水浴式气化器设计技术改造

郭 勇，王 帅，李东彬，颜雄伟

（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南娄底 417000）

引言

湖南华菱涟源钢铁有限公司2#30 000 m3/h 制氧机组的QY-1 200/30 液氩立式水浴蒸汽气化器由于运行时间长，效率下降。该气化器通过蒸汽加热水换热使液氩气化，正常运行时，气化器上部温度达65 ℃，底部温度为25 ℃，温差较大。在冬季外部温度较低的情况下，已多次发生因气化器底部温度过低而结冰的异常情况，存在设备损坏风险。

1 气化器简介

气化器是一种工业和民用的节能设备，作用是把液态气体如液氧、液氮、液氩、液态二氧化碳等转化为气态气体。按换热交换介质主要分为水浴式气化器和空浴式气化器。水浴式气化器又分为电加热式水浴式气化器、蒸汽式水浴式气化器和循环热水水浴式气化器。其中电加热式水浴式气化器需要消耗较多能源，而循环热水式水浴式气化器则需要大量热水。蒸汽式水浴式气化器是通过蒸汽加热水浴式气化器中的水，再通过热水加热盘管中需要气化的液体，使之转化为气态的气体［1］，其优点是供气量充足，压力稳定。

2 问题分析

QY-1 200/30 气化器的蒸汽管道从顶部中心位置进入，为一根无缝钢管，从上部深入到气化器底部。从管道中部至下部每隔100 mm 左右在管道上均匀开4 个直径约为10 mm 的孔。随着管道使用年限的增加，管道及孔洞逐渐出现腐蚀。其中，中部位置的第一、二排管孔由于该处蒸汽压力高、流速快，管孔和管道腐蚀最为严重，管孔增大，管道严重腐蚀穿孔，大量蒸汽从中部位置进入水中，下部蒸汽变少，导致中、上部水温升高，下部水温下降。上部水加热汽化后，从顶部盖板溢出，同时冷凝水通过溢流管道中、下部腐蚀穿孔点漏出，存在水位异常降低的安全隐患。

3 优化改造方案

3.1 更换气化器内蒸汽管道分配器

拆除原碳钢材质的蒸汽管道，更换为不锈钢材质的蒸汽管道分配器，可有效降低管道腐蚀风险。

3.2 增加底部筒体外溢流装置

3.2.1 溢流方式改造

对原气化器顶部取样筒内布管溢流方式进行改造，在底部溢流排污管口焊接一根竖直管，引至气化器顶部溢流高度位置。在顶部溢流位置开设三通，三通上方管道为防止虹吸效应，采取对空方式，三通另一个管道垂直引至地面进行溢流，管道改造示意图见图1。在持续使用水浴式气化器时，不断通入的蒸汽与水换热后会出现冷凝，从而造成水浴腔内水量增加，这时就可以通过排污管及时将增多的冷凝水排放出去。

图1 管道改造示意图

3.2.2 优化水流及水温分布

优化气化器水流分布及水温分布，可以增强换热效能［2］。原气化器通过顶部溢流，各区温度自下向上逐步升高，而水流体方向与热量分布也自下向上流动变化。通过改变溢流口位置，可以对流体方向同步进行优化。当气化器水温达到气化低温液体所需温度时，可以暂停通入蒸汽，以减小热能浪费。当底部水温过低时，可通过排污口将低温水外排，并适当增补新水。当中部温度降低时，通过补充蒸汽进行加热，同时由底部小量溢流，可改善气化器温区，增强水浴腔内液体介质的流动性，使腔内液体介质的温度更均匀，从而减少外排液体介质造成的热量损失，提高热能利用率，减少热能浪费［3］。水浴式气化器上、下部温区均匀，既可以减少补水率，也可以防止在冬季水浴式气化器底部因温度过低而产生结冰的现象。

3.3 排污管道增加电磁阀控制

将原气化器顶部溢流方式改为底部排污管与筒体外溢流管并联后，在排污管增加自动控制电磁阀。该电磁阀可根据气化器下部温度自动进行控制，如底部温度<10 ℃时，设定自动排污，从而实现溢流和排污功能合二为一，降低操作人员劳动强度，提高排污操作效率。

4 结束语

通过对2#30 000 m3/h 制氧机组QY-1 200/30 液氩立式水浴蒸汽气化器现状分析，在管道、结构等方面采取了改进措施，使气化器运行更加稳定可靠、安全可控，同时减少了蒸汽消耗量，降低系统能耗，为企业降本增效提供了有效助力。