水浴式汽化器結構設計之我見

黃永福

摘要：水浴式汽化器應用于石化、天然氣等領域的石油裂解、汽化液態天然氣、液氧、液氮等氣體?，F有產品由于結構設計存有缺陷，導致換熱效率較低，時顯空泡腐蝕、蒸汽流量波動等弊端。對此，本文將對其結構設計技術進行研究探討。

Abstract： Water-bath vaporizers are used in petroleum cracking， vaporization of liquid natural gas， liquid oxygen， liquid nitrogen and other gases in petrochemical and natural gas fields. Due to defects in the structural design of existing products， the heat exchange efficiency is low， and the vulcanization corrosion and steam flow fluctuations are obvious. In this regard， this paper will study its structural design techniques.

關鍵詞：水浴式汽化器;換熱;空泡腐蝕;流量波動

Key words： water bath vaporizer;heat exchange;cavitation corrosion;flow fluctuation

中圖分類號：TK172 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0185-02

0 ?引言

水浴汽化器是換熱器的一種，應用于石化、天然氣等領域石油裂解、氣化液態天然氣、液氧、液氮等氣體。現有水浴式汽化器在實際工況應用中存有不足：由于蒸汽管路設置在底部，蒸汽進入裝置遇水后由氣態瞬間變為液體，在相變過程中，蒸汽由氣態快速潰滅，造成局部真空而拉動周邊的水來填充，形成液擊，產生較大敲擊聲;同時產生空泡腐蝕（氣蝕）撕裂金屬表層，管路上留下蝕點，嚴重時，會迅速損毀管路，甚至會造成整個水浴式汽化器報廢。此外，裝置中的供入量隨產氣量需求變化而變化。由于蒸汽分配管上的開孔數及開孔面積不變，在蒸汽供入較少時，部分水會進入蒸汽分配管中，甚至進入蒸汽進口管中，造成更為嚴重的空泡腐蝕、蒸汽流量波動、汽化產量波動不良后果。對此，專業科技工作者從未停止水浴式汽化器的結構研究及創新設計，力求攻克空泡腐蝕、蒸汽流量波動、汽化產量波動關鍵技術瓶頸。

1 ?新型水浴式汽化器結構設計

通過長期研究，設計一種新型水浴式汽化器，結構示意圖見圖1～圖4。

2 ?工作原理

工作時，殼體內充滿熱水，需要被水浴汽化的液體從進液管進入，在汽化管束內吸熱汽化后，再從出氣管離開裝置。液體汽化的熱能來自于蒸汽，蒸汽從蒸汽進口管進入向下推動浮球，然后蒸汽從旋流通孔中進入內管和外管之間。外管下部敞口，可供水進入。蒸汽推動水流旋轉，使蒸汽和水分層。由于離心力作用，水緊貼在外管內壁上，蒸汽則在水的內側，兩者之間經過熱交換，蒸汽降溫形成水自身湮滅時，被新的蒸汽不斷補充，不會形成真空而產生液擊。水的溫度上升后從外管上部出液孔離開進入錐蓋下方由溫度較低的水不斷補充，從而不間斷地產生熱水從錐蓋下方上升再從分配孔中上行，穿過錐蓋進入汽化管束的區域內。在熱水自身動力作用下，一方面與汽化管束內的介質進行熱交換，另一方面自身形成對流，確保熱量源源不斷提供給需汽化的液體。通過外循環管可加強水流循環，當外界負荷降低時，汽化氣體消耗少，因此，蒸汽用量隨之減少，蒸汽壓力下降，浮球升起，可遮擋旋流孔，使水不會反向進入蒸汽進口管內;當水壓較大時，浮球升起上升接觸閥座面，徹底關閉蒸汽與水之間的通道，避免水反向進入蒸汽進口管內。

3 ?設計創新，關鍵技術突破

3.1 換熱效率

①汽化管束整體設計呈圓筒形，其外徑與錐蓋的外徑大致相等，內徑與外管的外徑大致相等，通過錐蓋上的分配孔可直接將溫度較高的水向汽化管束位置供入，當汽化管束呈圓筒形時，其中心為空腔，可形成外升內降的循環對流，提高換熱效果。

②相鄰螺旋單管之間經若干縱向隔條隔開?？v向隔條之間形成可供熱水流通的流道，形成層流，使對流動力增強，提高換熱效率。

③為延長蒸汽在外管與內管之間的停留時間，以便充分換熱，設計旋流通孔的軸線傾斜向下，進一步延緩蒸汽在外管內的停留時間，提高換熱效率。

3.2 空泡腐蝕、蒸汽流量波動

裝置工作時，蒸汽和水之間形成一個動態變化的界面，在這個界面上，蒸汽不斷湮滅，由于不斷有新的蒸汽補充進來，因此，不會形成真空造成液擊，可避免空泡腐蝕;少量未能及時湮滅的蒸汽在錐蓋下方也能及時轉變成水，因此，不會在汽化管束這一關鍵部件周圍造成空泡腐蝕，也不會造成蒸汽流量波動及汽化產量隨之波動。

3.3 裝置安裝可靠、方便

為保證汽化換熱充分，設計的汽化管束含若干層螺旋單管，相鄰層螺旋單管的螺旋旋向相反，采用螺旋單管可增加吸熱流程，以便使相應的流體能充分汽化，設計采用旋向相反的螺旋單管，可消除相互之間的熱應力而產生的螺旋扭力，確保裝置安裝固定可靠、方便。

4 ?效果

新型水浴式汽化器的結構設計具有獨創性，2017年1月被國家知識產權局授權發明專利，專利號（ZL 2015 1 0228426.7）。技術成果轉化產品后，相繼在河南開封空分集團有限公司、浙江智?；ぴO備工程有限公司、開封黃河空分集團有限公司等單位進行了廣泛應用，產品技術的先進性、結構設計的合理性、換熱效率的顯著性，防空泡腐蝕、蒸汽的流量及流化產量波動的可靠性，性價比凸顯出的優越性等受到了客戶的一致點贊。成果轉化后，累計形成銷售收入3185萬元、利稅796萬元，經濟效益優，社會效益良。

5 ?結束語

水浴式汽化器是國民經濟相關領域不可或缺的必備工藝流程裝置，它的技術先進程度、功能齊全性、實施效果佳否、性價比的合理性等綜合指標考評，決定了該產品在市場經濟全球一體化激勵競爭中的前景。只有持續創新，加速產品更新換代速度，提升產品技術含量，方能滿足市場供給側結構需求。

參考文獻：

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