常溫循環(huán)水液氨汽化器在氨水制備工藝中的應用

蔡飛 張偉立

摘要：氨水制備工藝中往往采用蒸汽或電加熱液氨汽化器進行液氨汽化，然后將氨氣純化處理后，通入水中溶解制備氨水。該工藝中最主要的能耗就是液氨汽化所需的電加熱或蒸汽熱源，約占總耗的80～90%。常溫循環(huán)水液氨汽化器依靠制氨工藝中氨氣溶解過程產(chǎn)生的大量溶解熱進行液氨汽化，省去了由外部提供額外熱源，而且大大降低氨氣溶解過程所需的冷卻循環(huán)水負荷。

關(guān)鍵詞：常溫循環(huán)水液氨汽化器；液氨汽化；氨氣溶解熱

一、氨氣溶解熱是否滿足液氨汽化熱的需求

經(jīng)查閱相關(guān)資料確認，液氨汽化熱與液氨溫度和壓力有關(guān)，溫度越低，汽化熱越大，壓力越高，汽化熱越大。目前中國北方地區(qū)使用液氨溫度冬季最低約為-20℃，該溫度下液氨汽化熱為1333KJ/Kg，常溫下氨氣溶解熱為2044 KJ/Kg，由此可以確定，氨氣溶解熱遠遠大于液氨汽化熱，而氨氣溶解熱大部分熱交換給循環(huán)水，由此可以確認循環(huán)水低溫熱能完全滿足液氨汽化熱能需求。

二、液氨減壓汽化的必要性

將液氨壓力減到0.2～0.25Mpa 之后汽化主要原因：通常熱媒與需加熱的介質(zhì)溫差越大，其換熱效率越高。循環(huán)水回水溫度為30～40℃，液氨壓力越低時，沸點越低，在0.2～0.25Mpa 時，液氨沸點為-8.9～1.6℃。因此將液氨減壓到0.2～0.25Mpa 時，既能滿足氨水制備系統(tǒng)要求氨氣工作壓力為0.2～0.35Mpa要求，也能保證汽化效率更高。

三、循環(huán)水接入方式

汽化器接入方式至關(guān)重要，應選擇循環(huán)水溫度最高和溫度較穩(wěn)定的位置，一般選擇在主水泵和封閉式冷卻器之間，或者是主水箱與板式換熱器之間。通過對氨氣溶解過程中溫度變化曲線分析，氨氣溶解過程中，初期氨水升溫速度較快，之后會緩慢降低，而液氨汽化需求熱量基本是恒定，也就是其輸出熱量不均勻，循環(huán)水系統(tǒng)中的主水箱可很好的解決該問題（若循環(huán)水系統(tǒng)中無主水箱，需增加），主水箱儲存的大量水起到蓄熱和縮小系統(tǒng)溫度變化的作用，實際應用中根據(jù)氨氣溶解過程溫度變化曲線、吸收槽循環(huán)水進出口溫度及汽化量計算主水箱儲水下限，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

四、常溫循環(huán)水液氨汽化器工作原理

通入汽化器液氨先進行減壓處理，液氨調(diào)節(jié)閥將壓力減至0.2～0.25Mpa，后進入汽化器汽化，液氨走管程，熱水走殼程，管程中的液氨經(jīng)過與殼程中的熱水換熱后汽化為氨氣。經(jīng)氣液分離脫去霧滴后由氣相出口總管輸出。除液氨入口設(shè)置氣動調(diào)節(jié)閥外，汽化器本體設(shè)置鉑熱電阻，熱水入口設(shè)置氣動切斷閥，氨氣氣相出口設(shè)置壓力變送器，鉑熱電阻，熱水回水管路設(shè)置鉑熱電阻；同時汽化器上設(shè)置安全閥，本體上還設(shè)置現(xiàn)場壓力溫度顯示儀表。

當出現(xiàn)筒體溫度低限、出氣壓力高限和回水溫度低限報警時，汽化器停止進液氨，換熱管結(jié)冰和液氨進入緩沖罐。汽化器在設(shè)計時應考慮適當?shù)膿Q熱裕量面積，保證系統(tǒng)合理有效的運行，并能在最大程度上避免參數(shù)波動給換熱效率帶來的影響。

五、經(jīng)濟性

常溫循環(huán)水液氨汽化器不僅有效利用了循環(huán)水中的低值熱能，而且降低了循環(huán)水的負荷，可謂一舉兩得。如僅考慮液氨汽化部分節(jié)省能耗，保守估算，與采用電加熱液氨汽化器相比，常溫循環(huán)水液氨汽化器汽化1噸液氨可節(jié)省電能約440度，與蒸汽式液氨汽化器相比經(jīng)濟性更加可觀。常溫循環(huán)水液氨汽化器與電加熱液氨汽化器相比，換熱器換熱面積增加許多，設(shè)備體積較大，設(shè)備購置價格增加約50～100%，但其節(jié)能方面經(jīng)濟性非常可觀，完全可彌補這方面的不足。