MVR蒸發系統影響因素分析

李亞仙，劉　寶，陳曉慶，葛　娟，韋正帥，劉　帥，張　倩

MVR蒸發系統影響因素分析

李亞仙，劉寶，陳曉慶，葛娟，韋正帥，劉帥，張倩

（甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070）

MVR蒸發是目前化工生產中重要的操作單元之一，由于其運行平穩、能耗低，廣泛應用于化工、食品、醫藥、牛奶、環保等行業。文章根據MVR蒸發系統在設計、運行中出現的問題，對影響MVR蒸發的因素進行分析、總結。

MVR；影響因素；物性；工藝；設備運行

機械壓縮（MVR）是利用電能驅動葉輪，將蒸發的二次蒸汽進行再壓縮，提高蒸汽的品味，作為蒸發器的熱源進行二次利用。目前，由于蒸汽價格和電價差異較大，加之國家對環保的控制已限制蒸汽鍋爐的大量使用，致使利用電驅動的MVR壓縮機已經廣泛應用于食品、化工、乳品、發酵、明膠、環保等諸多行業。

1　MVR蒸發裝置簡介

MVR蒸發裝置是MVR壓縮機和蒸發系統的有機結合，在合理的蒸發溫度下進行蒸發的一種方法。其主要的優點有：能耗低，蒸發一噸水只需消耗電量20～27kwh；蒸發溫度可根據物料合理選擇；蒸發速度快，物料進、出設備只需十幾秒，有利于處理熱敏介質；低溫蒸發可以降低材料的腐蝕和能耗的損失；能量循環利用使能耗降低；最大程度的降低冷卻水的消耗［1］。

一套MVR蒸發裝置主要由MVR壓縮機、預熱器、蒸發器、冷凝器、分離器、真空系統、泵、管件閥門、控制系統等組成。

MVR蒸發裝置能量利用率高，運行穩定被越來越多的用戶和行業所接受。但MVR蒸發系統在設計、運行中需考慮物料、海拔、設備、操作等諸多因素的影響，文章對可能影響MVR蒸發系統的各因素進行分析敘述。

2　物料的物性對MVR蒸發的影響

物料的主要物性參數有密度、定壓比熱容、導熱系數、粘度、沸點升高、焓值、表面張力、熱敏性、腐蝕性等。密度、定壓比熱、導熱系數、粘度極大影響了物料側的傳熱系數，而傳熱系數的不同會直接影響蒸發面積的設計計算［2］。

表面張力，主要影響物料的汽、液分離過程和分離器的直徑、高度的選擇，在膜式蒸發中還會影響物料的布膜情況。沸點升高主要影響工藝流程的選擇，蒸發溫度的選擇，溫度梯度分布和壓縮機選擇。沸點升高比較高的物料，通常選用MVR單效蒸發，壓縮機溫升高，采用負壓蒸發可以有效降低物料的沸點升。

物料的粘度除了影響傳熱系數還會對蒸發器型式的選擇有影響。濃度高的物料須選擇強制循環或刮板式蒸發器，以防止物料流動速度過慢發生結焦的現象。

物料的熱敏性［3］，要求物料在蒸發器中停留的時間要短，否則會使物料發生質變，則需減少蒸發器的效數或級數，減少物料在蒸發器中循環時間。如果蒸發物料對溫度有要求時，設計時一定要考慮蒸發溫度、蒸發器型式及流程的選擇。

物料的腐蝕性特別是物料在高溫下的腐蝕性，這是選材的一個重要因素。

3　海拔的影響

海拔是反應一個地區地勢高低的物理量。海拔高，當地的氣壓小，表壓降低，對應的溶液沸點降低。海拔高度對MVR蒸發的影響直接體現于系統的真空度以及對應飽和蒸汽的熱工參數。

為降低能耗，MVR蒸發多數選擇在負壓下運行，其負壓的獲得需采用真空系統。真空系統另一個作用是將MVR蒸發裝置中的不凝氣抽出。海拔高低會影響極限真空度。如水環真空泵在0海拔其極限真空為-0.094Mpa，在海拔1500m時，其極限真空為-0.08Mpa。對熱源蒸汽而言，表壓0.1Mpa的蒸汽，0海拔對應溫度為99.6℃，1500海拔對應的溫度為95.1℃。可見海拔會對蒸汽熱工參數有影響，因此，在MVR蒸發設計時要充分考慮。

4　工藝參數的影響

工藝參數對MVR蒸發器的設計起著重要的作用。處理量和蒸發量決定設備的規模，效、級的數量，蒸發面積的大小，設備投資的成本。

進料濃度和出料濃度直接影響傳熱的計算和蒸發溫度的選擇，進而影響壓縮機進、出口溫度的選擇。由于蒸發強度的問題，出料濃度還會影響蒸發器形式的選擇和蒸發流程的設計［4］。

進、出料溫度。MVR蒸發裝置在工藝設計中要做到能量的極大化利用，因此在考慮滿足進、出口物料溫度的情況下通過工藝變化將冷凝水、冷卻水的出口溫度降低最低。

5　設備運行及操作的影響

5.1進料參數變化的影響

進料量：蒸發系統有其固有的操作彈性，即在正常運行時進料量有一定的范圍。根據能量守恒定律，設備最大傳熱量為定值。進料量過大，會影響蒸發傳熱系數［8］，使蒸發量發生變化，出料的濃度會降低。進料量過小時，各效蒸發器物料側流量大大減少，不僅會使蒸發溫度升高，嚴重時會造成干燒、結焦的現象。

進料濃度：進料濃度變化會引起物料物性的變化，會直接影響傳熱系數以及沸點升高的變化，對蒸發的影響前面以敘述過不再詳述。

進料溫度：進料溫度不僅會影響物料的物性，從而影響物料側的傳熱系數。蒸發器進料一般要求泡點進料，如果進料溫度過低會犧牲部分蒸發器的面積用于提升物料顯熱而非潛熱，降低蒸發量。

5.2MVR壓縮機工況變化影響

MVR壓縮機是此蒸發裝置中關鍵設備之一。主要的參數有流量，進、出口溫度，電流等。壓縮機蝸殼設計通常采用體積流量，由于水蒸汽比容和溫度一一對應，則溫度不同壓縮機最大質量流量不同。

根據能量守恒定律，壓縮機需要的總功要等于水蒸氣進、出口總焓之差。功是由電機提供，壓縮需要的總功除效率值得到軸功率，根據軸功率和電機功率系列值選擇最佳的電機。電機提供的最大的功和蒸汽溫升所需的功在有的情況下差值較大，這就造成壓縮機富裕量大［5，6］。

壓縮機在設計參數下，流量、溫升、壓比、效率值都為最高，壓縮機設計完成后，其運行由溫度、流量、電機等共同決定。當壓縮機進口溫度低，比容增大，壓縮機可進入的最大蒸汽量增大，但由于壓縮機功率已定，則根據能量守恒原理出口的溫度會降低，表現為進、出口溫差不夠［7］。當壓縮機進口溫度升高時，比容減小，水蒸汽質量流量減小，由于電機和效率值的影響，出料溫度會升高，但由于葉輪和轉速等影響，表征到進、出口的溫差不會增大。

壓縮機開機的過程是電機頻率逐漸增大的過程［8］。在小頻率下，流量和溫升有個對應值，隨著流量的增大，在相同的頻率下溫升會減小但是壓縮機會自動提高頻率已保證更高的溫升。壓縮機頻率、流量、溫升會相互影響逐漸升高至額定值。

壓縮機運行與物料沸點升有關，表征在蒸發物料蒸發所需的能量與壓縮機提供能量的平衡［9］。MVR蒸發處理水，通常表現為蒸發量滿足要求但溫升和電流值偏低，體現為在較低的溫差下就可以蒸發出夠量的水以滿足能耗的需求。在處理沸點升的物料中，壓縮機提供的能量一部分要克服沸點升剩余的才能用于蒸發，這就需要更多的功，表現為流量變化不大但出口溫度和電流值增大。

5.3分離器的影響

分離器是提供物料和二次蒸汽分離的場所，分離器的設計要充分考慮蒸發量、蒸發溫度、物料粘度、表面張力、循環量、分離器液位等因素。

分離器中蒸發量增大，會使二次蒸汽上升的速度加快，夾帶液量嚴重，也可能會造成壓降增大，二次蒸汽再冷凝量增多，如果持續時間過長會使分離器尋找新的平衡溫度，溫度會升高［10］。

分離器的蒸發溫度變高時，如果蒸發器提供的熱量不變則分離出的二次蒸汽量會減少，由于溫度高水蒸氣的比容變小則分離器中二次蒸汽流速變慢，分離效果好［11］。如溫度降低，MVR蒸汽系統其他參數不變情況下，閃蒸的二次蒸汽量會增大，同時二次蒸汽比容大，則二次蒸汽上升速度變快，物沫夾帶可能會加重。

物料濃度、粘度、表面張力增大，會造成二次蒸汽分離困難，分離器分離量不夠。分離器的物料循環量和液位高度增大會造成二次蒸汽夾帶量嚴重。分離器的直徑是保證汽、液分離有足夠的分離面，分離器高度是提高汽液相互夾帶的因素［12］。分離器高度越高，分離效率越高，但設備成本也會增加。除了提高分離高度當然還有許多減少夾帶提高分離率的結構及措施。

5.4泵的影響

泵是蒸發系統中主要的動設備，主要起輸送液體的作用。MVR蒸發系統中泵多采用雙機械密封的型式。主要因為要在負壓下降物料抽出。泵機械密封的好壞以及運行時的流量、吸程、揚程都會對蒸發系統產生影響。

料泵密封泄漏或其他原因致使流量不足，會引起積液或缺料，嚴重時會發生干燒甚至結焦堵塞蒸發器。

冷凝水泵如果不能及時將冷凝水抽出，會使冷凝水在蒸發器中聚集，會使蒸發器的傳熱發生嚴重的抑制作用［13］。蒸發器中本來使用蒸汽加熱變為熱水加熱，效率會大大降低，導致蒸汽發生堵塞。

5.5其他的影響

除了以上提出的運行時可能出現的影響因素外，還有配管的問題、閥門質量問題的影響、操作規范性的問題等，都會對蒸發系統產生影響。

6　結束語

MVR蒸發系統作為一套系統工程，設計、安裝、調試各個環節都很重要。物料、工藝、設備、操作都

對系統的運行產生影響。在系統設計的初期就應該綜合考慮各種因素，在設備生產、安裝、調試時注意可能影響設備運行的原因，以保證裝置正常、連續、高效的運行。

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