化工設計中常用冷凝器的設計選用分析

曹海燕

（常州海鷗化工設計研究院有限公司，江蘇常州 213000）

化工企業在生產過程中需要做到對化工原材料的合理利用，通過科學合理的化工工藝設計，采取適宜的生產技術和裝備，更好地提升原料利用率和成品率，從而滿足化工生產的相應需求。因此在進行實際生產之前，首先需要結合化工企業的生產目的、技術裝備條件和現有技術基礎，在原有工裝的基礎上做好生產工藝改進設計。在化工企業工藝設計的實踐過程中，為了讓化工生產過程能夠更加穩定、可靠，常用冷凝器的設計選用是非常關鍵的一項基礎性工作，只有確保冷凝器的合理選擇，才能為化工生產提供可靠的技術保障[1]。基于此，本文對化工設計中常用冷凝器的設計選用進行研究，有利于更好地對常用冷凝器進行合理控制，使之能更好地滿足實際生產的需求，從而全面提升冷凝器的應用價值，確保化工企業的健康發展。

1 常用冷凝器的相應研究

為了滿足實際生產要求，需要結合現實狀況，做好冷凝器的合理選擇。所以設計中首先要明確冷凝器的實際作用，避免選擇不合理的問題，從而全面提升冷凝器的應用價值，通過工藝設計達到質量提升，最終推動化工企業的快速發展。

1.1 概念

常用冷凝器是化工企業冷卻的基礎，使用冷凝器可以以制冷機的制冷原理為基礎，壓縮機的作用是將壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，促使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機吸入壓力較低的工質蒸汽，將壓力較高的蒸汽運送到冷凝器中[2]。在冷凝器內，通過節流閥作用，壓力較低的液體就會被送入到蒸發器當中被吸熱蒸發，使得液體成為壓力較低的蒸汽后，再被運送到蒸發器的入口處，從而實現制冷循環的全部過程。

1.2 蒸汽壓縮式的制冷原理

這種制冷方式也是一種常用的制冷方式。蒸汽壓縮制冷系統，主要包括制冷壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流閥幾個部分，它們是相互連通，互相配合的。通過這幾個部分的相互協同運作，就能實現制冷過程的不斷循環，并且還能夠實現熱量的合理交換，從而滿足化工生產的相應需求，全面提升化工生產的效率和質量。

1.3 制冷系統的工作原理

為滿足制冷系統的工作需要，需要結合現場情況，對制冷系統的工作原理進行研究，確保實際工作中，能夠滿足制冷系統正常運行的相應需求，降低各類影響因素給制冷系統帶來的干擾。液體制冷劑在蒸發器中吸收被冷卻物體的熱量后，氣化成為溫度相對較低的蒸汽，被壓縮機吸入之后再被加工成為高壓高溫的蒸汽，這部分蒸汽進入到冷凝器當中，在冷凝器的工作下，會變為高壓液體，再經過節流閥的作用，使之成為低溫的制冷劑。然后再將其運送到蒸發器當中，從而實現循環使用，滿足一個制冷循環的相應需求。在這一個循環工藝的設計中，一定要結合生產實際情況和真實信息，做好相應內容的控制，旨在滿足實際工作的相應需求，從而提升冷凝器的應用價值。

2 存在的一些問題及處理方法

針對冷凝器的設計選型，要想滿足實際生產需求，就需要針對冷凝器做好深入的研究，從而能夠合理設計選擇冷凝器，以降低影響因素給冷凝器選擇帶來的干擾影響。單組分的冷凝，雖然不具備化學變化的相應特征，但還是會因為氣相分率的明顯變化，使得介質在冷凝器中出現氣液兩種形態的較大變化，因此不能簡單按照進出口溫度值直接進行計算，這樣所獲得的傳熱平均溫度的結果是不準確的，是無法描述真實情況的，所以需要結合實際情況來合理的對相應內容進行控制。隨著冷凝過程的進行，氣相關系曲線和溫度、汽化率關系曲線，它們之間具備一定的非線性特點，這就更加不能按照出口溫度值對傳熱平均溫度來進行計算。所以結合上述內容，分別對冷凝管、過冷段和過熱段幾個部分采取不同的計算方法，確保傳熱平均溫度計算的合理性，從而確保冷凝器選擇的合理性，使之更符合實際應用的需求，保證化工設計的良好效果，確保生產安全、穩定。

2.1 冷凝段

冷凝段，可以將冷凝過程分割為若干個小段。在計算時，需要先對每一個小部分進行計算，對其相應的溫度分段點和氣相分率進行計算，再由平衡關系對冷流體各點溫度進行分析。能夠得到各小段的傳熱平均溫差，再以這部分計算結果為基礎，進行加權平均的計算，通過以上步驟來對傳熱平均溫度進行合理計算，可以滿足化工設計的相應需求。

2.2 過冷段

對于過冷段的傳熱計算，在一般情況下，只對管程進行計算即可。實際計算中，由于殼程屬于過冷，所以在實際控制中，主要是以操作控制來實現的。當設計選用傳熱面積留有較大余量時，在操作中就可以使用冷凝液段，或是過冷段。通常情況下是很難保證過冷段的傳熱系數，因此當過冷段的熱量所占比例相對較大時，就實現一臺后冷器的設置。對于管內全凝過程，過冷段能以單純液體顯熱傳熱過程為基礎，展開相應計算。對那些不含凝氣蒸汽的冷凝過程，如果有過冷段的存在，就需要按照冷凝兩相流動傳熱的方式，展開相應研究，當凝氣的重量相對較小時，所占比例也會相對較低，因此體積分率則可能相對較大，所以此時可以按照兩相流體傳熱過程展開相應計算。

對于同時存在冷凝段和過冷段的情況，在計算時就需要將過冷段單獨作為一部分，展開相應計算，并和冷凝段的計算分開，這樣更能降低影響因素給計算帶來的干擾，保證計算過程的合理性和計算結果的有效性，確保冷凝器的選擇更加合理。

2.3 過熱段

結合冷凝器工作原理的基本情況，可以看出在冷凝器的工作過程中，過熱階段是十分重要的，當幾股氣相混合后展開相應的冷凝作業時，會因為壓力的降低，使得冷凝器的進口狀態成為過熱狀態，而熱量值直接進入冷凝段。因此在計算時一定要考慮進口溫度的合理性選擇，一般可以選擇露點溫度。當過熱段的熱量占比例較大時，需要單獨進行過熱段的傳熱計算，可以先分別按照濕壁和干壁進行思考，確保管壁溫度低于冷凝介質露點溫度這一假設。再將過熱段作用氣體傳遞過來的傳遞過程進行處理和分析，在進行傳熱溫差的計算時，需要注意濕壁機理冷凝介質的溫度受到露點溫度的影響。為了滿足實際工作的相應需求，要對過熱段氣相溫度進行合理選擇，一般可以選擇實際的過熱段的氣相溫度，所以，可以按照如式（1）進行計算。

qW：濕壁，qd：干壁機理計算的熱量，KW、ΔTW：按濕壁機理計算的過熱段傳熱系數和傳熱溫差；Kd、ΔTd：按干壁機理計算的過熱段傳熱系數和傳熱溫差。

按上述公式對傳熱平均溫度進行計算，就可實現對冷凝器的合理選擇，確保冷凝器在服務中能夠保持相應作用，滿足實際工作的相應需求，降低冷凝器選擇不合理所帶來的影響，全面發揮冷凝器的服務作用。

3 常用冷凝器的設計選用

3.1 冷凝器類型研究

為了保證冷凝器的合理性，設計時必須要結合冷凝器的基本情況進行合理選擇，確保冷凝器在系統中能夠發揮較好的價值，從而保證化工設計的效果，為化工企業后續穩定生產奠定基礎，全面推動化工企業的健康發展。

3.1.1 套管式冷凝器

這種冷凝器同樣是一種常見的冷凝器，在實際應用中，也具有較好的應用價值，能滿足實際應用的相應需求，降低影響因素帶來的干擾。實際工作中，制冷劑的蒸汽會從上方進入到外管間的空腔之中，實現冷凝的相應工作。液體在管外、底部依次流下，直至達到貯液器中，從而滿足實際應用的相應需求。冷卻水會從冷凝器的下方流出，它與制冷劑之間，會呈現逆流的方式。套管式冷凝器有2種不同類型的管子組成，主要適用于小型氟利昂空調機組中，一般用于制冷量小于25kW的制冷裝置中。

3.1.2 蒸汽冷凝器

在化工設計實踐中，蒸汽冷凝器也是一種常被利用的冷凝器。在實際應用中，可以用于蒸發器末效二次蒸汽的冷凝，而且能夠實現末效蒸發器的真空度。

（1）噴淋式冷凝器。這種冷凝是蒸汽冷凝器中比較常見的一種，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽會從側面的入口處進入，蒸汽和冷水充分接觸后，蒸汽就會實現冷凝，從而變化為液體，再從下部流出，同時不凝氣體也可被帶出，從而滿足蒸汽冷凝器的工作要求。

（2）充填式冷凝器。這種冷凝器，同樣是蒸汽冷凝器中的一種常見類型。實際應用中，蒸汽會從側管進入，并與上一面盆下的冷水接觸，實現冷凝的作用。同時，被充填的瓷環材料被淋濕后，就會導致冷水和蒸汽的接觸面積進一步增加，蒸汽冷凝成水后，會從下部管路中流出，而這時存在的不凝氣體也會被真空泵抽出，從而保證冷凝器中的真空度。充填式冷凝器在實踐運用中具有很好的效果，能夠滿足化工企業的生產規范標準和穩定運行需求。

（3）淋水或篩板式冷凝器。在實際設計中，為了更好地滿足冷凝效果，可以采用這種冷凝器，目的是增加冷水和蒸汽的接觸面積，這種設計方式可以在實際應用中實現混合冷凝，不僅能夠保證冷凝器的基本功能和作用，而且還具有的結構簡單、傳熱效率相對較高等優勢，不僅可以有效提高冷凝的效果，而且還能降低腐蝕問題的發生概率，使得冷凝器的實際應用價值在化工設計中得到全面提升，適用范圍更廣。

3.1.3 鍋爐用冷凝器

這類冷凝器就是鍋爐使用的冷凝器，這種冷凝器通常也被稱之為煙氣冷凝器。在實際應用中，這類冷凝器具有較好的節能效果，不僅可以提升鍋爐的熱效率，還能滿足國家節能減排的相關要求，能為應用場所節約一定的運行成本，且具有很大的推廣運用前景。

3.2 二次蒸汽冷凝器的設計

蒸汽冷凝器是化工設計中的關鍵部分，在生產實踐中有著廣泛的應用范圍。因此，在化工設計過程中，可以結合實際需求情況，對蒸汽冷凝器進行更加充分的合理利用，全面提升冷凝器的服務能力，降低影響因素給冷凝器帶來的干擾，更好地滿足化工生產的相應要求。結合實踐應用需求，在化工設計中選擇蒸汽冷凝器時，為了滿足蒸汽冷凝器的使用需求，可以對二次蒸汽冷凝器進行合理應用。在實際使用中，需要對二次蒸汽冷凝器進行設計，確保二次蒸汽冷凝器滿足實際要求，保證生產運行的穩定可靠。

（1）在對化工蒸發設備加熱時，就可以利用二次蒸汽冷凝器，其中換熱器是實現傳熱過程的基本設備，而且也是比較典型的傳熱設備，在化工領域具有較好的利用價值，能夠有效提升蒸汽冷凝器的利用價值，從而滿足工業設計發展情況，提高工業設計的質量，使得工業設計能夠滿足相應實際工作的需求。為了滿足相關工作的需求，要結合化工設計的實際情況，合理展開二次蒸汽冷凝器的設計工作，確保二次蒸汽冷凝器在使用中可以滿足實際應用的相應要求。

（2）為了進一步對二次蒸汽冷凝器進行利用，需要對具體的工藝流程和結構進行研究，確保實際工作中，流程和結構都能滿足現場情況。具體的流程中，飽和水蒸氣從化熱器殼程上方進入，冷凝水則從由殼程下方排出。而冷卻水也需要進入其中，冷卻水則由下方的入口處進入，再從上方排出，這樣一來，就能滿足二次蒸汽冷凝器設計要求。具體工作中，流體所走的管程，會明顯增加冷卻水和蒸汽的接觸面積，從而有效提高蒸汽的冷卻效果，滿足冷凝應用要求。當溫差較大時，需要在殼體上增加一個膨脹節的焊接，可以更好地應對彈性變形，避免膨脹程度過大形成破壞，確保冷凝器的功能和作用，降低安全隱患的發生概率，全面提升冷凝器的服務能力。

（3）結合上述的基本情況，進一步對二次蒸汽冷凝器的結構進行研究，明確結構的基本情況，有助于二次蒸汽冷凝器的合理利用。殼體和鋼板選擇焊接的方式進行連接，確保它們之間能夠合理配合，從而降低影響因素給冷凝器帶來的干擾。管式的換熱器具有便于制造、成本低廉、換熱效果好及表面清洗容易，甚至還有較好的適應性等特點，因此非常符合化工設計的相關標準要求，不會給化工設計帶來負面作用，且可以全面提升冷凝器的服務能力，降低隱患帶來的不利影響，從而全面發揮冷凝器的功能和作用，使得化工生產的相關工序得到冷凝器的合理支持。

（4）方案的確定。為了滿足冷凝器的設計選用需求，需要對蒸汽冷凝器進行合理控制，確保二次蒸汽冷凝器的選擇能夠滿足需求，從而提高冷凝器的應用價值，保證冷凝器在化工設計中的應用是合理的，使其應用價值得到體現，滿足工業生產的相應規范。

4 結束語

結合化工設計的基本情況，對化工設計中的冷凝器設計選用進行研究，并對冷凝器設計中的問題及處理方法進行探討，旨在滿足冷凝器的使用標準，全面提升冷凝器的應用價值，降低各類因素給冷凝器帶來的負面作用，確保冷凝器可以更好地在化工領域發揮相應的作用，全面提升冷凝器的服務能力。選取二次蒸汽冷凝器，并通過合理的設計應用，旨在更大地發揮出二次蒸汽冷凝器在實際應用中的作用和價值，最終推動化工設計質量的全面提升，提高冷凝器的服務效果，推動化工企業的健康發展。