蒸发真空系统改造方案

张世民（陕西红星化工有限责任公司 陕西 渭南 714000）

一、改造背景

陕西省化工总厂2万吨/年烧碱系统是由原1万吨/年逐步扩建而来：首先将二、三效蒸发器由自然循环改成强制循环，随后一、二效蒸发器的加热面积也由120m2扩大到180m2。虽然蒸发器的能力在不断增加，但三效的真空系统一直没有改造，造成真空喷射器循环水进水温度达40℃，出水温度更是高达53℃，真空度由当初的650-670mmHg柱下降到500-530mmHg柱，蒸发系统的温度整体上升，对设备的腐蚀增加,检修频繁。蒸发生产能力达不到要求，形成氯碱系统生产的瓶颈，因此，真空系统的改造迫在眉睫。

但氯碱市场低迷，企业资金紧张，只能寻找一种经济可行的改造方法。

我厂蒸发真空系统的实际状况如下:（表1)

冷却塔为水喷射驱动风机雾化式冷却塔,原来装了16组，因热水泵压力过低运行效果差,卸掉了4组，所以现在还空4个位置。

二、改造思路、目标及可行性分析

从上面的情况可以看出，热水泵型号是10SH-13A，换个叶轮，就变为10SH-13，流量、扬程必将大幅度提高；冷却塔增加4组，再加上热水泵流量、扬程的增加，能力提高45%是完全可能的；凉水泵因为原设计选用压力本来就高，流量增大后，压力的降低不会影响真空系统的正常运行；最后,再在真空喷射器上下点功夫就完全有可能用很小的投资使真空系统的能力提高45%左右，这就是我们改造的目标。

三、改造方案

首先分析热水泵，换叶轮后流量提高45%即流量达到418m3/h，依据表2泵性能表，利用插值法可以估算出：此时实际扬程为25.3*92%=23.3m，轴功率约为36KW，由于我厂当初安装泵时配的电机就是45KW，因此，对热水泵的改造，仅仅换个叶轮就可以满足需要了。

其次分析凉水泵，流量提高45%，即流量达到398m3/h，同样依据表2泵性能表，利用插值法可以估算出：此时扬程约为57.6*92%=53m，该扬程完全满足真空喷射器对水压的要求，显然我厂现有凉水泵不用进行任何改造。

再看冷却塔,水喷射驱动风机雾化式冷却塔虽说0.08MPa的进水压力就能运行，但效果还是比较差的。随着进水压力的提高，冷却效果越来越好，冷却水量也自动增加，根据长期的运行经验来看，如能将进水压力控制在1.3—1.5Mpa是比较合适的。

考虑到现在泵的底阀常常回不了位（卡住），我们计划加高水池沿壁，使水面高于泵进口，这样就可以去掉底阀，也降低了管道系统的阻力。改造前水池液面与喷雾口高度差7.5m，改造后水池水面升高，水池液面与喷雾口高度差降为6.5m。

根据现场的实际情况,参考 《建筑给排水设计规范》GB50015-2003，计算出改造前热水泵进出口管线(dn250)折合阻力约为2.9m，凉水泵进出口管线(dn250)折合阻力约为5.6m；改造后热水泵进出口管线折合阻力为4.5m，凉水泵进出口管线折合阻力为8.2m。

工艺流程图见图1

对于水喷射驱动风机雾化式冷却塔来说，由于改造前后水压相差不大，冷却水量可按Q≈K*h0.5来估算。 h为进塔水压(m水柱)（根据厂家所给塔的性能表，喷嘴处压力15m水柱时冷却水量30 m3/h，这里按28 m3/h计算）

冷却塔的k≈Q/h0.5=28/150.5=28/3.87=7.24

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-泵进出口液位差=21.4-2.9-7.5=11.0m，故：改造前单台冷却塔能力：

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Qq1=K*h0.5=7.24*11.00.5=7.24*3.32=24.0m3/hr。

改造后喷嘴处水压=23.9-4.5-6.5=12.9m，

改造后单台冷却塔能力：

Qh1=K*h0.5=7.24*12.90.5=7.24*3.59=26.0m3/hr。

所以，改造前热水泵冷却塔系统的能力为：24*12=288 m3/h

改造后热水泵与凉水塔系统的能力为：26*16=416 m3/h，实际能力提高了（416-288）/288=44.4%(与前面假设基本一致)。

再来分析凉水泵与水喷射真空泵：（现用水喷射真空器喷嘴面积共0.002769m2）

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-喷嘴处距凉水池液面高度差=59.8-5.6-14.5=39.7m水柱。此时真空度为550mmHg柱，折合7.48m水柱。

可以计算出改造前喷嘴处压差ΔH=39.7m+7.48m=47.18 m

喷嘴系数取0.92，则

V流速 = 0.92*(2*9.8*47.18)^0.5=27.98 m/s

Q流量 = 3600*0.002769*V =278.9 m3/h

要达到流量提高45%，即流量达到398m3/h,此时，凉水泵的扬程为（0.576 MPa*0.92）=0.53Mpa：

这时喷嘴处水压=53-8.2-14.5=30.2m，改造后真空度可以达到650mmHg柱，折合8.84m水柱，可以计算出喷嘴前后压差30.2m+8.84m=39.04m

V流速 = 0.92*(2*9.8*39.04)^0.5=25.45 m/s

要达到总流量为398 m3/h，则需要的喷嘴面积为：

S0=398/3600/25.45=0.004344m2

故需要增加的喷嘴面积ΔS=0.004344m2-0.002769m2=0.001575 m2

四、扁形喷嘴的布置方法

由于现有真空喷射器中无法再安装喷嘴，但现有真空喷射器已经满足对不凝性气体的抽气能力要求，所以，考虑在现有真空喷射器蒸汽进口前增加一直径φ800辅助喷水降温器，新增加的喷嘴安装在辅助喷水降温器内，由斜下方向上喷水，与设备顶碰撞后散开落下，用于对蒸汽冷凝降温，分担真空喷射器的冷凝负荷。

为防止堵塞，考虑将φ57*3.5钢管端部压扁，形成约5.5mm*60mm条形扁喷嘴。则需要该种扁喷嘴数n=0.001575/0.0055/0.06=5个，刚好满足要求。

这样，就用极小的投资，完成了蒸发系统的改造，可以说是事半功倍。

射流泵技术的理论及应用 --陆宏圻著 水利电力出版社1989

《建筑给排水设计规范》GB50015-2003，