)位置安裝一個(gè)檢修閥，并在排液管上設(shè)置安全閥以及放空閥，保證檢修閥的安裝要距離水平管300 mm。

③如果是多個(gè)冷凝器，則需要在每一個(gè)盤管排液垂直管上設(shè)置一個(gè)存液彎，這樣可以起到平衡液壓的效果。在系統(tǒng)使用的過(guò)程中，由于冷凝盤管中有一些不凝性氣體的存在，會(huì)增高冰機(jī)的出口壓力，會(huì)導(dǎo)致電流升高，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行，并且增加了對(duì)電力的消耗，不利于節(jié)能。

另外，如果長(zhǎng)時(shí)間的使用冷凝水，并沒有及時(shí)的處理，就會(huì)在設(shè)備中形成一些泥漿、結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象，這樣會(huì)影響到設(shè)備的使用壽命。針對(duì)這些問題，需要在使用的過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：

①在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，定期利用放空閥將設(shè)備中的不凝性氣體進(jìn)行排出，另外要查明這些氣體的來(lái)源，有針對(duì)性的進(jìn)行解決。

②在設(shè)備使用過(guò)程中，定期的對(duì)設(shè)備進(jìn)行除塵、清潔、保養(yǎng)工作，一般都是用脫鹽水除垢，也可以根據(jù)實(shí)際的情況，利用新技術(shù)，如電子除垢技術(shù)。另外，如果有必要，可以用復(fù)雜的生物水進(jìn)行系統(tǒng)的處理。

3 在合成氨冷凍系統(tǒng)中應(yīng)用蒸汽式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)

蒸發(fā)式冷凝器與傳統(tǒng)的冷凝器相比，它在節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定性、技術(shù)以及安裝與維修等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。所以目前蒸汽式冷凝器在合成氨冷凍系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，下面就從節(jié)能、高效、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等幾個(gè)方面對(duì)其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析。

在節(jié)能高效方面，蒸發(fā)式冷凝器利用先進(jìn)的導(dǎo)管技術(shù)，對(duì)設(shè)備中的水進(jìn)行合理分配、循環(huán)利用，保證了冷卻水與冷凝盤管的有效接觸。這樣不僅節(jié)約了大量的水資源，還避免了盤管壁結(jié)垢、管壁滲水等弊端，很大程度上提升了冷凝器的換熱效率。

一般來(lái)說(shuō)，蒸汽式冷凝器中的盤管都是利用高效的導(dǎo)熱材料，是經(jīng)過(guò)高溫對(duì)其整體進(jìn)行鋅浸泡，這大大的增強(qiáng)了冷凝盤管的防腐性能。

另外，設(shè)備的水箱面板都是利用一定厚度的熱浸鋅板，在其安裝過(guò)程中，對(duì)于焊接處以及關(guān)鍵處都用富鋅漆進(jìn)行均勻涂抹，另外水箱的相關(guān)構(gòu)件，如螺絲、自攻螺釘?shù)榷荚谑褂们坝脽徜\水進(jìn)行了處理，這樣做能使設(shè)備的整體性能增強(qiáng)，很大程度上提升了設(shè)備的耐用性，延長(zhǎng)了其使用壽命。

利用蒸發(fā)式冷凝器在安裝以及維修方面也十分的簡(jiǎn)單，這主要是由于冷凝器的結(jié)構(gòu)。蒸發(fā)式冷凝器將水箱、水泵、冷卻塔以及盤管等有機(jī)的融合為一個(gè)整體，在安裝過(guò)程中，采用上下箱組裝的方式即可。由于其結(jié)構(gòu)緊湊，所以設(shè)備的占地面積小，所以在安裝以及維修過(guò)程中不需要過(guò)多的人力，這樣就可以節(jié)約大量的勞動(dòng)力，從而節(jié)約設(shè)備的維修費(fèi)用。

利用蒸發(fā)式冷凝器，可以實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，并且在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電力的消耗較少。另外，由于其對(duì)冷凝水的消耗少，功率低，所以運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生太大的噪聲，并且對(duì)外界的污染也很低。

4 蒸發(fā)冷凝器在安裝及使用中的相關(guān)問題分析

4.1 蒸發(fā)冷凝器在安裝過(guò)程中的問題

在安裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在氣流不暢通現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備的換熱有很大的影響。對(duì)于這一問題，應(yīng)該將設(shè)備放在沒有熱空氣進(jìn)入的位置，并將進(jìn)風(fēng)口1.5 m的障礙物清理，保證風(fēng)量能夠順利的從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入。在安裝過(guò)程中，有時(shí)也會(huì)遇到管路配置不當(dāng)?shù)膯栴}，對(duì)設(shè)備的制冷效果有較大的影響。如果是單臺(tái)冷凝器，冰機(jī)排氣管最高點(diǎn)裝有放氣閥，并在垂直的管路上設(shè)置檢修閥，在冷凝器排液管水平方向上設(shè)置檢修閥、放空閥以及安全閥，并且2.1%坡度傾向貯液器，在垂直管段上裝有檢修閥且安裝于至少在水平管段以下300 mm處；在貯液槽上需安裝放氣接頭和安全閥。對(duì)于多臺(tái)冷凝器系統(tǒng)，必須在每根盤管出口出來(lái)的排液管道的垂直管段上設(shè)有1個(gè)存液彎來(lái)平衡盤管出口的壓力差；從貯液槽到冰機(jī)排氣管設(shè)有1根平衡管，以保證冷凝器中的液體可自由排入貯液槽。

4.2 冷凝器在使用過(guò)程中存在的問題

①在使用過(guò)程中，不凝性氣體的存在會(huì)使冰機(jī)出口的壓力不斷升高，如果這些不凝性氣體越來(lái)越多，就會(huì)使得冷凝壓力逐漸升高，從而影響冷凝器的制冷效果和造成電消耗增加。對(duì)于這類問題，需要嚴(yán)格遵循冷凝器的使用規(guī)則，并定期排放設(shè)備中的不凝性氣體。在排放惰氣時(shí)，通常在系統(tǒng)高點(diǎn)放空或在液氨貯槽放空，同時(shí)要查明不凝性惰氣的來(lái)源。合成氨冷凍系統(tǒng)中的不凝性氣主要為氫氮?dú)猓瑏?lái)源于系統(tǒng)補(bǔ)加液氨時(shí)氨中夾帶氣，或系統(tǒng)串氣，以及氨冷器泄漏等，需針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行處理。

②冷凝器使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)有腐蝕、泥漿、結(jié)垢等現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備的傳熱效率造成影響，并且會(huì)降低設(shè)備的使用壽命。對(duì)于這類問題，可考慮補(bǔ)充水，使用脫鹽水，定期對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行清洗，比如用水槍清除結(jié)垢、結(jié)塵和淤泥。另外，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的連續(xù)排污和復(fù)雜的生物水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的水可適當(dāng)補(bǔ)加防腐阻垢劑防腐，如果出現(xiàn)局部腐蝕或保護(hù)層被損壞了的要及時(shí)進(jìn)行防腐。總之，運(yùn)行中要常分析觀察水質(zhì)情況和設(shè)備運(yùn)行狀況。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)科技的發(fā)展，冷凝器不斷改進(jìn)，蒸發(fā)式冷凝器也逐漸被廣泛的應(yīng)用與合成氨冷凍系統(tǒng)中，由于這種冷凝器具有高效、節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，所以利用這種冷凝器進(jìn)行合成氨冷能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保，并且能增加氨的產(chǎn)量，在運(yùn)行的過(guò)程中，還提高了系統(tǒng)的安全性能，給企業(yè)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)效益。從實(shí)際使用情況可以看出，蒸發(fā)式冷凝器確實(shí)是高效節(jié)能的環(huán)保設(shè)備，同時(shí)還具有穩(wěn)定可靠的性能及節(jié)水、節(jié)電、環(huán)保、增產(chǎn)、結(jié)構(gòu)緊湊和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，為裝置長(zhǎng)周期滿負(fù)荷安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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