蒸發式冷凝器在合成氨裝置冷凍系統的應用

(安徽昊源化工集團有限公司，安徽 阜陽 236056)

安徽昊源化工集團有限公司有多條合成氨生產線，其生產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，整個冷卻系統主要包括涼水塔、循環水泵、換熱器等，利用循環水帶走熱量而完成冷卻過程；這種冷卻方式，由于水循環量大，導致水損耗量大，且循環水泵和涼水塔風機電機功率大，導致能耗較高。針對這一問題，在合成氨裝置擴建時，公司決定在冷凍系統選用高效節能的蒸發式冷凝器。通過考察比較，決定采用BAC大連有限公司制造的CXV系列蒸發式冷凝器，其節能節水效果很好。

1 CXV系列蒸發式冷凝器簡介

1.1 工作原理

CXV系列蒸發式冷凝器是通過冷凝盤管進行冷卻降溫的。蒸發式冷凝器運行時，冷卻水由水泵送到冷凝盤管上部的噴淋水系統，由噴嘴噴出，均勻地噴淋在冷凝盤管外表面，并形成一層很薄的水膜，冰機排出的過熱高壓狀態氨蒸氣從冷凝盤管上部進入冷凝盤管內，高溫氨蒸氣與盤管外的噴淋水和空氣進行熱交換，氨蒸氣逐漸被冷凝為液氨從冷凝盤管下部流出。引風機的超強風力使噴淋水完全覆蓋在盤管表面，水借風勢，換熱效果顯著增高。噴淋水和空氣吸收熱量后溫度升高，部分噴淋水由液態變成水蒸氣，其蒸發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的空氣冷卻后，進入集水槽中，再由循環水泵送入噴淋水系統中，繼續循環。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充，并由水位調節器控制水位。

采用CXV系列蒸發式冷凝器，可使介質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 ℃，可大大降低冰機的功耗，并且循環水用量減少，只有采用冷卻塔方式的1/3左右。

1.2 結 構

CXV系列蒸發式冷凝器主要由冷凝盤管、PVC熱交換層、水循環系統、引風機及箱體等組成，其結構如圖1所示。其熱交換器是一個蛇形盤管，裝在一個立式箱體內的上部，下部是PVC熱交換層，箱體的底部為集水槽；箱體頂部左側為噴淋水系統，右側為引風機。

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

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

圖1 CXV系列蒸發式冷凝器結構簡圖

(3)水循環系統。水由液態變成氣態時，蒸發潛熱會帶走大量的熱量；為了獲得最大的傳熱系數，并減少水垢，必須使整套盤管組件完全沉浸于流水中。水盤中的水在循環水泵的作用下，沿著抗腐蝕的PVC水路系統，通過噴淋支管上的大直徑防堵設計、超大流量的噴嘴均勻地噴灑在盤管組件上，在引風機的作用下，最大限度地包住換熱盤管，使水、空氣與氨介質進行充分地熱交換。

(4)擋水板。擋水板由耐腐蝕的PVC材料制成，分組安裝在CXV系列蒸發式冷凝器內，拆卸方便；擋水板使空氣流動方向經過三次改變后，可有效地去除從盤管中出來的濕空氣中的水分，水的飄逸率小于0.001%。

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

2 技術特點

2.1 與其他形式冷凝器的比較

(1)合成氨冰機系統中的傳統冷凝系統包括管式冷凝器、冷卻水塔、循環水泵、循環水池以及較長的冷卻水管道系統，系統復雜且能耗高。CXV系列蒸發式冷凝器工藝流程簡單，不再需要冷卻水塔、循環水池及其他設備。

(2)合成氨冰機系統中的傳統冷凝系統，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完成大量冷卻水的循環。而CXV系列蒸發式冷凝器的工作原理是，利用水的蒸發潛熱和顯熱帶走熱量，水的顯熱與其蒸發潛熱的數值相差500多倍。采用CXV系列蒸發式冷凝器較傳統冷凝系統所用的循環水量要小得多，因此，只需要很小的能耗就能完成冷卻水的循環，節能節水效果顯著。

2.2 與同類產品的比較

(1)維護、檢修方便。CXV系列蒸發式冷凝器采用了許多獨特且實用的設計，寬敞的內部空間設計消除了以往蒸發式冷凝器內部狹窄不易檢修的弊病。

(2)水噴啉系統可直接檢修。CXV系列蒸發式冷凝器的風(空氣)水同向設計使噴啉系統直接露在外面，設備運行時也能簡單快速地檢修噴嘴和盤管。

(3)空氣進口導風板寬敞無堵塞。大空間高質量的進風格柵設計，盡可能消除了導風板表面結垢的可能性。

3 蒸發式冷凝器應用情況

我公司合成氨裝置冷凍系統選用的是標準排熱量為3766 kW的CXV-874G型蒸發式冷凝器。其運行情況很好，冷凍系統所需循環水量明顯減少，電耗大幅度降低。

3.1 蒸發式冷凝器工藝參數

氣氨進口溫度 87.7 ℃

氣氨進口壓力 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

風機電機 15 kW

循環水泵電機 5.5 kW

3.2 投資省

CXV系列蒸發式冷凝器結構緊湊，占地小，重量輕，安裝方便；采用上下兩體標準組裝方式，現場只需將上下兩體用螺栓連接即可使用，大大降低了安裝費用。

3.3 可減少結垢

與傳統的冷凝器相比，CXV系列蒸發式冷凝器的特殊設計，可從以下四個方面減少結垢。

(1)風水同向：空氣和噴淋水在同一方向流過冷凝盤管，噴淋水能很好地覆蓋在盤管表面上，保持盤管表面完全濕潤，這種同向流動可減少因風水逆向流動在盤管下面形成干點而結垢的可能。

(2)加大流過盤管表面的水量：CXV系列蒸發式冷凝器流過盤管表面的噴淋水量是大多數傳統蒸發式冷凝器的兩倍，這可保證在盤管表面有連續水流，從而減少結垢的可能。

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

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

3.4 節能節水顯著

水的顯熱與其蒸發潛熱的數值相差500多倍，而CXV系列蒸發式冷凝器主要是利用水的蒸發潛熱帶走熱量，因此，其所需循環水量較傳統冷凝系統要小得多，只需要很小的能耗就能完成冷卻水的循環。與傳統冷凝系統相比，可節能20%以上，節水90%以上。

3.5 環保效益顯著

CXV系列蒸發式冷凝器為獨立的循環冷卻系統，不受其他設備的影響，循環水水質容易得到保證，有利于設備的維護及排水的達標。

4 結束語

蒸發式冷凝器能有效、安全、穩定地應用于化肥廠、化工廠的冰機系統，替代水冷器和冷卻塔，不僅可以節能節水，而且對于企業的經濟運行有著重要意義。將蒸發式冷凝器推廣應用到輕工、冶金、醫藥等行業的低溫加工、冷藏、速凍以及寫字樓、賓館的空氣調節領域，對我國經濟和社會的發展將起到重要的作用。