蔣旭，江楚標(biāo)

（中空能源設(shè)備有限公司，浙江杭州310052）

制氧

節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的研發(fā)

蔣旭，江楚標(biāo)

（中空能源設(shè)備有限公司，浙江杭州310052）

介紹了殘液噴射蒸發(fā)器的工作原理及當(dāng)前應(yīng)用的幾種形式，詳盡闡述了節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及工作原理，研發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵所在，同時(shí)與其他形式對(duì)比，說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)及研發(fā)的意義。隨著空分設(shè)備的大型化發(fā)展，開(kāi)發(fā)節(jié)能型噴射蒸發(fā)器對(duì)于裝置有較大意義。

節(jié)能型；噴射蒸發(fā)器；研發(fā)

1 前言

噴射蒸發(fā)器是空分設(shè)備中的重要裝備之一，在空分裝置試運(yùn)行時(shí)，需要有初次含雜質(zhì)排放以及大量不合格液態(tài)產(chǎn)品排放；空分裝置在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品純度不合格或者受到污染時(shí)，需要將不合格氣液態(tài)產(chǎn)品排放；當(dāng)裝置停車時(shí)，需要將裝置上塔、主冷、下塔及管道內(nèi)的低溫液體排放，以使得裝置處于安全狀態(tài)。

這些低溫液體皆是處于深冷狀態(tài)，一般均在-180℃左右，如果直接外排，則會(huì)對(duì)裝置基礎(chǔ)及人員造成危害，將會(huì)使得水泥強(qiáng)度急劇降低，性能變差；人員若是接觸低溫液體會(huì)造成低溫?fù)p傷，表面脫皮甚至更嚴(yán)重的后果。因此對(duì)于一套空分裝置來(lái)說(shuō)，低溫液體的安全排放至關(guān)重要，均需要配置各種殘液噴射蒸發(fā)器。

2 當(dāng)前應(yīng)用的四種殘液噴射蒸發(fā)器

一般來(lái)說(shuō)有蒸汽噴射蒸發(fā)器、空氣（壓縮機(jī)后，機(jī)組停車后無(wú)法用，大修時(shí)可以用）噴射蒸發(fā)器、殘液貯槽及配套鼓風(fēng)機(jī)式殘液蒸發(fā)器等四種。

蒸汽噴射蒸發(fā)器一般是以壓力為0.5 MPaG左右過(guò)熱或者飽和蒸汽作為熱源，蒸汽在噴射時(shí)會(huì)引流少量空氣，但是熱源仍以蒸汽為主，低溫液體以一定流速噴灑入蒸汽流后，迅速吸熱蒸發(fā)，體積膨脹流速增大，以較高速度流出。一般為了防止低溫液體將蒸汽冷卻至固態(tài)結(jié)冰，所以蒸汽的流量較大，由于流速較大，其噪音一般在120 dB左右，對(duì)工作人員的健康影響較大。蒸汽噴射蒸發(fā)器一般要具備蒸汽源，較為穩(wěn)定。

空氣噴射蒸發(fā)器一般以原料空氣壓縮機(jī)末級(jí)出口空氣為熱源，壓力為0.5 MPaG左右，溫度在100℃左右的熱空氣進(jìn)入噴嘴，由于空氣的飽和度低，所以出現(xiàn)液態(tài)水低溫凍結(jié)的時(shí)量要小很多，同時(shí)允許運(yùn)行的最低溫度要低一些。但是空氣非相變換熱熱值低，汽化時(shí)需要大量空氣，在上述壓力和溫度的條件下，熱空氣的焓值為489.4 kJ/kg，相同壓力和溫度下的蒸汽的焓值為2674.5 kJ/kg，蒸汽要高達(dá)5倍；若以蒸發(fā)1 m3/h的低溫液空為例，所需原料壓縮機(jī)末級(jí)空氣量為3.5 m3/h，這樣一般裝置的排放液體短時(shí)需要成倍的空氣量，成本較大，同時(shí)噪音要比蒸汽噴射蒸發(fā)器要大很多。

殘液貯槽是利用低溫液體容器與自然環(huán)境的溫差，進(jìn)行緩慢蒸發(fā)。采用此種自然蒸發(fā)的方式其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省能耗，缺點(diǎn)是時(shí)間較長(zhǎng)，且所需要的貯槽容積要求很大，占地面積也大，一般1萬(wàn)等級(jí)空分裝置至少需要500 m3的平底貯槽。當(dāng)然其不能間隔時(shí)間較短時(shí)使用，只能等貯槽內(nèi)液體量減小到一定程度后才能使用。

配套鼓風(fēng)機(jī)式殘液蒸發(fā)器其本質(zhì)是與原料氣壓縮機(jī)做熱源是相同的，但是以壓縮機(jī)后原料空氣作熱源，當(dāng)機(jī)組故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱源中斷，而配套鼓風(fēng)機(jī)式殘液蒸發(fā)器恰好彌補(bǔ)了其缺點(diǎn)，啟停不受限制，同時(shí)熱源不需要太高壓力，這樣可以節(jié)省部分能耗。配置鼓風(fēng)機(jī)式殘液噴射蒸發(fā)器其氣量可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，解決了來(lái)自空壓機(jī)后的原料空氣不太穩(wěn)定，氣量受限制（需要滿足入塔空氣量的要求）的難題，但是其對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的質(zhì)量要求較高，配套鼓風(fēng)機(jī)不僅應(yīng)當(dāng)滿足各項(xiàng)性能參數(shù)，還需要注意鼓風(fēng)機(jī)的低溫運(yùn)行情況、電機(jī)的保護(hù)等級(jí)及絕緣等級(jí)、潤(rùn)滑油脂性能（適用于富氧環(huán)境）、靜電的產(chǎn)生環(huán)境（三角皮帶傳動(dòng)時(shí)引起）和風(fēng)機(jī)葉輪葉片的強(qiáng)度、振動(dòng)等。因而投資上相對(duì)較大。

而上述四種類型的殘液蒸發(fā)器，殘液貯槽的投資較大，其余三種都需要比正常蒸發(fā)所需的氣量多50%甚至1倍的氣體去蒸發(fā)，才能保證低溫液體不會(huì)噴灑在底部的水泥基礎(chǔ)上，如果量較小，則會(huì)對(duì)水泥基礎(chǔ)產(chǎn)生損壞，嚴(yán)重影響了其強(qiáng)度及性能，一般選擇氣量時(shí)均有70%左右的余量。所以三種噴射式蒸發(fā)器均存在能耗較大，且不可避免存在低溫液體滴落在基礎(chǔ)地面上的危險(xiǎn)，這樣會(huì)產(chǎn)生不安全隱患。

3 節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的研發(fā)

節(jié)能型噴射蒸發(fā)器，即是采用對(duì)傳統(tǒng)的蒸汽（或者空氣）噴射蒸發(fā)器進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的噴射蒸發(fā)器蒸汽噴嘴處設(shè)置密封底板（材質(zhì)為不銹鋼），避免低溫液體滴灑直接落在水泥地面上，同時(shí)在不銹鋼底板上固定電加熱盤管，當(dāng)不銹鋼底板上的測(cè)溫點(diǎn)溫度降低超過(guò)某一值時(shí)，電加熱器啟動(dòng)加熱，將滴落在不銹鋼底板上的低溫液體及冰進(jìn)行加熱使之揮發(fā)，當(dāng)溫度高于某一值時(shí)，則電加熱器停止加熱，處于不運(yùn)行狀態(tài)。這樣既節(jié)能，又使得低溫液體的處理安全。

研發(fā)方案就是通過(guò)將傳統(tǒng)的蒸汽（空氣）噴射蒸發(fā)器進(jìn)行改進(jìn)，在其噴嘴處設(shè)置不銹鋼密封底板，同時(shí)在底板下面固定電加熱盤管，對(duì)其進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度低于一定值（可以設(shè)置）時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)溫度高于一定值時(shí)停止，這樣既防止低溫液體灑漏對(duì)水泥基礎(chǔ)造成損害，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)節(jié)能，使得少量蒸汽（或者空氣）即可滿足正常運(yùn)行，不需要消耗大量的富裕蒸汽（防止低溫液體或者冰灑落至地面，需要通過(guò)高速流帶走），同時(shí)噪音可降在90 dB以下。

節(jié)能型噴射蒸發(fā)器研制項(xiàng)目的主要研發(fā)內(nèi)容如下：研究節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)合理，保證性能；計(jì)算所需電加熱盤管的總長(zhǎng)度；完成不銹鋼底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并確定其抱箍數(shù)量及其在不銹鋼底板上的布置。

4 節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的工作原理

節(jié)能型噴射蒸發(fā)器組成結(jié)構(gòu)由筒體、支座支腿、液體噴嘴、蒸汽噴嘴、擴(kuò)速錐體、密封底板和電加熱盤管組成，見(jiàn)圖1，以下說(shuō)明各部件功能作用及其工作原理。

筒體起到控制流速的作用，流速太大噪音太大；流速太小會(huì)導(dǎo)致未汽化的低溫液體下落。

支座及支腿起到支撐的作用。

液體噴嘴起提高液體流速控制流量的作用，使其以一定量一定流速進(jìn)入被汽化，流速太低流量太大不易被蒸汽沖散，會(huì)在局部形成低溫區(qū)而導(dǎo)致下落。

蒸汽噴嘴起到提高流速的作用，高速蒸汽噴射出后沖擊低溫液體，既帶動(dòng)其上行，又傳導(dǎo)熱量使其汽化。

擴(kuò)速錐體起到降低噪音的作用，由于低溫液體被汽化后，其體積擴(kuò)大800倍左右，流速激增，不擴(kuò)速時(shí)會(huì)導(dǎo)致噪音過(guò)大。

密封底板起到防止低溫液體滴落在基礎(chǔ)地面的作用。

電加熱盤管起到加熱未被汽化且灑落在密封底板上的低溫液體的作用。

（1）低溫液體工作過(guò)程：低溫液體自冷箱內(nèi)排液管匯集至排放液體總管，通過(guò)V1閥控制其流量進(jìn)入節(jié)能型噴射蒸發(fā)器，在蒸汽量一定，且噪音已經(jīng)達(dá)到所承受限制時(shí)，若所測(cè)筒體溫度TE1低于40℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，V1閥開(kāi)度開(kāi)始關(guān)小，當(dāng)所測(cè)筒體溫度TE1高于40℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，V1閥開(kāi)度開(kāi)始開(kāi)大?？刂仆ㄟ^(guò)邏輯程序模塊UC001實(shí)現(xiàn)。

（2）蒸汽工作過(guò)程：蒸汽來(lái)自蒸汽管網(wǎng)，通過(guò)V2閥控制其流量；在噪音較低的工況下，若所測(cè)筒體溫度TE1低于40℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，V2閥開(kāi)度開(kāi)始開(kāi)大，當(dāng)所測(cè)筒體溫度TE1高于40℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，V1閥開(kāi)度開(kāi)始關(guān)小。當(dāng)不銹鋼底板溫度TE2低于-50℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，V1閥全開(kāi)?？刂仆ㄟ^(guò)邏輯程序模塊UC001實(shí)現(xiàn)。

（3）電加熱盤管工作過(guò)程：當(dāng)不銹鋼底板溫度TE2低于10℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，電加熱盤管開(kāi)始啟動(dòng)加熱；當(dāng)不銹鋼底板溫度TE2高于10℃（可調(diào)節(jié)）時(shí)，電加熱盤管停止加熱?？刂仆ㄟ^(guò)邏輯程序模塊UC002實(shí)現(xiàn)。

（4）節(jié)能型與其他類型比較（表1）

表1 節(jié)能型與其他類型比較

圖1 節(jié)能型噴射蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著空分裝置規(guī)模的增大，各種工況及原因所排放的液體量越來(lái)越大，配套不同的殘液蒸發(fā)器，其熱源消耗也是不同的，當(dāng)前各空分廠家基本上均選用以上形式。而對(duì)于6萬(wàn)等級(jí)以上特大型空分裝置則是可以考慮選用低溫貯槽低位置貯存來(lái)存放殘液，當(dāng)裝置啟動(dòng)后有液體出現(xiàn)時(shí)，則可以倒灌入塔內(nèi)，減小裝置開(kāi)車積液時(shí)間，從而節(jié)省能耗。

通過(guò)節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，掌握節(jié)能型噴射蒸發(fā)器的核心技術(shù)，使之成為創(chuàng)新產(chǎn)品不斷推廣。該技術(shù)直接確立了在國(guó)內(nèi)外空分設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，有利于開(kāi)拓新的市場(chǎng)，根據(jù)市場(chǎng)需求，該技術(shù)在大中型空氣分離成套設(shè)備中有著非常廣泛的市場(chǎng)遠(yuǎn)景，同時(shí)會(huì)有較大的節(jié)能意義。

Research and Development of Energy Saving Jet Evaporator

JIANG Xu，JIANG Chubiao
(Zoko Energy Equipment CO.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310052,China)

The work principle and currently used models of residual liquid jet evaporator are introduced.The structure,work principle and key points in research and development of energy-saving jet evaporator are discussed in detail;and at the same time the advantages and significance of research of the energy-saving jet evaporator are demonstrated through comparison with other models.With the large-scale development trend of air separation units,development of energy-saving jet evaporator has great significance to air separation units.

energy saving type;jet evaporator;research and development

TB657.7

B

1006-6764(2014)06-0029-03

2013－11－25

蔣旭（1983－），男，2009年畢業(yè)于西安交通大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事大型空分設(shè)備的設(shè)計(jì)及研究工作。