化工設(shè)計(jì)中常用冷凝器的設(shè)計(jì)選用分析

曹海燕

（常州海鷗化工設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇常州 213000）

化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要做到對(duì)化工原材料的合理利用，通過(guò)科學(xué)合理的化工工藝設(shè)計(jì)，采取適宜的生產(chǎn)技術(shù)和裝備，更好地提升原料利用率和成品率，從而滿足化工生產(chǎn)的相應(yīng)需求。因此在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)之前，首先需要結(jié)合化工企業(yè)的生產(chǎn)目的、技術(shù)裝備條件和現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，在原有工裝的基礎(chǔ)上做好生產(chǎn)工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)。在化工企業(yè)工藝設(shè)計(jì)的實(shí)踐過(guò)程中，為了讓化工生產(chǎn)過(guò)程能夠更加穩(wěn)定、可靠，常用冷凝器的設(shè)計(jì)選用是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，只有確保冷凝器的合理選擇，才能為化工生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障[1]。基于此，本文對(duì)化工設(shè)計(jì)中常用冷凝器的設(shè)計(jì)選用進(jìn)行研究，有利于更好地對(duì)常用冷凝器進(jìn)行合理控制，使之能更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，從而全面提升冷凝器的應(yīng)用價(jià)值，確保化工企業(yè)的健康發(fā)展。

1 常用冷凝器的相應(yīng)研究

為了滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況，做好冷凝器的合理選擇。所以設(shè)計(jì)中首先要明確冷凝器的實(shí)際作用，避免選擇不合理的問(wèn)題，從而全面提升冷凝器的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)工藝設(shè)計(jì)達(dá)到質(zhì)量提升，最終推動(dòng)化工企業(yè)的快速發(fā)展。

1.1 概念

常用冷凝器是化工企業(yè)冷卻的基礎(chǔ)，使用冷凝器可以以制冷機(jī)的制冷原理為基礎(chǔ)，壓縮機(jī)的作用是將壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，促使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機(jī)吸入壓力較低的工質(zhì)蒸汽，將壓力較高的蒸汽運(yùn)送到冷凝器中[2]。在冷凝器內(nèi)，通過(guò)節(jié)流閥作用，壓力較低的液體就會(huì)被送入到蒸發(fā)器當(dāng)中被吸熱蒸發(fā)，使得液體成為壓力較低的蒸汽后，再被運(yùn)送到蒸發(fā)器的入口處，從而實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的全部過(guò)程。

1.2 蒸汽壓縮式的制冷原理

這種制冷方式也是一種常用的制冷方式。蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，主要包括制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流閥幾個(gè)部分，它們是相互連通，互相配合的。通過(guò)這幾個(gè)部分的相互協(xié)同運(yùn)作，就能實(shí)現(xiàn)制冷過(guò)程的不斷循環(huán)，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)熱量的合理交換，從而滿足化工生產(chǎn)的相應(yīng)需求，全面提升化工生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

1.3 制冷系統(tǒng)的工作原理

為滿足制冷系統(tǒng)的工作需要，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)制冷系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行研究，確保實(shí)際工作中，能夠滿足制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的相應(yīng)需求，降低各類影響因素給制冷系統(tǒng)帶來(lái)的干擾。液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量后，氣化成為溫度相對(duì)較低的蒸汽，被壓縮機(jī)吸入之后再被加工成為高壓高溫的蒸汽，這部分蒸汽進(jìn)入到冷凝器當(dāng)中，在冷凝器的工作下，會(huì)變?yōu)楦邏阂后w，再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥的作用，使之成為低溫的制冷劑。然后再將其運(yùn)送到蒸發(fā)器當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，滿足一個(gè)制冷循環(huán)的相應(yīng)需求。在這一個(gè)循環(huán)工藝的設(shè)計(jì)中，一定要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況和真實(shí)信息，做好相應(yīng)內(nèi)容的控制，旨在滿足實(shí)際工作的相應(yīng)需求，從而提升冷凝器的應(yīng)用價(jià)值。

2 存在的一些問(wèn)題及處理方法

針對(duì)冷凝器的設(shè)計(jì)選型，要想滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，就需要針對(duì)冷凝器做好深入的研究，從而能夠合理設(shè)計(jì)選擇冷凝器，以降低影響因素給冷凝器選擇帶來(lái)的干擾影響。單組分的冷凝，雖然不具備化學(xué)變化的相應(yīng)特征，但還是會(huì)因?yàn)闅庀喾致实拿黠@變化，使得介質(zhì)在冷凝器中出現(xiàn)氣液兩種形態(tài)的較大變化，因此不能簡(jiǎn)單按照進(jìn)出口溫度值直接進(jìn)行計(jì)算，這樣所獲得的傳熱平均溫度的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，是無(wú)法描述真實(shí)情況的，所以需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)合理的對(duì)相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行控制。隨著冷凝過(guò)程的進(jìn)行，氣相關(guān)系曲線和溫度、汽化率關(guān)系曲線，它們之間具備一定的非線性特點(diǎn)，這就更加不能按照出口溫度值對(duì)傳熱平均溫度來(lái)進(jìn)行計(jì)算。所以結(jié)合上述內(nèi)容，分別對(duì)冷凝管、過(guò)冷段和過(guò)熱段幾個(gè)部分采取不同的計(jì)算方法，確保傳熱平均溫度計(jì)算的合理性，從而確保冷凝器選擇的合理性，使之更符合實(shí)際應(yīng)用的需求，保證化工設(shè)計(jì)的良好效果，確保生產(chǎn)安全、穩(wěn)定。

2.1 冷凝段

冷凝段，可以將冷凝過(guò)程分割為若干個(gè)小段。在計(jì)算時(shí)，需要先對(duì)每一個(gè)小部分進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其相應(yīng)的溫度分段點(diǎn)和氣相分率進(jìn)行計(jì)算，再由平衡關(guān)系對(duì)冷流體各點(diǎn)溫度進(jìn)行分析。能夠得到各小段的傳熱平均溫差，再以這部分計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行加權(quán)平均的計(jì)算，通過(guò)以上步驟來(lái)對(duì)傳熱平均溫度進(jìn)行合理計(jì)算，可以滿足化工設(shè)計(jì)的相應(yīng)需求。

2.2 過(guò)冷段

對(duì)于過(guò)冷段的傳熱計(jì)算，在一般情況下，只對(duì)管程進(jìn)行計(jì)算即可。實(shí)際計(jì)算中，由于殼程屬于過(guò)冷，所以在實(shí)際控制中，主要是以操作控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)設(shè)計(jì)選用傳熱面積留有較大余量時(shí)，在操作中就可以使用冷凝液段，或是過(guò)冷段。通常情況下是很難保證過(guò)冷段的傳熱系數(shù)，因此當(dāng)過(guò)冷段的熱量所占比例相對(duì)較大時(shí)，就實(shí)現(xiàn)一臺(tái)后冷器的設(shè)置。對(duì)于管內(nèi)全凝過(guò)程，過(guò)冷段能以單純液體顯熱傳熱過(guò)程為基礎(chǔ)，展開(kāi)相應(yīng)計(jì)算。對(duì)那些不含凝氣蒸汽的冷凝過(guò)程，如果有過(guò)冷段的存在，就需要按照冷凝兩相流動(dòng)傳熱的方式，展開(kāi)相應(yīng)研究，當(dāng)凝氣的重量相對(duì)較小時(shí)，所占比例也會(huì)相對(duì)較低，因此體積分率則可能相對(duì)較大，所以此時(shí)可以按照兩相流體傳熱過(guò)程展開(kāi)相應(yīng)計(jì)算。

對(duì)于同時(shí)存在冷凝段和過(guò)冷段的情況，在計(jì)算時(shí)就需要將過(guò)冷段單獨(dú)作為一部分，展開(kāi)相應(yīng)計(jì)算，并和冷凝段的計(jì)算分開(kāi)，這樣更能降低影響因素給計(jì)算帶來(lái)的干擾，保證計(jì)算過(guò)程的合理性和計(jì)算結(jié)果的有效性，確保冷凝器的選擇更加合理。

2.3 過(guò)熱段

結(jié)合冷凝器工作原理的基本情況，可以看出在冷凝器的工作過(guò)程中，過(guò)熱階段是十分重要的，當(dāng)幾股氣相混合后展開(kāi)相應(yīng)的冷凝作業(yè)時(shí)，會(huì)因?yàn)閴毫Φ慕档?，使得冷凝器的進(jìn)口狀態(tài)成為過(guò)熱狀態(tài)，而熱量值直接進(jìn)入冷凝段。因此在計(jì)算時(shí)一定要考慮進(jìn)口溫度的合理性選擇，一般可以選擇露點(diǎn)溫度。當(dāng)過(guò)熱段的熱量占比例較大時(shí)，需要單獨(dú)進(jìn)行過(guò)熱段的傳熱計(jì)算，可以先分別按照濕壁和干壁進(jìn)行思考，確保管壁溫度低于冷凝介質(zhì)露點(diǎn)溫度這一假設(shè)。再將過(guò)熱段作用氣體傳遞過(guò)來(lái)的傳遞過(guò)程進(jìn)行處理和分析，在進(jìn)行傳熱溫差的計(jì)算時(shí)，需要注意濕壁機(jī)理冷凝介質(zhì)的溫度受到露點(diǎn)溫度的影響。為了滿足實(shí)際工作的相應(yīng)需求，要對(duì)過(guò)熱段氣相溫度進(jìn)行合理選擇，一般可以選擇實(shí)際的過(guò)熱段的氣相溫度，所以，可以按照如式（1）進(jìn)行計(jì)算。

qW：濕壁，qd：干壁機(jī)理計(jì)算的熱量，KW、ΔTW：按濕壁機(jī)理計(jì)算的過(guò)熱段傳熱系數(shù)和傳熱溫差；Kd、ΔTd：按干壁機(jī)理計(jì)算的過(guò)熱段傳熱系數(shù)和傳熱溫差。

按上述公式對(duì)傳熱平均溫度進(jìn)行計(jì)算，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝器的合理選擇，確保冷凝器在服務(wù)中能夠保持相應(yīng)作用，滿足實(shí)際工作的相應(yīng)需求，降低冷凝器選擇不合理所帶來(lái)的影響，全面發(fā)揮冷凝器的服務(wù)作用。

3 常用冷凝器的設(shè)計(jì)選用

3.1 冷凝器類型研究

為了保證冷凝器的合理性，設(shè)計(jì)時(shí)必須要結(jié)合冷凝器的基本情況進(jìn)行合理選擇，確保冷凝器在系統(tǒng)中能夠發(fā)揮較好的價(jià)值，從而保證化工設(shè)計(jì)的效果，為化工企業(yè)后續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，全面推動(dòng)化工企業(yè)的健康發(fā)展。

3.1.1 套管式冷凝器

這種冷凝器同樣是一種常見(jiàn)的冷凝器，在實(shí)際應(yīng)用中，也具有較好的應(yīng)用價(jià)值，能滿足實(shí)際應(yīng)用的相應(yīng)需求，降低影響因素帶來(lái)的干擾。實(shí)際工作中，制冷劑的蒸汽會(huì)從上方進(jìn)入到外管間的空腔之中，實(shí)現(xiàn)冷凝的相應(yīng)工作。液體在管外、底部依次流下，直至達(dá)到貯液器中，從而滿足實(shí)際應(yīng)用的相應(yīng)需求。冷卻水會(huì)從冷凝器的下方流出，它與制冷劑之間，會(huì)呈現(xiàn)逆流的方式。套管式冷凝器有2種不同類型的管子組成，主要適用于小型氟利昂空調(diào)機(jī)組中，一般用于制冷量小于25kW的制冷裝置中。

3.1.2 蒸汽冷凝器

在化工設(shè)計(jì)實(shí)踐中，蒸汽冷凝器也是一種常被利用的冷凝器。在實(shí)際應(yīng)用中，可以用于蒸發(fā)器末效二次蒸汽的冷凝，而且能夠?qū)崿F(xiàn)末效蒸發(fā)器的真空度。

（1）噴淋式冷凝器。這種冷凝是蒸汽冷凝器中比較常見(jiàn)的一種，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽會(huì)從側(cè)面的入口處進(jìn)入，蒸汽和冷水充分接觸后，蒸汽就會(huì)實(shí)現(xiàn)冷凝，從而變化為液體，再?gòu)南虏苛鞒?，同時(shí)不凝氣體也可被帶出，從而滿足蒸汽冷凝器的工作要求。

（2）充填式冷凝器。這種冷凝器，同樣是蒸汽冷凝器中的一種常見(jiàn)類型。實(shí)際應(yīng)用中，蒸汽會(huì)從側(cè)管進(jìn)入，并與上一面盆下的冷水接觸，實(shí)現(xiàn)冷凝的作用。同時(shí)，被充填的瓷環(huán)材料被淋濕后，就會(huì)導(dǎo)致冷水和蒸汽的接觸面積進(jìn)一步增加，蒸汽冷凝成水后，會(huì)從下部管路中流出，而這時(shí)存在的不凝氣體也會(huì)被真空泵抽出，從而保證冷凝器中的真空度。充填式冷凝器在實(shí)踐運(yùn)用中具有很好的效果，能夠滿足化工企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定運(yùn)行需求。

（3）淋水或篩板式冷凝器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了更好地滿足冷凝效果，可以采用這種冷凝器，目的是增加冷水和蒸汽的接觸面積，這種設(shè)計(jì)方式可以在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)混合冷凝，不僅能夠保證冷凝器的基本功能和作用，而且還具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱效率相對(duì)較高等優(yōu)勢(shì)，不僅可以有效提高冷凝的效果，而且還能降低腐蝕問(wèn)題的發(fā)生概率，使得冷凝器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值在化工設(shè)計(jì)中得到全面提升，適用范圍更廣。

3.1.3 鍋爐用冷凝器

這類冷凝器就是鍋爐使用的冷凝器，這種冷凝器通常也被稱之為煙氣冷凝器。在實(shí)際應(yīng)用中，這類冷凝器具有較好的節(jié)能效果，不僅可以提升鍋爐的熱效率，還能滿足國(guó)家節(jié)能減排的相關(guān)要求，能為應(yīng)用場(chǎng)所節(jié)約一定的運(yùn)行成本，且具有很大的推廣運(yùn)用前景。

3.2 二次蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)

蒸汽冷凝器是化工設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，在生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用范圍。因此，在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以結(jié)合實(shí)際需求情況，對(duì)蒸汽冷凝器進(jìn)行更加充分的合理利用，全面提升冷凝器的服務(wù)能力，降低影響因素給冷凝器帶來(lái)的干擾，更好地滿足化工生產(chǎn)的相應(yīng)要求。結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用需求，在化工設(shè)計(jì)中選擇蒸汽冷凝器時(shí)，為了滿足蒸汽冷凝器的使用需求，可以對(duì)二次蒸汽冷凝器進(jìn)行合理應(yīng)用。在實(shí)際使用中，需要對(duì)二次蒸汽冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保二次蒸汽冷凝器滿足實(shí)際要求，保證生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠。

（1）在對(duì)化工蒸發(fā)設(shè)備加熱時(shí)，就可以利用二次蒸汽冷凝器，其中換熱器是實(shí)現(xiàn)傳熱過(guò)程的基本設(shè)備，而且也是比較典型的傳熱設(shè)備，在化工領(lǐng)域具有較好的利用價(jià)值，能夠有效提升蒸汽冷凝器的利用價(jià)值，從而滿足工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展情況，提高工業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使得工業(yè)設(shè)計(jì)能夠滿足相應(yīng)實(shí)際工作的需求。為了滿足相關(guān)工作的需求，要結(jié)合化工設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，合理展開(kāi)二次蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)工作，確保二次蒸汽冷凝器在使用中可以滿足實(shí)際應(yīng)用的相應(yīng)要求。

（2）為了進(jìn)一步對(duì)二次蒸汽冷凝器進(jìn)行利用，需要對(duì)具體的工藝流程和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，確保實(shí)際工作中，流程和結(jié)構(gòu)都能滿足現(xiàn)場(chǎng)情況。具體的流程中，飽和水蒸氣從化熱器殼程上方進(jìn)入，冷凝水則從由殼程下方排出。而冷卻水也需要進(jìn)入其中，冷卻水則由下方的入口處進(jìn)入，再?gòu)纳戏脚懦?，這樣一來(lái)，就能滿足二次蒸汽冷凝器設(shè)計(jì)要求。具體工作中，流體所走的管程，會(huì)明顯增加冷卻水和蒸汽的接觸面積，從而有效提高蒸汽的冷卻效果，滿足冷凝應(yīng)用要求。當(dāng)溫差較大時(shí)，需要在殼體上增加一個(gè)膨脹節(jié)的焊接，可以更好地應(yīng)對(duì)彈性變形，避免膨脹程度過(guò)大形成破壞，確保冷凝器的功能和作用，降低安全隱患的發(fā)生概率，全面提升冷凝器的服務(wù)能力。

（3）結(jié)合上述的基本情況，進(jìn)一步對(duì)二次蒸汽冷凝器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，明確結(jié)構(gòu)的基本情況，有助于二次蒸汽冷凝器的合理利用。殼體和鋼板選擇焊接的方式進(jìn)行連接，確保它們之間能夠合理配合，從而降低影響因素給冷凝器帶來(lái)的干擾。管式的換熱器具有便于制造、成本低廉、換熱效果好及表面清洗容易，甚至還有較好的適應(yīng)性等特點(diǎn)，因此非常符合化工設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，不會(huì)給化工設(shè)計(jì)帶來(lái)負(fù)面作用，且可以全面提升冷凝器的服務(wù)能力，降低隱患帶來(lái)的不利影響，從而全面發(fā)揮冷凝器的功能和作用，使得化工生產(chǎn)的相關(guān)工序得到冷凝器的合理支持。

（4）方案的確定。為了滿足冷凝器的設(shè)計(jì)選用需求，需要對(duì)蒸汽冷凝器進(jìn)行合理控制，確保二次蒸汽冷凝器的選擇能夠滿足需求，從而提高冷凝器的應(yīng)用價(jià)值，保證冷凝器在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是合理的，使其應(yīng)用價(jià)值得到體現(xiàn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)的相應(yīng)規(guī)范。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合化工設(shè)計(jì)的基本情況，對(duì)化工設(shè)計(jì)中的冷凝器設(shè)計(jì)選用進(jìn)行研究，并對(duì)冷凝器設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及處理方法進(jìn)行探討，旨在滿足冷凝器的使用標(biāo)準(zhǔn)，全面提升冷凝器的應(yīng)用價(jià)值，降低各類因素給冷凝器帶來(lái)的負(fù)面作用，確保冷凝器可以更好地在化工領(lǐng)域發(fā)揮相應(yīng)的作用，全面提升冷凝器的服務(wù)能力。選取二次蒸汽冷凝器，并通過(guò)合理的設(shè)計(jì)應(yīng)用，旨在更大地發(fā)揮出二次蒸汽冷凝器在實(shí)際應(yīng)用中的作用和價(jià)值，最終推動(dòng)化工設(shè)計(jì)質(zhì)量的全面提升，提高冷凝器的服務(wù)效果，推動(dòng)化工企業(yè)的健康發(fā)展。