蒸发式冷凝器选型

化工设计中冷凝器的设计选型摘要：冷凝器是冷却经制冷压缩机压缩后的高温制冷剂蒸汽并使之液化的热交换器。

石化工业中用冷凝器将烃类及其它化学蒸气冷凝。

本文阐述了冷凝器基本原理，并提出在化工设计中合理选择冷凝器的方法和计算冷凝器平均温差的方法。

关键词：化工设计冷凝器传热系数冷凝段过热段过冷段冷凝器是石化、炼油、化工、电力及制冷等行业工艺流程的主要设备之一。

冷凝器中的气体必须通过很长的管道，以便热量传导到空气中。

钢材、铜材等导热金属常用于输送蒸气。

为提高冷凝器的效率，通常在管道上附加散热片以加速散热。

这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热量带走。

冷凝过程在石化、炼油、化工等装置中应用广泛。

但由于设计人员对冷凝器设计中的影响因素分析不够，导致冷凝器在实际运行中达不到设计负荷。

以下就设计中选用冷凝器的问题，阐述个人的一些看法。

1 冷凝器工作原理在一般制冷机的制冷原理中，压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。

压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，将压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经过节流阀节流后，成为压力较低的液体，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，然后再送入蒸发器的入口，从而完成制冷循环的过程[1]。

1.1 蒸汽压缩式制冷原理蒸汽压缩制冷系统，由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀4个基本部件组成。

它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。

1.2 制冷系统的基本原理液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽，被压缩机吸入，压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器，在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流阀节流为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。

这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

蒸发式冷凝器选型与设备布置及配管蒸发式冷凝器运行原理：制冷系统中压缩机排出的过热高压制冷剂气体经过蒸发式冷凝器中的冷凝排管，使高温气态的制冷剂与排管外的喷淋水和空气进行热交换。

即气态制冷剂由上口进入排管后自上而下逐渐被冷凝为液态制冷剂。

配套引风机的超强风力使喷淋水完全均匀地覆盖在盘管表面，水借风势，极大的提高了换热效果。

温度升高的喷淋水由部分变为气态，利用水的汽化潜热由风势带走大量的热量，热气中的水滴被高效脱水器截住，与其余吸收了热量的水，散落到PVC淋水片热交换层中，被流过的空气冷却，温度降低，进入水箱，再经循环水泵继续循环。

蒸发到空气中的水分由水位调节器自动补充。

标准部件：热镀锌钢板；在钢板剪切及电焊处涂含锌；富锌漆；PVC，喷淋水系统；ABS，喷嘴；PVC，进风格栅；PVC，挡水板；不锈钢水泵入口滤网。

设备选型：例：制冷剂：NH3；制冷量：2000kW；轴功率：500kW；冷凝温度：36℃；湿球温度：28℃。

计算：热量：2000+600=2500kW排热系数：1.7修正排热量：2600×1.7=4420kW依据各厂商样本对应进行选型。

传统冷凝器的选用方式：蒸发式冷凝器的选用方式：按照系统的实际排热量，同时参照环境的湿球温度及系统的冷凝温度，通过实际工况与名义工况的换算系数折算到名义工况下的名义排热量，从而进行精确的选型。

设备布置：尽量防止空气回流确保新鲜空气的流通提供足够的维护保养空间1.防止回流：2.加高机组或排风口加高引风圈3.多台机组应保证出风口相同高度管和安装电动机的合理距离6.多台机组同时布置时应保证机组间距7.应考虑夏季的主导风向以保证机组运行正常8.当机组被置于井形围挡物中时，应保证井内风速低于1.5m/s9.配管说明：1.蒸发式冷凝器与传统设备的区别：2.压降的影响与合理解决3.出液口处应注意的几个问题-阀门及变径接头：进气管（应尽量对称配置）阀、存液弯，并有高度限制平衡管（每台机组之间均需设置平衡管，并接至贮液器，注意：一般贮液器平衡管口径偏小）安全阀（每台机组的每组盘管应设置一个）压力表（每台机组应设置一个）放空气阀（每台机组的每组盘管均需设置一个，在系统运行时使用，如可能，应接至自动空气分离器）放空气阀（设置于系统进气管最高处，系统停机时使用）。

蒸发器的选择计算一、蒸发器选择计算的方法蒸发器的选择计算首先选择蒸发器的形式，然后计算所需的传热面积、被冷却介质的流量和流动阻力。

对于冷却液体的蒸发器，其计算方法与水冷式冷凝器相同。

1、蒸发器型式的选择开式冷水系统采用冷水箱式蒸发器（如制冰）。

冷藏库中根据各类冷间的要求不同，采用冷却排管和冷风机。

1.蒸发器传热面积的计算 蒸发器传热面积F 的计算式为F ＝Fq Qt K Q 00=∆⋅（m 2） （6－1） 式中 Q 0——制冷装置的制冷量，即蒸发器的负荷。

它等于制冷量与制冷装置的冷量损失之和（kW ）；K ——蒸发器的传热系数（W ／m 2·℃）； t ∆——平均传热温差(℃)；F q ——蒸发器的单位面积热负荷，即热流密度（W ／m 2）； 平均传热温差：t ∆＝)()(ln ln 020121min max min max t t t t t t t t t t ---=∆∆∆-∆ （6－2）t 1——被冷却介质进入蒸发器的温度（℃）； t 2——被冷却介质出蒸发器的温度（℃）； t 0——蒸发温度（℃）；蒸发器选型计算时，蒸发器的传热系数K 按经验选取，对排管有相应的计算公式。

对于冷却液体的蒸发器，蒸发温度一般比被冷却水的出口温度低3～5℃。

被冷却液体的进出口温差取5℃左右，这样，平均传热温差为5～6℃。

对于冷却空气的蒸发器，由于空气侧的放热系数很低而使传热系数很低，为了设备的初投资，选取较大的平均传热温差，一般蒸发温度比空气的出口温度低10℃左右，平均传热温差为15℃左右。

各种蒸发器的传热系数K 值等参数见表6－7。

3、 被冷却介质（水或空气）流量的计算与冷凝器中冷却介质流量的计算方法相同，不再重复。

蒸发器的传热系数和单位面积热负荷 表6－7二、冷风机选型计算(一)根据冷间冷却设备负荷，按公式（6-1）计算所需冷风机的冷却面积； 注意△t 取冷间温度与制冷剂温度差。

传热系数K 见表6-8。

蒸发式冷凝器的优化设计王俊;黄翔;苏晓青【摘要】通过对蒸发式冷凝器换热原理进行分析,将立管间接蒸发冷却器、直接蒸发冷却填料和冷凝盘管相结合,提出冷凝效率更高的复合型蒸发式冷凝器,并对其主要部件进行设计计算,得出各部分所需换热面积,此设计计算简单实用.【期刊名称】《制冷与空调（四川）》【年(卷),期】2016(030)005【总页数】5页(P552-556)【关键词】蒸发式冷凝器;立管间接蒸发冷却器;直接蒸发冷却器;冷凝盘管;效率【作者】王俊;黄翔;苏晓青【作者单位】西安工程大学西安710048;西安工程大学西安710048;西安工程大学西安710048【正文语种】中文【中图分类】TH48;TM925.12冷凝器是制冷系统中的重要换热设备，根据冷却方式的不同分为空冷式、水冷式、蒸发冷式[1,2]。

我国水资源比较紧张，尤其是城市地区缺水严重[5]，空冷式冷凝器虽节省了水耗，但是冷凝效率受室外空气干球温度的影响，冷凝效率不高，尤其是在夏季高温时段；水冷式冷凝器传热系数较高，能保证冷凝效率，但是需要设置冷却塔，在消耗大量水资源的同时也造成循环水泵功耗损失；蒸发式冷凝器依靠管外水膜的蒸发进行散热，水的汽化潜热带走热量远远大于显热换热，而蒸发式冷凝器所用循环水量为水冷式的10%-30%，水泵功耗只有水冷系统的1/8-1/4[2]，在保证冷凝效果的前提下减少了水耗，降低了水泵的电耗，其压缩机、风机等功耗也小于空冷系统，并且蒸发式冷凝器结构紧凑，占地面积小，因此在工业和民用建筑中得到了广泛的应用。

蒸发式冷凝器相比于空冷和水冷方式，虽然具有较大的优势，但是其冷凝效果和节能潜力还有很大的上升空间。

随着能源危机的出现，人们越来越重视自然资源的节约利用，蒸发式冷凝器若是能进一步提高冷凝效率，充分发挥其节水节能的优势，必定会得到更广泛的应用，为国家的可持续发展战略做出重大贡献，因此对蒸发式冷凝器的优化更显得重要。

蒸发式冷凝器的冷凝过程比较复杂，影响其冷凝效率的因素有很多，包括喷淋水量、风量、盘管布置、机组结构等，本文主要从换热原理上对蒸发式冷凝器进行分析，由机组结构入手对其进行优化，提出一种复合型蒸发式冷凝器，其冷凝效率高于常规蒸发式冷凝器[5,6]。

全⾯讲解蒸发器的的结构、性能特点及选型技巧（图⽂并茂） 蒸发的概念 将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从⽽将溶液浓缩的过程称为蒸发。

蒸发操作⼴泛应⽤于化⼯、轻⼯、制药、⾷品等许多⼯业中。

1．蒸发操作的⽬的 ⼯业蒸发操作的主要⽬的是： （1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进⼀步处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如稀烧碱溶液（电解液）的浓缩、蔗糖⽔溶液的浓缩以及各种果汁、⽜奶的浓缩等等； （2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海⽔蒸发脱盐制取淡⽔。

（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药⽣产中酒精浸出液的蒸发。

⼯业上被蒸发的溶液多为⽔溶液，故本章的讨论仅限于⽔溶液的蒸发。

原则上，⽔溶液蒸发的基本原理和设备对其它液体的蒸发也是适⽤的。

2．蒸发流程 按照分⼦运动学说，当液体受热时，靠近加热⾯的分⼦不断地获得动能。

当⼀些分⼦的动能⼤于液体分⼦之间的引⼒时，这些分⼦便会从液体表⾯逸出⽽成为⾃由分⼦，此即分⼦的汽化。

因此溶液的蒸发需要不断地向溶液提供热能，以维持分⼦的连续汽化；另⼀⽅⾯，液⾯上⽅的蒸汽必须及时移除，否则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，汽化将不能连续进⾏。

液体蒸发过程 液体蒸发的简化流程如图⽚所⽰，其主体设备—蒸发器由加热室和分离室两部分组成，其中加热室为⼀垂直排列的加热管束，在管外⽤加热介质（通常为饱和⽔蒸汽）加热管内的溶液，使之沸腾汽化。

浓缩了的溶液（称为完成液）由蒸发器的底部排出。

⽽溶液汽化产⽣的蒸汽经上部的分离室与溶液分离后由顶部引⾄冷凝器。

为便于区别，将蒸出的蒸汽称为⼆次蒸汽，⽽将加热蒸汽称为⽣蒸汽或新鲜蒸汽。

对于沸点较⾼的溶液的蒸发，可采⽤⾼温载热体如导热油、融盐等作为加热介质，也可以采⽤烟道⽓直接加热。

3．蒸发过程的分类 （1）常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发 按蒸发操作压⼒的不同，可将蒸发过程分为常压、加压和减压（真空）蒸发。