蒸发式冷凝器在合成氨装置冷冻系统的应用

2014-06-26

化工设计通讯 2014年6期

(安徽昊源化工集团有限公司，安徽阜阳 236056)

安徽昊源化工集团有限公司有多条合成氨生产线，其生产中需要大量的冷却装置，用水量也非常大，老装置主要采用冷却塔方式冷却，整个冷却系统主要包括凉水塔、循环水泵、换热器等，利用循环水带走热量而完成冷却过程；这种冷却方式，由于水循环量大，导致水损耗量大，且循环水泵和凉水塔风机电机功率大，导致能耗较高。针对这一问题，在合成氨装置扩建时，公司决定在冷冻系统选用高效节能的蒸发式冷凝器。通过考察比较，决定采用BAC大连有限公司制造的CXV系列蒸发式冷凝器，其节能节水效果很好。

1 CXV系列蒸发式冷凝器简介

1.1 工作原理

CXV系列蒸发式冷凝器是通过冷凝盘管进行冷却降温的。蒸发式冷凝器运行时，冷却水由水泵送到冷凝盘管上部的喷淋水系统，由喷嘴喷出，均匀地喷淋在冷凝盘管外表面，并形成一层很薄的水膜，冰机排出的过热高压状态氨蒸气从冷凝盘管上部进入冷凝盘管内，高温氨蒸气与盘管外的喷淋水和空气进行热交换，氨蒸气逐渐被冷凝为液氨从冷凝盘管下部流出。引风机的超强风力使喷淋水完全覆盖在盘管表面，水借风势，换热效果显著增高。喷淋水和空气吸收热量后温度升高，部分喷淋水由液态变成水蒸气，其蒸发潜热带走大量的热量；热空气中的水被挡水板截住收集到PVC热交换层中，以减少水的损耗。PVC热交换层中的水被流过的空气冷却后，进入集水槽中，再由循环水泵送入喷淋水系统中，继续循环。由于部分水蒸气散失到空气中，致使集水槽水位降低，减少的水需由外界补充，并由水位调节器控制水位。

采用CXV系列蒸发式冷凝器，可使介质氨的冷凝温度更加接近空气的湿球温度，其冷凝温度能比采用冷却塔方式的冷凝温度低3～5 ℃，可大大降低冰机的功耗，并且循环水用量减少，只有采用冷却塔方式的1/3左右。

1.2 结构

CXV系列蒸发式冷凝器主要由冷凝盘管、PVC热交换层、水循环系统、引风机及箱体等组成，其结构如图1所示。其热交换器是一个蛇形盘管，装在一个立式箱体内的上部，下部是PVC热交换层，箱体的底部为集水槽；箱体顶部左侧为喷淋水系统，右侧为引风机。

(1)冷凝盘管。CXV系列蒸发式冷凝器盘管嵌在高强度镀锌板上，拆卸方便；冷凝盘管由高质量的钢管制成，装配完毕后经整体热浸锌处理。盘管沿制冷剂流向倾斜，便于液体排出，其压力降较低。

(2)引风机。CXV系列蒸发式冷凝器的又一关键部件引风机，采用耐腐蚀的铝合金叶片。引风机安装在具有流线型入口的风筒内，空气通过风筒排出，顶部余隙容积小，较大地提高了引风效率。

图1 CXV系列蒸发式冷凝器结构简图

(3)水循环系统。水由液态变成气态时，蒸发潜热会带走大量的热量；为了获得最大的传热系数，并减少水垢，必须使整套盘管组件完全沉浸于流水中。水盘中的水在循环水泵的作用下，沿着抗腐蚀的PVC水路系统，通过喷淋支管上的大直径防堵设计、超大流量的喷嘴均匀地喷洒在盘管组件上，在引风机的作用下，最大限度地包住换热盘管，使水、空气与氨介质进行充分地热交换。

(4)挡水板。挡水板由耐腐蚀的PVC材料制成，分组安装在CXV系列蒸发式冷凝器内，拆卸方便；挡水板使空气流动方向经过三次改变后，可有效地去除从盘管中出来的湿空气中的水分，水的飘逸率小于0.001%。

(5)PVC热交换层。PVC热交换层是CXV系列蒸发式冷凝器的关键部件，它能有效地防止生化腐蚀和侵蚀；这种带挡水板的特殊结构能最大限度地保证水和空气的接触及较小的空气压降，使用小功率电机就可确保高效传热。

2 技术特点

2.1 与其他形式冷凝器的比较

(1)合成氨冰机系统中的传统冷凝系统包括管式冷凝器、冷却水塔、循环水泵、循环水池以及较长的冷却水管道系统，系统复杂且能耗高。CXV系列蒸发式冷凝器工艺流程简单，不再需要冷却水塔、循环水池及其他设备。

(2)合成氨冰机系统中的传统冷凝系统，其冷凝原理是靠水的显热带走热量，所需的冷凝水量很大，并且需要消耗大量的电能来完成大量冷却水的循环。而CXV系列蒸发式冷凝器的工作原理是，利用水的蒸发潜热和显热带走热量，水的显热与其蒸发潜热的数值相差500多倍。采用CXV系列蒸发式冷凝器较传统冷凝系统所用的循环水量要小得多，因此，只需要很小的能耗就能完成冷却水的循环，节能节水效果显著。