表面蒸發(fā)式冷凝器在化工裝置中的應(yīng)用分析

嚴(yán)國興，李茜，譚麗麗

（林德工程（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

表面蒸發(fā)式冷凝器因其結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定性高的應(yīng)用優(yōu)勢，使其在化工、石油、能源等工業(yè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，該冷凝器設(shè)備可運用于高溫、高壓的工藝條件下，尤其在石油煉化裝置中，表面蒸發(fā)式冷凝器因其本身設(shè)備運轉(zhuǎn)周期長、運轉(zhuǎn)費用低等優(yōu)勢，被業(yè)內(nèi)人士的一致肯定。目前，我國化工行業(yè)發(fā)展迅速，石油煉化裝置的應(yīng)用越來越廣泛，基于此，各大型裝置生產(chǎn)之間的競爭愈演愈烈。但是，我們在選用何種裝置時，首先要考慮的是該設(shè)備是否能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。我們在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一定會產(chǎn)生大量能耗，而在所有能耗中，工業(yè)用水消耗最大，這主要是因為所有裝置的運行都需要大量用水使設(shè)備冷卻，這樣相互矛盾的問題就需要迫切解決。為了有效降低水資源消耗，需將冷卻水循環(huán)使用，所以，目前國內(nèi)外石化企業(yè)都在極力推廣大量使用表面蒸發(fā)式冷凝器，慢慢的，水冷器就會逐步淘汰。

1 國內(nèi)外蒸發(fā)式冷凝器研究現(xiàn)狀分析

近年來，我國工業(yè)領(lǐng)域的大發(fā)展使得蒸發(fā)式冷凝器的需求量不斷加大，并呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。蒸發(fā)式冷凝器之所以如此收歡迎，歸結(jié)起來，主要源于它的結(jié)構(gòu)比較簡單，但同其他冷凝器相比，性能卻呈現(xiàn)出過之而無不及的狀態(tài)，越來越受到工業(yè)企業(yè)的垂青，相較于其他冷凝器銷，其售市場銷量一直是名列前茅。

蒸發(fā)式冷凝器的傳熱原理并沒有想象中的那么復(fù)雜，然而，由于蒸發(fā)式冷凝器在傳熱過程中，會牽涉到相變換熱的問題，所以，對于其數(shù)學(xué)模型的確立是非常困難的。隨著近年來，人們對于蒸發(fā)式冷凝器的研究力度逐漸加大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)變得越來越簡單，這一優(yōu)勢使得它在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的實際應(yīng)用呈爆發(fā)式增長態(tài)勢。然而，從還冷凝器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展實情來看，大部分歐美國家對蒸發(fā)式冷凝器的研究起步較早，所以，他們所取得理論研究成果最為豐富，研究水平也是最高的，遠(yuǎn)高出其他國家水平。

就拿美國來說吧，他們在供熱制冷工程研究學(xué)報上發(fā)表了大量文獻(xiàn)，并初步確立了蒸發(fā)式冷凝器的研究體系，基于該研究體系，蒸發(fā)式冷凝器制造技術(shù)也越發(fā)的完善，制造水平也相應(yīng)地提高了許多。

而我國目前參與專門研究蒸發(fā)式冷凝器的大學(xué)主要有同濟大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，但這些研究機構(gòu)所確立的研究方向仍然集中在冷凝器換熱管選型及換熱溫度場的有限元件分析上，盡管以取得了不小進(jìn)步，但研究時間畢竟不長，研究理論依然表現(xiàn)得不夠充分，因此，對于工業(yè)行業(yè)來說，對于蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用依然具有較大的空間，相信隨著研究力度的不斷加大，我國蒸發(fā)式冷凝器的技術(shù)水平及應(yīng)用普及程度必將能向世界一流水平?jīng)_刺。總而言之，國內(nèi)外對于蒸發(fā)式冷凝器的研究已進(jìn)入常態(tài)化，研究體系已逐漸成熟，脈絡(luò)也日漸清晰，已呈百花齊放、百家爭鳴的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。由于歐美國家對于蒸發(fā)式冷凝器的研究較早，大部分設(shè)備技術(shù)專利都掌握在他們手中，真正的核心技術(shù)都被他們掌握，我們在開展工作時，設(shè)備成本就會相應(yīng)提高。

2 表面蒸發(fā)式冷凝器的工作原理及傳熱特點分析

2.1 工作原理

表面蒸發(fā)式冷凝器主要由換熱管束、換熱填料、鼓風(fēng)機、集水裝置、水循環(huán)系統(tǒng)及箱體等6 個組成部分構(gòu)成，相較于其他類型的冷凝器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是最簡單的。一般情況下，換熱管束主要由10#圓鋼構(gòu)成，換熱管束均按2mm 的間隔進(jìn)行排列；鼓風(fēng)機需用到2 臺，但功率無須太大，11kW/H 的小型風(fēng)機足以勝任；集水裝置主要由擋水板、集水槽、填料、補水閥等細(xì)小組件構(gòu)成；水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就更為簡單了，只需要一臺循環(huán)水泵和噴淋組件。在人們的腦海中，多數(shù)都會想當(dāng)然地認(rèn)為表面蒸發(fā)式冷凝器的工作原理是極其復(fù)雜的，但事實卻相反，其工作原理非常簡單，主要是運用循環(huán)水泵將水槽中水壓送至換熱盤管上方的噴淋器，再經(jīng)高壓噴頭噴淋至光管管束上，從而形成勻速上下流動的水流，再經(jīng)過風(fēng)機的冷卻，管束內(nèi)的高溫流體就會快速降溫，管束外的噴淋水和空氣換熱效果就會得到明顯提升，最終達(dá)到冷凝流經(jīng)管束的高溫流體的目的，具體工作原理詳見圖1。

圖1 表面蒸發(fā)式冷凝器工作原理示意圖

2.2 傳熱特點

（1）大多數(shù)情況下，表面蒸發(fā)式冷凝器會被應(yīng)用于溫度750 ～900℃中，但在具體工作實踐中，必須設(shè)置預(yù)冷管束，這種冷管束可快速將低溫工藝物流冷卻到400℃以下。

（2）應(yīng)用表面蒸發(fā)式冷凝器的實質(zhì)就是運用冷卻水使管束外水膜汽化潛熱，將物料的全部熱量帶走，在這一點上，相較于干式冷凝器和濕式冷凝器，該型號冷凝器的總體傳熱效率更高，設(shè)備冷卻速度更快，不僅能夠有效降低設(shè)維修率，還能進(jìn)一步降低設(shè)備運轉(zhuǎn)成本。

（3）表面蒸發(fā)式冷凝器一般都呈是箱式結(jié)構(gòu)，密封性較強，在具體應(yīng)用過程中，不會對周邊環(huán)境帶來較大的影響，節(jié)水效果更優(yōu)良。

3 表面蒸發(fā)式冷凝器在化工裝置中的應(yīng)用分析

在將表面蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，就會立刻顯示出巨大的應(yīng)用優(yōu)勢，以大慶石化公司一廠為例，之前該廠所使用的是空氣冷卻式冷凝器，為有效提升冷卻效果，經(jīng)廠領(lǐng)導(dǎo)商議決定，將其中的6 套設(shè)備改造為表面蒸發(fā)式冷凝器，當(dāng)改造后的冷凝器被投入工作生產(chǎn)后，就可以及時解決掉塔頂冷卻問題，塔頂熱量會增大至47%，而回流冷卻溫度則會降低40℃左右；在保障質(zhì)量的條件下，設(shè)備的加工能力會至少提升20%，經(jīng)過一年的時間，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，它與空氣冷卻式冷凝器相比，操作成本節(jié)約了約12 萬元使企業(yè)綜合效益得到有效提升，同時，還使水泵、風(fēng)機和水的綜合能耗得到一定程度的降低。不光這些，設(shè)備操作員的日工作強度不再像之前那么高了，維護頻率也有所降低，從另一角度講，操作費用也有明顯降低。

表面蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用優(yōu)勢被大家熟知后，各大工業(yè)企業(yè)都紛紛引進(jìn)使用，如咸陽助劑廠、克拉瑪依煉油廠、華北石化公司以及大連石化公司，他們在應(yīng)用了表面蒸發(fā)式冷凝器后，都收到了非常好的成效，且均達(dá)到了節(jié)能減排的目的。例如，克拉瑪依煉油廠至少一直應(yīng)用的是裂解裝置，年生產(chǎn)能力僅為45 萬噸/年，但運用了這種新型表面蒸發(fā)式冷凝器裝置后，年生產(chǎn)能力提升了28%。

2011 年年初，鞍鋼引進(jìn)了12 臺表面蒸發(fā)式冷凝器，自從應(yīng)用了該類型冷凝設(shè)備后，可嚴(yán)格地將爐壁熱風(fēng)爐閥門和冷卻板溫度控制在42 ～45℃，設(shè)備也得到了較好的保護。

2012 年，3 臺表面蒸發(fā)式冷凝器被撫順石化蒸餾廠引進(jìn)并投入應(yīng)用，僅2012 年，就實現(xiàn)了節(jié)水16 噸。

2013 年，廣州某煉化公司考慮到氣體分餾車間的碳四塔回流冷卻效果一直無法達(dá)到工藝要求，就果斷地將原來的空冷設(shè)備更換掉，引進(jìn)了2 臺表面蒸發(fā)式冷凝器后，碳四塔加工能力就迅速提高了18%以上。

之所以表面蒸發(fā)式冷凝器能夠得到業(yè)內(nèi)人士的一致肯定，并逐漸取代了傳統(tǒng)的干式空冷器和濕式空冷器，究其原因，主要是因為這種冷凝裝置所需資金投入較少、自身體積小及操作穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，可為冶金、煉油化工、電力等行業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟回報，因此，越來越多的表面蒸發(fā)式冷凝器被應(yīng)用到不同行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中。

4 結(jié)語

從表面蒸發(fā)式冷凝器的實際應(yīng)用效果分析來看，其本人所具有的應(yīng)用優(yōu)勢可以使企業(yè)生產(chǎn)效率得到有效提高，還能為同類型設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展提供優(yōu)化參數(shù)支撐。在具體應(yīng)用過程中，有了表面蒸發(fā)式冷凝器的有效運用，可有效避免相關(guān)問題的產(chǎn)生，達(dá)到降低裝置能耗、實現(xiàn)提質(zhì)增效的目的，因此，相信表面蒸發(fā)式冷凝設(shè)備研究力度的進(jìn)一步加大，其應(yīng)用功能會更加完善，對化工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來的價值更好。