劉琛

湖北宜化集團(tuán)化工機(jī)械設(shè)備制造安裝有限公司 湖北宜昌 443007

蒸發(fā)冷卻技術(shù)利用空氣強(qiáng)制流動和水分蒸發(fā)將制冷劑冷凝時的熱量帶走。20世紀(jì)70年代起，美國等一些國家在就開始把蒸發(fā)冷卻技術(shù)運用在冷庫制冷裝置上[1]。我國從20世紀(jì)80年代開始，逐步在食品、化工、制冷中采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，經(jīng)過幾十年生產(chǎn)實踐的結(jié)果證明，蒸發(fā)冷卻技術(shù)的節(jié)水節(jié)能效果明顯。近幾年來，在氮肥行業(yè)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)在氨合成、甲醇合成、精餾及余熱回收氨冷凍等工序中的流體冷卻器、空氣處理、冷卻塔、除濕盤管冷卻及冷凝等方面也有了較為深入的運用。

本文以某廠復(fù)合蒸發(fā)式空冷器實際效果和理論計算的差異為研究對象，對復(fù)合蒸發(fā)式空冷器運行性能不滿足設(shè)計問題的進(jìn)行分析，找到了問題發(fā)生的原因，并提出了優(yōu)化解決的方案。

1 工作原理和結(jié)構(gòu)分析

復(fù)合蒸發(fā)式空冷器是以空氣和水為冷卻介質(zhì)，一方面利用水蒸發(fā)帶走氣相熱介質(zhì)，冷凝過程放出的熱量包括部分氣相和部分液相的顯熱；另一方面，以接近濕球溫度的空氣冷卻循環(huán)水并通過被反復(fù)冷卻的循環(huán)水與熱流體的間接換熱來達(dá)到冷卻的目的。

蒸發(fā)冷卻分為直接、間接和兩級蒸發(fā)冷卻技術(shù)。本文研究的復(fù)合蒸發(fā)式空冷器運用就是兩級蒸發(fā)冷卻技術(shù)。蒸發(fā)冷卻過程，如圖1所示，溫度為t0的空氣先后由間接蒸發(fā)冷卻和直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備處理后沿等濕線溫度下降到tsf。

圖1 兩級蒸發(fā)冷卻焓濕圖

復(fù)合蒸發(fā)式空冷器主要由主機(jī)、噴淋循環(huán)水箱、噴淋循環(huán)水泵及電控柜等構(gòu)成，其中：主機(jī)由殼體、換熱器、風(fēng)機(jī)、噴淋系統(tǒng)、除水器、水槽及管路閥門等零部件組成[2]。

2 運行問題及分析

在復(fù)合蒸發(fā)式空冷器的生產(chǎn)運行過程中，存在進(jìn)出口水溫差小、出口水溫達(dá)不到生產(chǎn)工藝的要求，無法節(jié)約電耗和水耗，達(dá)不到節(jié)能的要求。面對生產(chǎn)實際中的異常情況，筆者針對問題可能產(chǎn)生的原因做了研究和分析：

首先是理論計算分析，因?qū)崪y的回水溫度與進(jìn)水溫度相差很小，首先需要考慮換熱面積是不是滿足需求。經(jīng)過重新的工藝計算后，需要設(shè)計換熱面積可滿足使用要求，且空冷部分翅片管對水冷部分換熱面積進(jìn)行一定的補充，完全能夠滿足使用要求。

在排除設(shè)計原因后，我們對現(xiàn)場使用的具體情況進(jìn)行了測試，選取10臺復(fù)合蒸發(fā)式空冷器，對進(jìn)出口溫度進(jìn)行測量，通過分析，我們發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備能達(dá)到使用效果，設(shè)備進(jìn)口溫度越高，設(shè)備的出口溫度降幅越明顯。而因蒸發(fā)部分計算沒有問題，那么問題很可能是出在空冷部分。

我們選取兩臺臨近的設(shè)備，分別選取了7個測量點進(jìn)行風(fēng)量測量，統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)兩臺設(shè)備四臺風(fēng)機(jī)平均風(fēng)量分別為6.18×104m3/h和9.93×104m3/h，均遠(yuǎn)低于風(fēng)機(jī)正常工況14.5 ×104m3/h。

隨后，我們對設(shè)備運行過程中的風(fēng)壓進(jìn)行了測量，實測工作風(fēng)壓在480Pa左右，遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)設(shè)計值360Pa，判斷風(fēng)機(jī)的運行已處于失速狀態(tài)。根據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制的風(fēng)機(jī)失速曲線，如圖2所示：

圖2 風(fēng)機(jī)失速曲線圖

風(fēng)機(jī)曲線與空冷器特性曲線的交點是風(fēng)機(jī)的運行點。風(fēng)機(jī)設(shè)計規(guī)范規(guī)定風(fēng)量增大10%、風(fēng)壓增大21%情況下，通過調(diào)整角度風(fēng)機(jī)能夠與空冷器匹配運行。如果偏離很大，就會造成風(fēng)機(jī)失速，如“4葉B型設(shè)計曲線”與“空冷器實際曲線”的交點就處于了失速區(qū)，可以確定風(fēng)機(jī)失速。

3 解決及優(yōu)化

通過理論分析和實驗后，基本確定導(dǎo)致復(fù)合蒸發(fā)式空卻器冷卻效果低于設(shè)計值的原因，是由設(shè)備實際工作壓力超出設(shè)計壓力引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量不足，和設(shè)備之間間距不足，導(dǎo)致設(shè)備之間形成了熱風(fēng)回流，增加了設(shè)備的風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)出風(fēng)量實際使用達(dá)不到設(shè)計值，實際風(fēng)量遠(yuǎn)小于設(shè)計風(fēng)量。針對風(fēng)量問題最直接的方法是增加電機(jī)功率，但通過計算后，因增大電機(jī)功率而引起的系統(tǒng)增加的用電負(fù)荷約為1400KW/h，導(dǎo)致電耗的大幅度上升，從經(jīng)濟(jì)角度分析該方案不可取[3]。通過進(jìn)一步分析，筆者認(rèn)為，可以從減少風(fēng)壓和降低熱風(fēng)回流兩個方面入手，通過對風(fēng)機(jī)葉片的改造來降低這兩個參數(shù)對設(shè)備運行的影響。

4 結(jié)語

復(fù)合式蒸發(fā)空冷器的設(shè)計已較為成熟，單臺設(shè)備的設(shè)計可以滿足實際需要，但在設(shè)計多臺設(shè)備組成的工藝系統(tǒng)時，一定要綜合考慮系統(tǒng)中的設(shè)備，及設(shè)備之間的相互影響而形成的風(fēng)阻對設(shè)備使用工況的制約。要綜合考慮設(shè)備布置，宜采用單排布置，且單排設(shè)備盡量與夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直，如果因場地限制，需要雙排或多排布置時，排間距需通過計算和軟件模擬以保證進(jìn)風(fēng)。