常温循环水液氨汽化器在氨水制备工艺中的应用

蔡飞 张伟立

摘要：氨水制备工艺中往往采用蒸汽或电加热液氨汽化器进行液氨汽化，然后将氨气纯化处理后，通入水中溶解制备氨水。该工艺中最主要的能耗就是液氨汽化所需的电加热或蒸汽热源，约占总耗的80～90%。常温循环水液氨汽化器依靠制氨工艺中氨气溶解过程产生的大量溶解热进行液氨汽化，省去了由外部提供额外热源，而且大大降低氨气溶解过程所需的冷却循环水负荷。

关键词：常温循环水液氨汽化器；液氨汽化；氨气溶解热

一、氨气溶解热是否满足液氨汽化热的需求

經查阅相关资料确认，液氨汽化热与液氨温度和压力有关，温度越低，汽化热越大，压力越高，汽化热越大。目前中国北方地区使用液氨温度冬季最低约为-20℃，该温度下液氨汽化热为1333KJ/Kg，常温下氨气溶解热为2044 KJ/Kg，由此可以确定，氨气溶解热远远大于液氨汽化热，而氨气溶解热大部分热交换给循环水，由此可以确认循环水低温热能完全满足液氨汽化热能需求。

二、液氨减压汽化的必要性

将液氨压力减到0.2～0.25Mpa 之后汽化主要原因：通常热媒与需加热的介质温差越大，其换热效率越高。循环水回水温度为30～40℃，液氨压力越低时，沸点越低，在0.2～0.25Mpa 時，液氨沸点为-8.9～1.6℃。因此将液氨减压到0.2～0.25Mpa 时，既能满足氨水制备系统要求氨气工作压力为0.2～0.35Mpa要求，也能保证汽化效率更高。

三、循环水接入方式

汽化器接入方式至关重要，应选择循环水温度最高和温度较稳定的位置，一般选择在主水泵和封闭式冷却器之间，或者是主水箱与板式换热器之间。通过对氨气溶解过程中温度变化曲线分析，氨气溶解过程中，初期氨水升温速度较快，之后会缓慢降低，而液氨汽化需求热量基本是恒定，也就是其输出热量不均匀，循环水系统中的主水箱可很好的解决该问题（若循环水系统中无主水箱，需增加），主水箱储存的大量水起到蓄热和缩小系统温度变化的作用，实际应用中根据氨气溶解过程温度变化曲线、吸收槽循环水进出口温度及汽化量计算主水箱储水下限，以保证系统能稳定运行。

四、常温循环水液氨汽化器工作原理

通入汽化器液氨先进行减压处理，液氨调节阀将压力减至0.2～0.25Mpa，后进入汽化器汽化，液氨走管程，热水走壳程，管程中的液氨经过与壳程中的热水换热后汽化为氨气。经气液分离脱去雾滴后由气相出口总管输出。除液氨入口设置气动调节阀外，汽化器本体设置铂热电阻，热水入口设置气动切断阀，氨气气相出口设置压力变送器，铂热电阻，热水回水管路设置铂热电阻；同时汽化器上设置安全阀，本体上还设置现场压力温度显示仪表。

当出现筒体温度低限、出气压力高限和回水温度低限报警时，汽化器停止进液氨，换热管结冰和液氨进入缓冲罐。汽化器在设计时应考虑适当的换热裕量面积，保证系统合理有效的运行，并能在最大程度上避免参数波动给换热效率带来的影响。

五、经济性

常温循环水液氨汽化器不仅有效利用了循环水中的低值热能，而且降低了循环水的负荷，可谓一举两得。如仅考虑液氨汽化部分节省能耗，保守估算，与采用电加热液氨汽化器相比，常温循环水液氨汽化器汽化1吨液氨可节省电能约440度，与蒸汽式液氨汽化器相比经济性更加可观。常温循环水液氨汽化器与电加热液氨汽化器相比，换热器换热面积增加许多，设备体积较大，设备购置价格增加约50～100%，但其节能方面经济性非常可观，完全可弥补这方面的不足。