刘琛

湖北宜化集团化工机械设备制造安装有限公司 湖北宜昌 443007

蒸发冷却技术利用空气强制流动和水分蒸发将制冷剂冷凝时的热量带走。20世纪70年代起，美国等一些国家在就开始把蒸发冷却技术运用在冷库制冷装置上[1]。我国从20世纪80年代开始，逐步在食品、化工、制冷中采用蒸发冷却技术，经过几十年生产实践的结果证明，蒸发冷却技术的节水节能效果明显。近几年来，在氮肥行业，蒸发冷却技术在氨合成、甲醇合成、精馏及余热回收氨冷冻等工序中的流体冷却器、空气处理、冷却塔、除湿盘管冷却及冷凝等方面也有了较为深入的运用。

本文以某厂复合蒸发式空冷器实际效果和理论计算的差异为研究对象，对复合蒸发式空冷器运行性能不满足设计问题的进行分析，找到了问题发生的原因，并提出了优化解决的方案。

1 工作原理和结构分析

复合蒸发式空冷器是以空气和水为冷却介质，一方面利用水蒸发带走气相热介质，冷凝过程放出的热量包括部分气相和部分液相的显热；另一方面，以接近湿球温度的空气冷却循环水并通过被反复冷却的循环水与热流体的间接换热来达到冷却的目的。

蒸发冷却分为直接、间接和两级蒸发冷却技术。本文研究的复合蒸发式空冷器运用就是两级蒸发冷却技术。蒸发冷却过程，如图1所示，温度为t0的空气先后由间接蒸发冷却和直接蒸发冷却设备处理后沿等湿线温度下降到tsf。

图1 两级蒸发冷却焓湿图

复合蒸发式空冷器主要由主机、喷淋循环水箱、喷淋循环水泵及电控柜等构成，其中：主机由壳体、换热器、风机、喷淋系统、除水器、水槽及管路阀门等零部件组成[2]。

2 运行问题及分析

在复合蒸发式空冷器的生产运行过程中，存在进出口水温差小、出口水温达不到生产工艺的要求，无法节约电耗和水耗，达不到节能的要求。面对生产实际中的异常情况，笔者针对问题可能产生的原因做了研究和分析：

首先是理论计算分析，因实测的回水温度与进水温度相差很小，首先需要考虑换热面积是不是满足需求。经过重新的工艺计算后，需要设计换热面积可满足使用要求，且空冷部分翅片管对水冷部分换热面积进行一定的补充，完全能够满足使用要求。

在排除设计原因后，我们对现场使用的具体情况进行了测试，选取10台复合蒸发式空冷器，对进出口温度进行测量，通过分析，我们发现部分设备能达到使用效果，设备进口温度越高，设备的出口温度降幅越明显。而因蒸发部分计算没有问题，那么问题很可能是出在空冷部分。

我们选取两台临近的设备，分别选取了7个测量点进行风量测量，统计分析后发现两台设备四台风机平均风量分别为6.18×104m³/h和9.93×104m³/h，均远低于风机正常工况14.5 ×104m³/h。

随后，我们对设备运行过程中的风压进行了测量，实测工作风压在480Pa左右，远大于风机设计值360Pa，判断风机的运行已处于失速状态。根据实测数据绘制的风机失速曲线，如图2所示：

图2 风机失速曲线图

风机曲线与空冷器特性曲线的交点是风机的运行点。风机设计规范规定风量增大10%、风压增大21%情况下，通过调整角度风机能够与空冷器匹配运行。如果偏离很大，就会造成风机失速，如“4叶B型设计曲线”与“空冷器实际曲线”的交点就处于了失速区，可以确定风机失速。

3 解决及优化

通过理论分析和实验后，基本确定导致复合蒸发式空却器冷却效果低于设计值的原因，是由设备实际工作压力超出设计压力引起风机风量不足，和设备之间间距不足，导致设备之间形成了热风回流，增加了设备的风压，风机出风量实际使用达不到设计值，实际风量远小于设计风量。针对风量问题最直接的方法是增加电机功率，但通过计算后，因增大电机功率而引起的系统增加的用电负荷约为1400KW/h，导致电耗的大幅度上升，从经济角度分析该方案不可取[3]。通过进一步分析，笔者认为，可以从减少风压和降低热风回流两个方面入手，通过对风机叶片的改造来降低这两个参数对设备运行的影响。

4 结语

复合式蒸发空冷器的设计已较为成熟，单台设备的设计可以满足实际需要，但在设计多台设备组成的工艺系统时，一定要综合考虑系统中的设备，及设备之间的相互影响而形成的风阻对设备使用工况的制约。要综合考虑设备布置，宜采用单排布置，且单排设备尽量与夏季主导风向垂直，如果因场地限制，需要双排或多排布置时，排间距需通过计算和软件模拟以保证进风。