水浴式氣化器設計技術改造

郭 勇，王 帥，李東彬，顏雄偉

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南婁底 417000）

引言

湖南華菱漣源鋼鐵有限公司2#30 000 m3/h 制氧機組的QY-1 200/30 液氬立式水浴蒸汽氣化器由于運行時間長，效率下降。該氣化器通過蒸汽加熱水換熱使液氬氣化，正常運行時，氣化器上部溫度達65 ℃，底部溫度為25 ℃，溫差較大。在冬季外部溫度較低的情況下，已多次發生因氣化器底部溫度過低而結冰的異常情況，存在設備損壞風險。

1 氣化器簡介

氣化器是一種工業和民用的節能設備，作用是把液態氣體如液氧、液氮、液氬、液態二氧化碳等轉化為氣態氣體。按換熱交換介質主要分為水浴式氣化器和空浴式氣化器。水浴式氣化器又分為電加熱式水浴式氣化器、蒸汽式水浴式氣化器和循環熱水水浴式氣化器。其中電加熱式水浴式氣化器需要消耗較多能源，而循環熱水式水浴式氣化器則需要大量熱水。蒸汽式水浴式氣化器是通過蒸汽加熱水浴式氣化器中的水，再通過熱水加熱盤管中需要氣化的液體，使之轉化為氣態的氣體［1］，其優點是供氣量充足，壓力穩定。

2 問題分析

QY-1 200/30 氣化器的蒸汽管道從頂部中心位置進入，為一根無縫鋼管，從上部深入到氣化器底部。從管道中部至下部每隔100 mm 左右在管道上均勻開4 個直徑約為10 mm 的孔。隨著管道使用年限的增加，管道及孔洞逐漸出現腐蝕。其中，中部位置的第一、二排管孔由于該處蒸汽壓力高、流速快，管孔和管道腐蝕最為嚴重，管孔增大，管道嚴重腐蝕穿孔，大量蒸汽從中部位置進入水中，下部蒸汽變少，導致中、上部水溫升高，下部水溫下降。上部水加熱汽化后，從頂部蓋板溢出，同時冷凝水通過溢流管道中、下部腐蝕穿孔點漏出，存在水位異常降低的安全隱患。

3 優化改造方案

3.1 更換氣化器內蒸汽管道分配器

拆除原碳鋼材質的蒸汽管道，更換為不銹鋼材質的蒸汽管道分配器，可有效降低管道腐蝕風險。

3.2 增加底部筒體外溢流裝置

3.2.1 溢流方式改造

對原氣化器頂部取樣筒內布管溢流方式進行改造，在底部溢流排污管口焊接一根豎直管，引至氣化器頂部溢流高度位置。在頂部溢流位置開設三通，三通上方管道為防止虹吸效應，采取對空方式，三通另一個管道垂直引至地面進行溢流，管道改造示意圖見圖1。在持續使用水浴式氣化器時，不斷通入的蒸汽與水換熱后會出現冷凝，從而造成水浴腔內水量增加，這時就可以通過排污管及時將增多的冷凝水排放出去。

圖1 管道改造示意圖

3.2.2 優化水流及水溫分布

優化氣化器水流分布及水溫分布，可以增強換熱效能［2］。原氣化器通過頂部溢流，各區溫度自下向上逐步升高，而水流體方向與熱量分布也自下向上流動變化。通過改變溢流口位置，可以對流體方向同步進行優化。當氣化器水溫達到氣化低溫液體所需溫度時，可以暫停通入蒸汽，以減小熱能浪費。當底部水溫過低時，可通過排污口將低溫水外排，并適當增補新水。當中部溫度降低時，通過補充蒸汽進行加熱，同時由底部小量溢流，可改善氣化器溫區，增強水浴腔內液體介質的流動性，使腔內液體介質的溫度更均勻，從而減少外排液體介質造成的熱量損失，提高熱能利用率，減少熱能浪費［3］。水浴式氣化器上、下部溫區均勻，既可以減少補水率，也可以防止在冬季水浴式氣化器底部因溫度過低而產生結冰的現象。

3.3 排污管道增加電磁閥控制

將原氣化器頂部溢流方式改為底部排污管與筒體外溢流管并聯后，在排污管增加自動控制電磁閥。該電磁閥可根據氣化器下部溫度自動進行控制，如底部溫度<10 ℃時，設定自動排污，從而實現溢流和排污功能合二為一，降低操作人員勞動強度，提高排污操作效率。

4 結束語

通過對2#30 000 m3/h 制氧機組QY-1 200/30 液氬立式水浴蒸汽氣化器現狀分析，在管道、結構等方面采取了改進措施，使氣化器運行更加穩定可靠、安全可控，同時減少了蒸汽消耗量，降低系統能耗，為企業降本增效提供了有效助力。