蒸发冷凝器的工作原理及其在合成氨冷冻系统中的应用

唐富强

摘 要：随着我国科学技术的发展，合成氨冷冻系统被不断的改造，其性能逐渐完善，渐渐实现了节能环保的目标。其中蒸发式冷凝器在合成氨冷冻系统改造工程中发挥着及其重要的作用，是实现合成氨冷冻系统高效节能的主要因素。文章在介绍蒸发式冷凝器工作原理的基础上，探讨其在合成氨冷冻系统中的应用。

关键词：蒸发式冷凝器；工作原理；合成氨；冷冻系统；应用

中图分类号：TQ113.25 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0058-02

许多氮肥生产企业一样，笔者所在公司合成氨的冷冻系统装置中，以前的装置都是采用立或卧式水冷凝器。随着合成氨生产装置的不断改造，生产能力不断扩大，冷冻系统在有些时段，特别是夏季，装置一直处于高负荷甚至超负荷运行中，冰机的运行电流会上涨甚至超电流，这样不仅会增加电能的消耗，而且可能造成冰机经常跳车，给生产的稳定运行带来很大的影响。采用蒸发式冷凝器，不仅实现了冷冻系统的高效，节约电能，而且确保生产的运行的稳定及安全。在合成氨冷冻系统中应用蒸发式冷凝器，首先就需要了解其工作原理，并了解其技术特性。

1 蒸发式冷凝器的工作原理

蒸发式冷凝器的工作其实是一个热量交换的过程，在冷凝器盘管中有大量的高温的气氨，而蒸发式冷凝器就是通过水以及外界的空气与其发生热量交换，达到制冷的效果。其中在冷凝的过程中会放出大量的热量，这些热量正通过水的蒸发过程带走。

其具体的制冷过程可以分为以下几个步骤：

①形成水膜的过程。首先冰机压缩排出的气体氨会从上面进入到冷凝盘管中，盘管中的冷凝水通过水泵会达到上部的喷水装置中，通过喷嘴就可以将冷凝水喷射到冷凝盘管的表面，但是喷射过程一定要保持均匀，这样就会在冷凝盘管的表面形成一层水膜。

②热交换过程。在这个过程中，由于盘管内外的物质温度不一样，气氨处于高温状态，而冷凝水以及空气温度较低，所以两者之间会发生热量交换。交换后的气氨会逐渐的变成液态氨，而盘管外的水由于吸收了大量的热，其中一部分会形成水蒸气。

③当水蒸气经过收水器过程中，大量的水分会被吸收，而那些剩余的空气会被排到设备外。

④强化热交换过程。这个过程中，空气通过轴流风机的加速，以大约5～7 m/s的速度通过冷凝水以及盘管中，这样就会在冷凝盘管中形成负压，就会加强盘管上部喷射水的蒸发，从而强化了热量交换的效果。

⑤在上诉过程中，没有被蒸发的水下落过程中会被空气所冷却，这些水会均匀的落到水箱中，水箱中有自动的循环系统，通过水阀门自动的补充水，使水位保持在一定的水平，这样就能保证整个系统正常的运行。

2 合成氨冷冻系统中蒸发式冷凝器的应用

对于合成氨冷冻系统中应用蒸发式冷凝器方面，由于冷凝器的种类、型号很多，所以一定要根据实际的需求情况选择。

另外，在系统中其他的组件选择方面，也要根据实际情况，并结合蒸发式冷凝器的选择配套的组件，包括轴流风机、冷凝盘管、循环水泵、分水装置等，除了保证其能起到良好的效果外，还应该保证其质量以及耐用程度。

在安装以及使用过程中，常常会到一些问题，影响系统的正常运行，对企业造成一定的损失。在安装过程中，主要问题包括气流通道不通畅、造成短路以及管路配置不当等，这些问题都会影响到蒸发式冷凝器的工作，使其达不到应用的制冷效果。针对这些情况，需要在安装的过程中做到以下几点：

①设备的放置地点要选择没有热空气进入的地方，并且要保证设备的进风口与阻碍物的距离达到1.5 m以上，还应该保证出风口比建筑物高1 m以上。

②如果是单台蒸发式冷凝器，则需要在其垂直的管段相应位置安装一个检修阀，并在排液管上设置安全阀以及放空阀，保证检修阀的安装要距离水平管300 mm。

③如果是多个冷凝器，则需要在每一个盘管排液垂直管上设置一个存液弯，这样可以起到平衡液压的效果。在系统使用的过程中，由于冷凝盘管中有一些不凝性气体的存在，会增高冰机的出口压力，会导致电流升高，影响系统安全运行，并且增加了对电力的消耗，不利于节能。

另外，如果长时间的使用冷凝水，并没有及时的处理，就会在设备中形成一些泥浆、结垢、腐蚀等现象，这样会影响到设备的使用寿命。针对这些问题，需要在使用的过程中注意以下几点：

①在保证设备安全运行的前提下，定期利用放空阀将设备中的不凝性气体进行排出，另外要查明这些气体的来源，有針对性的进行解决。

②在设备使用过程中，定期的对设备进行除尘、清洁、保养工作，一般都是用脱盐水除垢，也可以根据实际的情况，利用新技术，如电子除垢技术。另外，如果有必要，可以用复杂的生物水进行系统的处理。

3 在合成氨冷冻系统中应用蒸汽式冷凝器的优点

蒸发式冷凝器与传统的冷凝器相比，它在节能环保、稳定性、技术以及安装与维修等方面具有很大的优势。所以目前蒸汽式冷凝器在合成氨冷冻系统中应用广泛，下面就从节能、高效、运行经济、环保等几个方面对其优点进行分析。

在节能高效方面，蒸发式冷凝器利用先进的导管技术，对设备中的水进行合理分配、循环利用，保证了冷却水与冷凝盘管的有效接触。这样不仅节约了大量的水资源，还避免了盘管壁结垢、管壁渗水等弊端，很大程度上提升了冷凝器的换热效率。

一般来说，蒸汽式冷凝器中的盘管都是利用高效的导热材料，是经过高温对其整体进行锌浸泡，这大大的增强了冷凝盘管的防腐性能。

另外，设备的水箱面板都是利用一定厚度的热浸锌板，在其安装过程中，对于焊接处以及关键处都用富锌漆进行均匀涂抹，另外水箱的相关构件，如螺丝、自攻螺钉等都在使用前用热锌水进行了处理，这样做能使设备的整体性能增强，很大程度上提升了设备的耐用性，延长了其使用寿命。

利用蒸发式冷凝器在安装以及维修方面也十分的简单，这主要是由于冷凝器的结构。蒸发式冷凝器将水箱、水泵、冷却塔以及盘管等有机的融合为一个整体，在安装过程中，采用上下箱组装的方式即可。由于其结构紧凑，所以设备的占地面积小，所以在安装以及维修过程中不需要过多的人力，这样就可以节约大量的劳动力，从而节约设备的维修费用。

利用蒸发式冷凝器，可以实现高效运行，并且在运行过程中对电力的消耗较少。另外，由于其对冷凝水的消耗少，功率低，所以運行过程中不会产生太大的噪声，并且对外界的污染也很低。

4 蒸发冷凝器在安装及使用中的相关问题分析

4.1 蒸发冷凝器在安装过程中的问题

在安装过程中，发现存在气流不畅通现象，对设备的换热有很大的影响。对于这一问题，应该将设备放在没有热空气进入的位置，并将进风口1.5 m的障碍物清理，保证风量能够顺利的从进风口进入。在安装过程中，有时也会遇到管路配置不当的问题，对设备的制冷效果有较大的影响。如果是单台冷凝器，冰机排气管最高点装有放气阀，并在垂直的管路上设置检修阀，在冷凝器排液管水平方向上设置检修阀、放空阀以及安全阀，并且2.1%坡度倾向贮液器，在垂直管段上装有检修阀且安装于至少在水平管段以下300 mm处；在贮液槽上需安装放气接头和安全阀。对于多台冷凝器系统，必须在每根盘管出口出来的排液管道的垂直管段上设有1个存液弯来平衡盘管出口的压力差；从贮液槽到冰机排气管设有1根平衡管，以保证冷凝器中的液体可自由排入贮液槽。

4.2 冷凝器在使用过程中存在的问题

①在使用过程中，不凝性气体的存在会使冰机出口的压力不断升高，如果这些不凝性气体越来越多，就会使得冷凝压力逐渐升高，从而影响冷凝器的制冷效果和造成电消耗增加。对于这类问题，需要严格遵循冷凝器的使用规则，并定期排放设备中的不凝性气体。在排放惰气时，通常在系统高点放空或在液氨贮槽放空，同时要查明不凝性惰气的来源。合成氨冷冻系统中的不凝性气主要为氢氮气，来源于系统补加液氨时氨中夹带气，或系统串气，以及氨冷器泄漏等，需针对实际问题进行处理。

②冷凝器使用时间过长，就会有腐蚀、泥浆、结垢等现象，对设备的传热效率造成影响，并且会降低设备的使用寿命。对于这类问题，可考虑补充水，使用脱盐水，定期对相关部位进行清洗，比如用水枪清除结垢、结尘和淤泥。另外，还可以通过简单的连续排污和复杂的生物水处理系统进行处理。运行时系统中的水可适当补加防腐阻垢剂防腐，如果出现局部腐蚀或保护层被损坏了的要及时进行防腐。总之，运行中要常分析观察水质情况和设备运行状况。

5 结 语

随着我国科技的发展，冷凝器不断改进，蒸发式冷凝器也逐渐被广泛的应用与合成氨冷冻系统中，由于这种冷凝器具有高效、节能、结构紧凑等特点，所以利用这种冷凝器进行合成氨冷能系统，实现了节能环保，并且能增加氨的产量，在运行的过程中，还提高了系统的安全性能，给企业带来了更大的经济效益。从实际使用情况可以看出，蒸发式冷凝器确实是高效节能的环保设备，同时还具有稳定可靠的性能及节水、节电、环保、增产、结构紧凑和占地面积小等优点，为装置长周期满负荷安全稳定运行打下了坚实的基础。

参考文献：

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