管殼式冷凝器與蒸發(fā)式冷凝器的能耗及經(jīng)濟性分析

閆永兵 宋文戈 吳冬果

(山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

常用的冷凝器有管殼式和蒸發(fā)式2種結(jié)構(gòu)型式，在充分理解2種冷凝器的工作原理及特點的基礎上，合理選擇冷凝器的結(jié)構(gòu)型式對尿素裝置的穩(wěn)定運行和節(jié)能降耗有著重大意義。通過對該2種結(jié)構(gòu)型式冷凝器在尿素“30·52”裝置中的合成工段及氨壓縮機上的實際運行情況分析，并進行了使用狀況和運行成本比較。

1 2種結(jié)構(gòu)型式冷凝器的特點

1.1 蒸發(fā)式冷凝器

蒸發(fā)式冷凝器是一種高效節(jié)能的換熱設備，已在尿素生產(chǎn)工藝裝置中得到廣泛應用。蒸發(fā)式冷凝器是以水和空氣共同作為冷卻介質(zhì)，主要是利用部分水蒸發(fā)時吸收制冷劑氣體的熱量實現(xiàn)制冷劑的冷凝，相當于將管殼式冷凝器、水冷卻塔和水泵綜合為一體。其主要由冷凝管組、淋水裝置、擋水柵、集水盤、循環(huán)水泵及風機等組成。

蒸發(fā)式冷凝器的特點：①尿素裝置中將涼水塔和蒸發(fā)式冷凝器有效地組合在一起，省去了單獨的循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了設備的占地面積；②采用強制風冷加水冷的雙重冷卻，換熱效果好；③冷卻水循環(huán)使用，耗水量低，相對于傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，設備自身水泵功耗和風機功耗大幅降低，操作費用較低；④設備運行穩(wěn)定、維護容易，費用也相對較低；⑤采用蒸發(fā)式冷凝器并配套使用蒸發(fā)塔后，將含酸的循環(huán)水中和處理后作為冷卻水循環(huán)使用，蒸發(fā)式冷凝器具有不結(jié)垢、冷卻效果好的特點，可節(jié)約較高的廢水處理費用。蒸發(fā)式冷凝器的主要缺點是設備制造費用較高，一次性投資較大。

1.2 管殼式冷凝器

管殼式冷凝器是一種傳統(tǒng)的標準換熱設備，由殼體和包含許多管子的管束構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱。管殼式冷凝器結(jié)構(gòu)堅固、處理能力大、選材范圍廣、適應性強、易于制造、生產(chǎn)成本較低、清洗較方便、占地面積小，在高溫、高壓工況下也能適用。管殼式冷凝器的缺點：換熱管容易結(jié)垢，影響設備換熱效果；循環(huán)水量較大，運行成本偏高；設備運行周期短；一次水飄逸率較大。

2 運行成本及冷凝效果比較分析

2.1 投資運行成本比較

按年產(chǎn)300 kt合成氨、年生產(chǎn)天數(shù)300 d計，合成氨產(chǎn)量為41.67 t/h。合成氨系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器與管殼式冷凝器噸氨運行成本比較見表1，其中蒸發(fā)式冷凝器4臺，軟水消耗為12 t/h，每臺配備3臺風機及1臺循環(huán)水泵(共92 kW)；管殼式冷凝器換熱面積790 m2，需循環(huán)水940 t/h。合成氨系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器和管殼式冷凝器總投資分別為326萬元和85萬元。

表1 合成氨系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器與管殼式冷凝器噸氨運行成本比較/元

由表1可看出：合成氨系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器和管殼式冷凝器噸氨成本分別為3.804元和4.831元；按年產(chǎn)300 kt合成氨計，采用蒸發(fā)式冷凝器年可節(jié)省費用30.81萬元。

氨壓縮系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器與管殼式冷凝器噸氨運行成本比較見表2，其中蒸發(fā)式冷凝器6臺，軟水消耗為16.8 t/h，每臺配備3臺風機及2臺循環(huán)水泵(共234 kW)；管殼式冷凝器換熱面積2 620 m2，需循環(huán)水1 591 t/h。氨壓縮系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器和管殼式冷凝器總投資分別為196萬元和113萬元。

表2 氨壓縮系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器與管殼式冷凝器噸氨運行成本比較/元

由表2可看出：氨壓縮系統(tǒng)中蒸發(fā)式冷凝器和管殼式冷凝器噸氨成本分別為5.323元和8.061元；按年產(chǎn)300 kt合成氨計，采用蒸發(fā)式冷凝器年可節(jié)省費用82.14萬元，僅上述2項年可節(jié)省費用112.95萬元。管殼式冷凝器使用循環(huán)水量大、費用高，不適宜于缺水地區(qū)，但一次性投資較少。蒸發(fā)冷凝器雖然一次性投資高，但節(jié)水且綜合能耗較低。

2.2 冷凝效果比較

在尿素生產(chǎn)中，為了更有效地利用資源、保護環(huán)境和追求更高的利潤，對于未能參加合成反應的氨應最大限度地回收。氨冷凝器冷凝效果的好壞直接影響氨的回收量。根據(jù)氨的性質(zhì)，冷凝器出口溫度越低，冷凝效果越好，氨回收量越高。傳統(tǒng)的管殼式冷凝器，由于受循環(huán)水溫度的限制，尤其是夏季有些企業(yè)的循環(huán)水溫度可達35 ℃以上，致使冷凝效果不好，氨的放空量居高不下，不僅浪費了資源、污染了環(huán)境，而且使企業(yè)的經(jīng)濟利益有較大損失。蒸發(fā)式冷凝器利用水的潛熱換熱，在氣流的強制作用下，促使氨冷器換熱盤管表面的水膜強制蒸發(fā)吸收氨冷器盤管內(nèi)蒸汽熱量，管內(nèi)外介質(zhì)直接換熱，有效提高了換熱效率，大大提高了氨的回收率。

3 結(jié)語

蒸發(fā)式冷凝器具有運行穩(wěn)定、費用低等特點，利用了水的潛熱換熱，比原有的顯熱換熱節(jié)省了大量的冷卻用水，同時大大降低了耗電量，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)能的效果，從而降低了尿素生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，達到節(jié)能降耗的目的。蒸發(fā)式冷凝器應按要求定期維護清洗，以保證設備的換熱效率并延長其使用壽命。