常溫循環水液氨汽化器在氨水制備工藝中的應用

蔡飛+張偉立

摘要：氨水制備工藝中往往采用蒸汽或電加熱液氨汽化器進行液氨汽化，然后將氨氣純化處理后，通入水中溶解制備氨水。該工藝中最主要的能耗就是液氨汽化所需的電加熱或蒸汽熱源，約占總耗的80～90%。常溫循環水液氨汽化器依靠制氨工藝中氨氣溶解過程產生的大量溶解熱進行液氨汽化，省去了由外部提供額外熱源，而且大大降低氨氣溶解過程所需的冷卻循環水負荷。

關鍵詞：常溫循環水液氨汽化器；液氨汽化；氨氣溶解熱

一、氨氣溶解熱是否滿足液氨汽化熱的需求

經查閱相關資料確認，液氨汽化熱與液氨溫度和壓力有關，溫度越低，汽化熱越大，壓力越高，汽化熱越大。目前中國北方地區使用液氨溫度冬季最低約為-20℃，該溫度下液氨汽化熱為1333KJ/Kg，常溫下氨氣溶解熱為2044 KJ/Kg，由此可以確定，氨氣溶解熱遠遠大于液氨汽化熱，而氨氣溶解熱大部分熱交換給循環水，由此可以確認循環水低溫熱能完全滿足液氨汽化熱能需求。

二、液氨減壓汽化的必要性

將液氨壓力減到0.2～0.25Mpa 之后汽化主要原因：通常熱媒與需加熱的介質溫差越大，其換熱效率越高。循環水回水溫度為30～40℃，液氨壓力越低時，沸點越低，在0.2～0.25Mpa 時，液氨沸點為-8.9～1.6℃。因此將液氨減壓到0.2～0.25Mpa 時，既能滿足氨水制備系統要求氨氣工作壓力為0.2～0.35Mpa要求，也能保證汽化效率更高。

三、循環水接入方式

汽化器接入方式至關重要，應選擇循環水溫度最高和溫度較穩定的位置，一般選擇在主水泵和封閉式冷卻器之間，或者是主水箱與板式換熱器之間。通過對氨氣溶解過程中溫度變化曲線分析，氨氣溶解過程中，初期氨水升溫速度較快，之后會緩慢降低，而液氨汽化需求熱量基本是恒定，也就是其輸出熱量不均勻，循環水系統中的主水箱可很好的解決該問題（若循環水系統中無主水箱，需增加），主水箱儲存的大量水起到蓄熱和縮小系統溫度變化的作用，實際應用中根據氨氣溶解過程溫度變化曲線、吸收槽循環水進出口溫度及汽化量計算主水箱儲水下限，以保證系統能穩定運行。

四、常溫循環水液氨汽化器工作原理

通入汽化器液氨先進行減壓處理，液氨調節閥將壓力減至0.2～0.25Mpa，后進入汽化器汽化，液氨走管程，熱水走殼程，管程中的液氨經過與殼程中的熱水換熱后汽化為氨氣。經氣液分離脫去霧滴后由氣相出口總管輸出。除液氨入口設置氣動調節閥外，汽化器本體設置鉑熱電阻，熱水入口設置氣動切斷閥，氨氣氣相出口設置壓力變送器，鉑熱電阻，熱水回水管路設置鉑熱電阻；同時汽化器上設置安全閥，本體上還設置現場壓力溫度顯示儀表。

當出現筒體溫度低限、出氣壓力高限和回水溫度低限報警時，汽化器停止進液氨，換熱管結冰和液氨進入緩沖罐。汽化器在設計時應考慮適當的換熱裕量面積，保證系統合理有效的運行，并能在最大程度上避免參數波動給換熱效率帶來的影響。

五、經濟性

常溫循環水液氨汽化器不僅有效利用了循環水中的低值熱能，而且降低了循環水的負荷，可謂一舉兩得。如僅考慮液氨汽化部分節省能耗，保守估算，與采用電加熱液氨汽化器相比，常溫循環水液氨汽化器汽化1噸液氨可節省電能約440度，與蒸汽式液氨汽化器相比經濟性更加可觀。常溫循環水液氨汽化器與電加熱液氨汽化器相比，換熱器換熱面積增加許多，設備體積較大，設備購置價格增加約50～100%，但其節能方面經濟性非常可觀，完全可彌補這方面的不足。