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关于蒸发式冷凝器的设计与维护的两点建议黎志敏曾亦兵（杭州龙山化工有限公司杭州310053）罗德亮（武汉工程大学制冷教研室武汉430073）摘要：蒸发式冷凝器作为制冷、冶金和化工等行业新型的热交换设备之一，有着广泛的应用，具有节水、节能、结构紧凑等优点。但依然存在一定的局限性和缺点，本文作者在实践的基础上分析了设计与维护两方面的问题，并提出了建议。关键词：蒸发式冷凝器盘管换热效率结垢总功耗（水泵、风机）也显著降低。1.1.4运行稳定。依靠蒸发潜热来换热冷却，冷却水的水量及水温的改变对冷凝效果影响较小，运行工况比较稳定。1.2目前主要存在的两个问题蒸发式冷凝器作为一种新型高效节能换热设备，依然存在一定的局限性和缺点。本文将对其在实际生产运行中，设计与维护两方面出现的具有代表性的两个问题进行分析，以提高盘管换热效率和解决其结垢的问题。1、引言冷凝器作为制冷、冶金和化工等行业的主要热交换设备之一，应用的十分普及。常用的冷凝器按其冷却介质和冷却方式一般可分为三种类型：水冷式(又分为壳管式、套管式、沉浸式)、空气冷却式、蒸发式。而蒸发式冷凝器作为一种新型节能省耗换热设备近年来更是得到了巨大的发展和广泛的应用。1.1主要技术性能优点1.1.1蒸发式冷凝器集传统管壳式冷凝器、冷却塔、循环水池、水泵等于一体，大大简化了冷却工艺流程，结构紧凑，占地面积较少，且安装方便，日常维修工作量小。1.1.2耗水量小。蒸发式冷凝以水和空气的混合物作为冷却介质。其中，气态制冷剂冷凝过程所释放的凝结潜热主要依靠冷却水的蒸发带走。而一般1kg冷却水能带走16.75～25.12kg热量，而1kg水在常压下能带走约2428kg热量，因而蒸发式冷凝器理论耗水量仅为一般水冷式冷凝器的1%。考虑到飞溅损失、排污换水等因素，实际耗水量约为水冷式的5～10%。1.1.3节省电能。冷凝温度要比风冷式或水冷式冷凝器低，因而采用蒸发式冷凝器将使压缩机的输入功率减少（冷凝温度每升高1℃，单位制冷量的耗电量将增加3.0～3.5%）。此外，冷凝器的2、冷凝盘管的优化改进方案目前，在蒸发式冷却器中，对于盘管的膜状冷凝的讨论多限于外表面。在外表面，蒸汽和凝液的流动还没受到某种流动尺寸的限制。水平管内蒸汽冷凝现象在制冷、空调系统等化工领域十分普遍，因而，对其研究具有相对重要的实际价值。但是这种现象非常复杂，不易用简单的分析方法来处理。在受迫对流的水平管内冷凝系统中，蒸汽流量对换热效率有强烈影响，而蒸汽流量又受到蒸汽在管壁凝聚速率的影响。因此,下文从蒸汽流动形式的角度出发,在给出一些学者论证得到的结论的同时，提出高效冷凝盘管两个方面的优化方案。2.1管系布置方案在低凝结率下或在短管内，蒸汽流速较低，－20－图1蒸发盘管50图2波节管盘管化工装备技术应用与发展凝液分层流动。具体来说就是在水平管的上部形成冷凝液体，沿局围管壁流到低层，并在低层形成明渠型流动。Chato研究了管子与水平方向成倾斜角所产生的影响，发现在管子与水平方向的倾斜角为10°～20°情况下，冷凝传热膜系数最多能增加10～20%,他所提出的分析结果与实验数据符合得很好。本文作者根据Chato的结论，在盘管的整体布局上，提出如图1的倾斜管的布置设计。在图1中，环绕管壁的液膜层在沿轴向的重力分力作用下更容易汇聚成明渠。塞状流时出现，热电偶示值表明分层进入管道的蒸汽在管道的末端完全冷凝并以液柱形式排出。为了在提高冷凝换热效率的同时，使得以上两种不稳定态流型趋于稳定的流型（即让制冷剂迅速从气相转变成液相），国内许多蒸发式冷凝器生产厂家作出了相应的改进措施，下面给出两个具有代表性的厂家设计的盘管方案。2.2.1石家庄天人化工设备集团有限公司的TRZL系列蒸发式冷凝器采用了不锈钢波节管式的冷凝盘管，见图2。波节管对提高换热效率及抑止污垢的产生等方面有显著的作用，它也拥有本文第一部分提到的众多优点[7]。该技术存在的问题是：2.2.1.1波节管在用于管程有相变的冷凝器时，波节管换热器易产生气锤和液击现象[5]；2.2.1.2波节管周期性的波峰波节结构，就是典型的赫姆赫兹管结构（一种声学结构），在蒸汽冷凝的过程中，由于气相流体的压力和流速变化很大，会产生大的振动[8]。这样,汽锤、液击和振动就会降低管件之间的密封效果和盘管的寿命。而且水平光壁管在管内壁容易出现环绕管壁的液膜，从而降低传热系数。2.2.2烟台正太集团有限公司专利号为ZL02—2-22284.7的蒸发式冷凝器的盘管采用图3的套管管结构。该结构新颖独特，克服了TRZL蒸发式冷凝器盘管相应的液膜环绕等问题。该盘管的特点是[6]：2.2.2.1采用双高效三维内外微肋双重换热套2.2单管结构方案当凝结率较大或管子较长时，流动工况变为带有蒸汽核心的环状流，在更高的蒸汽速度下，蒸汽核心还包含有小液滴