蒸發(fā)式冷凝器在合成氨裝置冷凍系統(tǒng)的應(yīng)用

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司，安徽 阜陽(yáng) 236056)

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司有多條合成氨生產(chǎn)線，其生產(chǎn)中需要大量的冷卻裝置，用水量也非常大，老裝置主要采用冷卻塔方式冷卻，整個(gè)冷卻系統(tǒng)主要包括涼水塔、循環(huán)水泵、換熱器等，利用循環(huán)水帶走熱量而完成冷卻過(guò)程；這種冷卻方式，由于水循環(huán)量大，導(dǎo)致水損耗量大，且循環(huán)水泵和涼水塔風(fēng)機(jī)電機(jī)功率大，導(dǎo)致能耗較高。針對(duì)這一問(wèn)題，在合成氨裝置擴(kuò)建時(shí)，公司決定在冷凍系統(tǒng)選用高效節(jié)能的蒸發(fā)式冷凝器。通過(guò)考察比較，決定采用BAC大連有限公司制造的CXV系列蒸發(fā)式冷凝器，其節(jié)能節(jié)水效果很好。

1 CXV系列蒸發(fā)式冷凝器簡(jiǎn)介

1.1 工作原理

CXV系列蒸發(fā)式冷凝器是通過(guò)冷凝盤(pán)管進(jìn)行冷卻降溫的。蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行時(shí)，冷卻水由水泵送到冷凝盤(pán)管上部的噴淋水系統(tǒng)，由噴嘴噴出，均勻地噴淋在冷凝盤(pán)管外表面，并形成一層很薄的水膜，冰機(jī)排出的過(guò)熱高壓狀態(tài)氨蒸氣從冷凝盤(pán)管上部進(jìn)入冷凝盤(pán)管內(nèi)，高溫氨蒸氣與盤(pán)管外的噴淋水和空氣進(jìn)行熱交換，氨蒸氣逐漸被冷凝為液氨從冷凝盤(pán)管下部流出。引風(fēng)機(jī)的超強(qiáng)風(fēng)力使噴淋水完全覆蓋在盤(pán)管表面，水借風(fēng)勢(shì)，換熱效果顯著增高。噴淋水和空氣吸收熱量后溫度升高，部分噴淋水由液態(tài)變成水蒸氣，其蒸發(fā)潛熱帶走大量的熱量；熱空氣中的水被擋水板截住收集到PVC熱交換層中，以減少水的損耗。PVC熱交換層中的水被流過(guò)的空氣冷卻后，進(jìn)入集水槽中，再由循環(huán)水泵送入噴淋水系統(tǒng)中，繼續(xù)循環(huán)。由于部分水蒸氣散失到空氣中，致使集水槽水位降低，減少的水需由外界補(bǔ)充，并由水位調(diào)節(jié)器控制水位。

采用CXV系列蒸發(fā)式冷凝器，可使介質(zhì)氨的冷凝溫度更加接近空氣的濕球溫度，其冷凝溫度能比采用冷卻塔方式的冷凝溫度低3～5 ℃，可大大降低冰機(jī)的功耗，并且循環(huán)水用量減少，只有采用冷卻塔方式的1/3左右。

1.2 結(jié) 構(gòu)

CXV系列蒸發(fā)式冷凝器主要由冷凝盤(pán)管、PVC熱交換層、水循環(huán)系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)及箱體等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其熱交換器是一個(gè)蛇形盤(pán)管，裝在一個(gè)立式箱體內(nèi)的上部，下部是PVC熱交換層，箱體的底部為集水槽；箱體頂部左側(cè)為噴淋水系統(tǒng)，右側(cè)為引風(fēng)機(jī)。

(1)冷凝盤(pán)管。CXV系列蒸發(fā)式冷凝器盤(pán)管嵌在高強(qiáng)度鍍鋅板上，拆卸方便；冷凝盤(pán)管由高質(zhì)量的鋼管制成，裝配完畢后經(jīng)整體熱浸鋅處理。盤(pán)管沿制冷劑流向傾斜，便于液體排出，其壓力降較低。

(2)引風(fēng)機(jī)。CXV系列蒸發(fā)式冷凝器的又一關(guān)鍵部件引風(fēng)機(jī)，采用耐腐蝕的鋁合金葉片。引風(fēng)機(jī)安裝在具有流線型入口的風(fēng)筒內(nèi)，空氣通過(guò)風(fēng)筒排出，頂部余隙容積小，較大地提高了引風(fēng)效率。

圖1 CXV系列蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(3)水循環(huán)系統(tǒng)。水由液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)，蒸發(fā)潛熱會(huì)帶走大量的熱量；為了獲得最大的傳熱系數(shù)，并減少水垢，必須使整套盤(pán)管組件完全沉浸于流水中。水盤(pán)中的水在循環(huán)水泵的作用下，沿著抗腐蝕的PVC水路系統(tǒng)，通過(guò)噴淋支管上的大直徑防堵設(shè)計(jì)、超大流量的噴嘴均勻地噴灑在盤(pán)管組件上，在引風(fēng)機(jī)的作用下，最大限度地包住換熱盤(pán)管，使水、空氣與氨介質(zhì)進(jìn)行充分地?zé)峤粨Q。

(4)擋水板。擋水板由耐腐蝕的PVC材料制成，分組安裝在CXV系列蒸發(fā)式冷凝器內(nèi)，拆卸方便；擋水板使空氣流動(dòng)方向經(jīng)過(guò)三次改變后，可有效地去除從盤(pán)管中出來(lái)的濕空氣中的水分，水的飄逸率小于0.001%。

(5)PVC熱交換層。PVC熱交換層是CXV系列蒸發(fā)式冷凝器的關(guān)鍵部件，它能有效地防止生化腐蝕和侵蝕；這種帶擋水板的特殊結(jié)構(gòu)能最大限度地保證水和空氣的接觸及較小的空氣壓降，使用小功率電機(jī)就可確保高效傳熱。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 與其他形式冷凝器的比較

(1)合成氨冰機(jī)系統(tǒng)中的傳統(tǒng)冷凝系統(tǒng)包括管式冷凝器、冷卻水塔、循環(huán)水泵、循環(huán)水池以及較長(zhǎng)的冷卻水管道系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜且能耗高。CXV系列蒸發(fā)式冷凝器工藝流程簡(jiǎn)單，不再需要冷卻水塔、循環(huán)水池及其他設(shè)備。

(2)合成氨冰機(jī)系統(tǒng)中的傳統(tǒng)冷凝系統(tǒng)，其冷凝原理是靠水的顯熱帶走熱量，所需的冷凝水量很大，并且需要消耗大量的電能來(lái)完成大量冷卻水的循環(huán)。而CXV系列蒸發(fā)式冷凝器的工作原理是，利用水的蒸發(fā)潛熱和顯熱帶走熱量，水的顯熱與其蒸發(fā)潛熱的數(shù)值相差500多倍。采用CXV系列蒸發(fā)式冷凝器較傳統(tǒng)冷凝系統(tǒng)所用的循環(huán)水量要小得多，因此，只需要很小的能耗就能完成冷卻水的循環(huán)，節(jié)能節(jié)水效果顯著。

2.2 與同類產(chǎn)品的比較

(1)維護(hù)、檢修方便。CXV系列蒸發(fā)式冷凝器采用了許多獨(dú)特且實(shí)用的設(shè)計(jì)，寬敞的內(nèi)部空間設(shè)計(jì)消除了以往蒸發(fā)式冷凝器內(nèi)部狹窄不易檢修的弊病。

(2)水噴啉系統(tǒng)可直接檢修。CXV系列蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)(空氣)水同向設(shè)計(jì)使噴啉系統(tǒng)直接露在外面，設(shè)備運(yùn)行時(shí)也能簡(jiǎn)單快速地檢修噴嘴和盤(pán)管。

(3)空氣進(jìn)口導(dǎo)風(fēng)板寬敞無(wú)堵塞。大空間高質(zhì)量的進(jìn)風(fēng)格柵設(shè)計(jì)，盡可能消除了導(dǎo)風(fēng)板表面結(jié)垢的可能性。

3 蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用情況

我公司合成氨裝置冷凍系統(tǒng)選用的是標(biāo)準(zhǔn)排熱量為3766 kW的CXV-874G型蒸發(fā)式冷凝器。其運(yùn)行情況很好，冷凍系統(tǒng)所需循環(huán)水量明顯減少，電耗大幅度降低。

3.1 蒸發(fā)式冷凝器工藝參數(shù)

氣氨進(jìn)口溫度 87.7 ℃

氣氨進(jìn)口壓力 1.5 MPa

液氨出口溫度 38 ℃

液氨出口壓力 1.5 MPa

濕球溫度 27.5 ℃

冷凝溫度 35 ℃

排熱量 3 766 kW

風(fēng)機(jī)電機(jī) 15 kW

循環(huán)水泵電機(jī) 5.5 kW

3.2 投資省

CXV系列蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，重量輕，安裝方便；采用上下兩體標(biāo)準(zhǔn)組裝方式，現(xiàn)場(chǎng)只需將上下兩體用螺栓連接即可使用，大大降低了安裝費(fèi)用。

3.3 可減少結(jié)垢

與傳統(tǒng)的冷凝器相比，CXV系列蒸發(fā)式冷凝器的特殊設(shè)計(jì)，可從以下四個(gè)方面減少結(jié)垢。

(1)風(fēng)水同向：空氣和噴淋水在同一方向流過(guò)冷凝盤(pán)管，噴淋水能很好地覆蓋在盤(pán)管表面上，保持盤(pán)管表面完全濕潤(rùn)，這種同向流動(dòng)可減少因風(fēng)水逆向流動(dòng)在盤(pán)管下面形成干點(diǎn)而結(jié)垢的可能。

(2)加大流過(guò)盤(pán)管表面的水量：CXV系列蒸發(fā)式冷凝器流過(guò)盤(pán)管表面的噴淋水量是大多數(shù)傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器的兩倍，這可保證在盤(pán)管表面有連續(xù)水流，從而減少結(jié)垢的可能。

(3)主要在濕潤(rùn)的表面上蒸發(fā)：CXV系列蒸發(fā)式冷凝器在換熱管表面應(yīng)用混流技術(shù)，盤(pán)管表面換熱方式集顯熱和潛熱方式于一體，與盤(pán)管表面只依靠潛熱換熱的蒸發(fā)式冷凝器相比，CXV系列盤(pán)管表面不易結(jié)垢。

(4)較低溫度的噴淋水：較低的水溫，會(huì)結(jié)垢的物質(zhì)更易保留在水中，不沉淀在盤(pán)管上。在CXV系列蒸發(fā)式冷凝器中，由于增加了PVC換熱層，噴淋水溫度通常較其他形式蒸發(fā)式冷凝器低4～5 ℃，理論上能減少25%的結(jié)垢可能性。

3.4 節(jié)能節(jié)水顯著

水的顯熱與其蒸發(fā)潛熱的數(shù)值相差500多倍，而CXV系列蒸發(fā)式冷凝器主要是利用水的蒸發(fā)潛熱帶走熱量，因此，其所需循環(huán)水量較傳統(tǒng)冷凝系統(tǒng)要小得多，只需要很小的能耗就能完成冷卻水的循環(huán)。與傳統(tǒng)冷凝系統(tǒng)相比，可節(jié)能20%以上，節(jié)水90%以上。

3.5 環(huán)保效益顯著

CXV系列蒸發(fā)式冷凝器為獨(dú)立的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，不受其他設(shè)備的影響，循環(huán)水水質(zhì)容易得到保證，有利于設(shè)備的維護(hù)及排水的達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

蒸發(fā)式冷凝器能有效、安全、穩(wěn)定地應(yīng)用于化肥廠、化工廠的冰機(jī)系統(tǒng)，替代水冷器和冷卻塔，不僅可以節(jié)能節(jié)水，而且對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要意義。將蒸發(fā)式冷凝器推廣應(yīng)用到輕工、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)的低溫加工、冷藏、速凍以及寫(xiě)字樓、賓館的空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展將起到重要的作用。