嚴(yán)國(guó)興，李茜，譚麗麗

（林德工程（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

表面蒸發(fā)式冷凝器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定性高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使其在化工、石油、能源等工業(yè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，該冷凝器設(shè)備可運(yùn)用于高溫、高壓的工藝條件下，尤其在石油煉化裝置中，表面蒸發(fā)式冷凝器因其本身設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，被業(yè)內(nèi)人士的一致肯定。目前，我國(guó)化工行業(yè)發(fā)展迅速，石油煉化裝置的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于此，各大型裝置生產(chǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。但是，我們?cè)谶x用何種裝置時(shí)，首先要考慮的是該設(shè)備是否能為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)過程中，一定會(huì)產(chǎn)生大量能耗，而在所有能耗中，工業(yè)用水消耗最大，這主要是因?yàn)樗醒b置的運(yùn)行都需要大量用水使設(shè)備冷卻，這樣相互矛盾的問題就需要迫切解決。為了有效降低水資源消耗，需將冷卻水循環(huán)使用，所以，目前國(guó)內(nèi)外石化企業(yè)都在極力推廣大量使用表面蒸發(fā)式冷凝器，慢慢的，水冷器就會(huì)逐步淘汰。

1 國(guó)內(nèi)外蒸發(fā)式冷凝器研究現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的大發(fā)展使得蒸發(fā)式冷凝器的需求量不斷加大，并呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。蒸發(fā)式冷凝器之所以如此收歡迎，歸結(jié)起來(lái)，主要源于它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但同其他冷凝器相比，性能卻呈現(xiàn)出過之而無(wú)不及的狀態(tài)，越來(lái)越受到工業(yè)企業(yè)的垂青，相較于其他冷凝器銷，其售市場(chǎng)銷量一直是名列前茅。

蒸發(fā)式冷凝器的傳熱原理并沒有想象中的那么復(fù)雜，然而，由于蒸發(fā)式冷凝器在傳熱過程中，會(huì)牽涉到相變換熱的問題，所以，對(duì)于其數(shù)學(xué)模型的確立是非常困難的。隨著近年來(lái)，人們對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器的研究力度逐漸加大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，這一優(yōu)勢(shì)使得它在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。然而，從還冷凝器應(yīng)用技術(shù)發(fā)展實(shí)情來(lái)看，大部分歐美國(guó)家對(duì)蒸發(fā)式冷凝器的研究起步較早，所以，他們所取得理論研究成果最為豐富，研究水平也是最高的，遠(yuǎn)高出其他國(guó)家水平。

就拿美國(guó)來(lái)說(shuō)吧，他們?cè)诠嶂评涔こ萄芯繉W(xué)報(bào)上發(fā)表了大量文獻(xiàn)，并初步確立了蒸發(fā)式冷凝器的研究體系，基于該研究體系，蒸發(fā)式冷凝器制造技術(shù)也越發(fā)的完善，制造水平也相應(yīng)地提高了許多。

而我國(guó)目前參與專門研究蒸發(fā)式冷凝器的大學(xué)主要有同濟(jì)大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，但這些研究機(jī)構(gòu)所確立的研究方向仍然集中在冷凝器換熱管選型及換熱溫度場(chǎng)的有限元件分析上，盡管以取得了不小進(jìn)步，但研究時(shí)間畢竟不長(zhǎng)，研究理論依然表現(xiàn)得不夠充分，因此，對(duì)于工業(yè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用依然具有較大的空間，相信隨著研究力度的不斷加大，我國(guó)蒸發(fā)式冷凝器的技術(shù)水平及應(yīng)用普及程度必將能向世界一流水平?jīng)_刺?？偠灾?，國(guó)內(nèi)外對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器的研究已進(jìn)入常態(tài)化，研究體系已逐漸成熟，脈絡(luò)也日漸清晰，已呈百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。由于歐美國(guó)家對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器的研究較早，大部分設(shè)備技術(shù)專利都掌握在他們手中，真正的核心技術(shù)都被他們掌握，我們?cè)陂_展工作時(shí)，設(shè)備成本就會(huì)相應(yīng)提高。

2 表面蒸發(fā)式冷凝器的工作原理及傳熱特點(diǎn)分析

2.1 工作原理

表面蒸發(fā)式冷凝器主要由換熱管束、換熱填料、鼓風(fēng)機(jī)、集水裝置、水循環(huán)系統(tǒng)及箱體等6 個(gè)組成部分構(gòu)成，相較于其他類型的冷凝器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的。一般情況下，換熱管束主要由10#圓鋼構(gòu)成，換熱管束均按2mm 的間隔進(jìn)行排列；鼓風(fēng)機(jī)需用到2 臺(tái)，但功率無(wú)須太大，11kW/H 的小型風(fēng)機(jī)足以勝任；集水裝置主要由擋水板、集水槽、填料、補(bǔ)水閥等細(xì)小組件構(gòu)成；水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就更為簡(jiǎn)單了，只需要一臺(tái)循環(huán)水泵和噴淋組件。在人們的腦海中，多數(shù)都會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為表面蒸發(fā)式冷凝器的工作原理是極其復(fù)雜的，但事實(shí)卻相反，其工作原理非常簡(jiǎn)單，主要是運(yùn)用循環(huán)水泵將水槽中水壓送至換熱盤管上方的噴淋器，再經(jīng)高壓噴頭噴淋至光管管束上，從而形成勻速上下流動(dòng)的水流，再經(jīng)過風(fēng)機(jī)的冷卻，管束內(nèi)的高溫流體就會(huì)快速降溫，管束外的噴淋水和空氣換熱效果就會(huì)得到明顯提升，最終達(dá)到冷凝流經(jīng)管束的高溫流體的目的，具體工作原理詳見圖1。

圖1 表面蒸發(fā)式冷凝器工作原理示意圖

2.2 傳熱特點(diǎn)

（1）大多數(shù)情況下，表面蒸發(fā)式冷凝器會(huì)被應(yīng)用于溫度750 ～900℃中，但在具體工作實(shí)踐中，必須設(shè)置預(yù)冷管束，這種冷管束可快速將低溫工藝物流冷卻到400℃以下。

（2）應(yīng)用表面蒸發(fā)式冷凝器的實(shí)質(zhì)就是運(yùn)用冷卻水使管束外水膜汽化潛熱，將物料的全部熱量帶走，在這一點(diǎn)上，相較于干式冷凝器和濕式冷凝器，該型號(hào)冷凝器的總體傳熱效率更高，設(shè)備冷卻速度更快，不僅能夠有效降低設(shè)維修率，還能進(jìn)一步降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

（3）表面蒸發(fā)式冷凝器一般都呈是箱式結(jié)構(gòu)，密封性較強(qiáng)，在具體應(yīng)用過程中，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)較大的影響，節(jié)水效果更優(yōu)良。

3 表面蒸發(fā)式冷凝器在化工裝置中的應(yīng)用分析

在將表面蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，就會(huì)立刻顯示出巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以大慶石化公司一廠為例，之前該廠所使用的是空氣冷卻式冷凝器，為有效提升冷卻效果，經(jīng)廠領(lǐng)導(dǎo)商議決定，將其中的6 套設(shè)備改造為表面蒸發(fā)式冷凝器，當(dāng)改造后的冷凝器被投入工作生產(chǎn)后，就可以及時(shí)解決掉塔頂冷卻問題，塔頂熱量會(huì)增大至47%，而回流冷卻溫度則會(huì)降低40℃左右；在保障質(zhì)量的條件下，設(shè)備的加工能力會(huì)至少提升20%，經(jīng)過一年的時(shí)間，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，它與空氣冷卻式冷凝器相比，操作成本節(jié)約了約12 萬(wàn)元使企業(yè)綜合效益得到有效提升，同時(shí)，還使水泵、風(fēng)機(jī)和水的綜合能耗得到一定程度的降低。不光這些，設(shè)備操作員的日工作強(qiáng)度不再像之前那么高了，維護(hù)頻率也有所降低，從另一角度講，操作費(fèi)用也有明顯降低。

表面蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)被大家熟知后，各大工業(yè)企業(yè)都紛紛引進(jìn)使用，如咸陽(yáng)助劑廠、克拉瑪依煉油廠、華北石化公司以及大連石化公司，他們?cè)趹?yīng)用了表面蒸發(fā)式冷凝器后，都收到了非常好的成效，且均達(dá)到了節(jié)能減排的目的。例如，克拉瑪依煉油廠至少一直應(yīng)用的是裂解裝置，年生產(chǎn)能力僅為45 萬(wàn)噸/年，但運(yùn)用了這種新型表面蒸發(fā)式冷凝器裝置后，年生產(chǎn)能力提升了28%。

2011 年年初，鞍鋼引進(jìn)了12 臺(tái)表面蒸發(fā)式冷凝器，自從應(yīng)用了該類型冷凝設(shè)備后，可嚴(yán)格地將爐壁熱風(fēng)爐閥門和冷卻板溫度控制在42 ～45℃，設(shè)備也得到了較好的保護(hù)。

2012 年，3 臺(tái)表面蒸發(fā)式冷凝器被撫順石化蒸餾廠引進(jìn)并投入應(yīng)用，僅2012 年，就實(shí)現(xiàn)了節(jié)水16 噸。

2013 年，廣州某煉化公司考慮到氣體分餾車間的碳四塔回流冷卻效果一直無(wú)法達(dá)到工藝要求，就果斷地將原來(lái)的空冷設(shè)備更換掉，引進(jìn)了2 臺(tái)表面蒸發(fā)式冷凝器后，碳四塔加工能力就迅速提高了18%以上。

之所以表面蒸發(fā)式冷凝器能夠得到業(yè)內(nèi)人士的一致肯定，并逐漸取代了傳統(tǒng)的干式空冷器和濕式空冷器，究其原因，主要是因?yàn)檫@種冷凝裝置所需資金投入較少、自身體積小及操作穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可為冶金、煉油化工、電力等行業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，因此，越來(lái)越多的表面蒸發(fā)式冷凝器被應(yīng)用到不同行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中。

4 結(jié)語(yǔ)

從表面蒸發(fā)式冷凝器的實(shí)際應(yīng)用效果分析來(lái)看，其本人所具有的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可以使企業(yè)生產(chǎn)效率得到有效提高，還能為同類型設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展提供優(yōu)化參數(shù)支撐。在具體應(yīng)用過程中，有了表面蒸發(fā)式冷凝器的有效運(yùn)用，可有效避免相關(guān)問題的產(chǎn)生，達(dá)到降低裝置能耗、實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的目的，因此，相信表面蒸發(fā)式冷凝設(shè)備研究力度的進(jìn)一步加大，其應(yīng)用功能會(huì)更加完善，對(duì)化工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)的價(jià)值更好。