干式蒸发器的应用和优化设计

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双回路紧凑型干式蒸发器的设计

在于研制和采用高效蒸发换热管、采用小的管间距、控制污垢热阻等。在干式壳管式蒸发器中采用高效强化管来强化传热，是目前强化传热技术的一个重要方面。强化管的使用减少了传热面积、降低了金属消耗，减小了蒸发器体积，更合理和有效的利用了能源。在相同的换热条件下，强化管的使用，使壳管式换热器比板式换热器结构更紧凑，换热性能更高[2]。较小的管中心距显然可以使管子布置紧凑、减小蒸发器体积、节约空间，但受制于管板强度、分程隔板的形状及布置、加工工艺等。随着技术的发展，管中心距有进一步减小的趋势。
Q0 175.8 = =1.099 ㎏/s h2 − h1 432 − 272
2.1.4 折流板的设计选取合适的管间水速 Ww=1.15m/s，确定 15 块圆缺型折流板，20%圆缺高度。
管内单流程时的通流面积: F= （d o − 2t ) × Z '
2
2.2 传热校核计算
忽略管内污垢热阻和铜管壁厚导热热阻的传热总热阻 Rt 的计算式为： Rt=Ri+Rd+RO （1）式中: Ri-管内制冷剂的蒸发换热热阻； Rd-管外污垢热阻； RO-管外水的对流换热热阻。管外水的对流换热系数 α0 采用下式计算：
Abstract A new kind of compact dry-expansion evaporator of double loop is designed, and it shows a new and reasonable type of structural arrangement. The heat transfer performance of the evaporator is calculated. The influence of the fouling thermal resistance on the total heat transfer coefficient is analyzed. The double-loop compact dry-expansion evaporator can achieve a compact structure and small space. With the increasing applications of the parallel-compressor system, the applications of this types of dry- expansion evaporator will also become more widely. The results showed that the value of fouling thermal resistance will be a significant impact on heat transfer performance. The technology of descaling and antiscale will be an important aspect to improve the heat transfer performance. Higher processing technology is demanded for the design and production of the double-loop and compact dry-expansion evaporator. Keywords dry-expansion evaporator, enhanced tubes, double-loop, parallel-compressor system, fouling thermal resistance

防止干式蒸发器换热管泄漏的优化设计

防止干式蒸发器换热管泄漏的优化设计摘要：螺杆制冷机在使用的过程中，往往会出现换热管泄露的现象，出现这种现象的原因也是多种多样的，要想采取一定的方式和措施进行预防，那么首先就必须要综合分析换热管泄漏的原因。

关键词：干式蒸发器；换热管；泄露前言螺杆式制冷机组操作简单，其运行安全的可靠性，已经广泛应用于石油、化工、纺织、制药和商业等各个行业之中。

在进行对螺杆式制冷机设计的过程中，经常的做法就是将冷却水出口的温度划分为几个范围，根据不同的温度范围对应不同的工况点，为了制冷机组配套相对应的蒸发器和冷凝器等相关的换热器。

在这样的情况下就可以提高制冷机组的标准程度，同时另一个方面也可以满足批量生产的要求。

但是这样做的一个缺点就是会导致在同一个温度范围之内，不同的蒸发温度所对应的换热器的性能参数也是有区别的。

1.问题举例选取我厂生产的一台螺杆冷水机组出现的换热管泄漏的现象。

该冷水机组的相关参数如下表所示。

表：冷水机组的主要参数干式蒸发器是液体制冷剂经节流后从蒸发器一端的端盖进入管程，端盖上铸有隔板，制冷剂经过两个或多个流程蒸发并吸收载冷剂的热量后从同一个端盖出来后进入压缩机。

如果端盖隔板垫片泄漏，会使制冷剂短路，造成回液及制冷能力下降骑在小温度差的情况下，冷却水进口处拍换热管容易出现泄漏。

泄漏发生在冷却水进口处换热管与第一块折流板的接触点，破坏形式多为较齐的切口。

2.干式蒸发器的原理和特点在干式蒸发器中，主要特点有：制冷剂在管内完全蒸发，并且在过热之后成为过热气体的时候，这样就有利于利用热力膨胀阀进行自动的调节和供液量的多少。

一般情况下，对于干式蒸发器常用的制冷机主要有R22、R410A等。

因为制冷剂管内蒸发，只有当管内的流速超过每秒4米的速度的时候，就可以把管内的润滑油带回到压缩机之内，方便于回油。

在设计的过程中，折流板的缺口大小可以根据载冷剂的物理性质与流量大小的缺口，为了保证换热的效果，折流板和圆筒之间的间隙和换热管与折流板之间的间隙要至少小于TEMA规定的最小间隙，特别是在低温的情况下，这些间隙的控制就会显得很重要。

制冷机干式、满液式和降膜式蒸发器区别以及优缺点

制冷机干式、满液式和降膜式蒸发器区别以及优缺点制冷机干式、满液式和降膜式蒸发器区别以及优缺点干式蒸发器干式蒸发器制冷剂在换热管内通过，冷水在高效换热管外运行，这样的换热器换热效率相对较低，其换热系数仅为光管换热系数的2倍左右，但是其优点是便于回油，控制较为简便，而制冷剂的充注量大约是满液式机组充注量的1/2～1/3左右。

满液式蒸发器满液式蒸发器与干式蒸发器的运行方式恰好相反，冷水在换热管内通过，制冷剂完全将换热管浸没，吸热后在换热管外蒸发。

满液式蒸发器的传热管表面上有许多针形小孔，管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧的换热。

这种同时强化管外沸腾和管内传热的高效传热管，使其传热系数较光管提高了5倍左右。

降膜式蒸发器降膜式蒸发器，也称之为喷淋式蒸发器，这种换热器与满液式蒸发器相似，但是它又与满液式蒸发器有区别。

这种蒸发器的制冷剂是从换热器的上部喷淋到换热管上，制冷剂只是在换热管上形成一层薄薄的冷剂液膜，这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力，从而提高了换热效率，其换热效率较满液式机组提高了5左右。

降膜蒸发是流动沸腾，由于管外表面的液膜层厚度小，没有静压产生的沸点升高，传热系数高。

而满液式蒸发（也就是沉浸式蒸发）产生的气泡易于集聚在换热管的表面，导致换热效率下降，其换热效果不如降膜蒸发。

总的来说降膜蒸发属于小温差情况下，但要防止结垢，影响传热效率。

冷水机组，是对一种制冷机组的习惯命名法，这种冷水机组一般用于中央空调的冷源，或者空调工况的制冷，输出的是低温的冷水，通常叫做冷冻水，故而得名。

一般把只能制冷的叫做冷水机组，而能同时制热的，我们叫做热泵机组。

而满液式是指机组所用的壳管式蒸发器采用了满液式蒸发器的形式，这是区别于干式、降膜式的一种壳管式蒸发器。

它的壳程内走制冷剂循环，管程内走冷冻水循环，从剖面上看，就好像是筒体里有大半筒制冷剂，而走水的管束浸泡在制冷剂里。

它和干式蒸发器刚好相反，干式的是管程走制冷剂，壳程走水，好比制冷剂管束浸泡在水里。

带干式蒸发器的直接蒸发机组在空调产品性能试验室中的应用

气侧的焓差法、水侧的水量热计法回。等
度和水流量来计算得出换热器的换热能力。
２带千式蒸发器的直接蒸发机组的应用
由图１可以看出在空调产品性能试验过程中，试验室所有的辅助设备都是为空气处理和水处理服务的。空气处理的核心设备就是空气处理机组，为被测它
由于空调设备试验室通常为满足不同负荷的机组进行设计，需要的空气侧和水侧冷量不尽相同，满所为
足测试要求，机组氟系统的直接蒸发盘管、干式蒸发器、冷压缩冷凝器、水压缩机宜进行分组设计，进行并不同容量的选择，直接蒸发式空气处理机组内加热采
２１２１分组设计．－＿
中空气处理机组冷源和水箱冷源通常采用两套相互独立的测试机组，实现各自的功能，空调产品试验运来在
行过程中，现两套系统并不是经常同时工作，出现发常机组闲置的情况。带干式蒸发器的直接蒸发机组就是从空调产品性能试验台的工作原理以及产品标准的测
的目的，为试验室设计提供借鉴。
图１试验台基本原理
１空调产品性能测试的基本原理
对于空调产品性能试验室而言，基本原理就是试
冷（）热量通过测定被测空调机使用侧（即室内机）、进出口空气的焓值和空气的流量等参数来确定。水侧的

关于干式蒸发器水阻力影响因素的分析及设计优化

关于干式蒸发器水阻力影响因素的分析及设计优化罗建飞张威（珠海格力电器股份有限公司珠海 519070）摘要：大型冷水机组的蒸发器型式主要有满液式蒸发器、干式蒸发器和降膜式蒸发器三种。

目前以干式蒸发器的作为蒸发器的冷水机组控制最为成熟，应用最多。

干式蒸发器由节流装置直接控制液体制冷剂进入蒸发器铜管，制冷剂液体在管内完全转变为气体，而被冷却的介质则在铜管外流动。

如果系统水阻力过大，流动会过慢，换热效率降低；如果水阻力过小，流动过快，同样降低换热效率。

影响干式蒸发器水阻力的因素很多，分析各种因素的变化，就容易系统地优化干式蒸发器水阻力所产生的影响。

关键词：干式蒸发器；制冷剂液体；水阻力Abstract：Large-scale water chilling unit evaporator mainly has three kinds, which are full liquid type evaporator, dry evaporator, and falling-film evaporator. The control of water chiller with dry type evaporator is the most mature, and has the most applications at present. In dry typ e evaporator, liquid refrigerant is directly controlled by throttling gear, and then enters into copper pipe. The refrigerant liquid is totally transformed into gas in the pipe, and the cool-ing medium flows outside the cooper pipe. If the system water resistance is too large, velocity is slow, heat exchange efficiency will be reduce; and if the system water resistance is too small, velocity is fast, heat exchange efficiency will also be reduced. There are many factors that influence the water resistance of dry type evaporator. Through analyz-ing the changes of these factors, the effects caused by water resistance of dry type evaporator are easily systematically optimized.Key words：dry evaporator; refrigeration liquid; water resistanceAnalysis and Design Optimization of Influence Factors of Water Resistance of Dry Evaporator1蒸发器内水阻力的形成和影响因素随着国内空调行业的迅猛发展和新的国家强制性空调能效标准的颁布，高效和环保已经成为制冷空调行业的发展方向。

详解干式、满液式、降膜式蒸发器

干式、满液式、降膜式蒸发器工作原理与结构干式蒸发器干式蒸发器制冷剂在换热管内通过，冷水在高效换热管外运行，这样的换热器换热效率相对较低，其换热系数仅为光管换热系数的2倍左右，但是其优点是便于回油，控制较为简便，而制冷剂的充注量大约是满液式机组充注量的1/2～1/3左右。

满液式蒸发器满液式蒸发器与干式蒸发器的运行方式恰好相反，冷水在换热管内通过，制冷剂完全将换热管浸没，吸热后在换热管外蒸发。

满液式蒸发器的传热管表面上有许多针形小孔，管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧的换热。

这种同时强化管外沸腾和管内传热的高效传热管，使其传热系数较光管提高了5倍左右。

降膜式蒸发器降膜式蒸发器，也称之为喷淋式蒸发器，这种换热器与满液式蒸发器相似，但是它又与满液式蒸发器有区别。

降膜蒸发是流动沸腾，由于管外表面的液膜层厚度小，没有静压产生的沸点升高，传热系数高。

而满液式蒸发（也就是沉浸式蒸发）产生的气泡易于集聚在换热管的表面，导致换热效率下降，其换热效果不如降膜蒸发。

总的来说降膜蒸发属于小温差情况下，但要防止结垢，影响传热效率。

“冷水机组”，是对一种制冷机组的习惯命名法，这种“冷水机组”一般用于中央空调的冷源，或者空调工况的制冷，输出的是低温的冷水，通常叫做“冷冻水”，故而得名。

一般把只能制冷的叫做冷水机组，而能同时制热的，我们叫做“热泵”机组。

而“满液式”是指机组所用的“壳管式蒸发器”采用了“满液式蒸发器”的形式，这是区别于“干式”、“降膜式”的一种壳管式蒸发器。

它的“壳程”内走制冷剂循环，“管程”内走冷冻水循环，从剖面上看，就好像是筒体里有大半筒制冷剂，而走水的管束浸泡在制冷剂里。

它和“干式蒸发器”刚好相反，干式的是“管程”走制冷剂，“壳程”走水，好比制冷剂管束浸泡在水里。

蒸发预冷器在干式空冷器上的应用

第53卷第4期辽宁化工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024收稿日期： 2023-06-25蒸发预冷器在干式空冷器上的应用王学聪（中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 315000）摘要：干式空冷器利用取之不尽的环境空气作为冷却介质，是一种非常经济的冷却、冷凝设备，在石油化工行业里被大量使用。

干式空冷器的冷却效果主要由传热系数、换热面积和换热温差决定。

本文主要从换热温差入手，引进新型蒸发预冷器，其不同于传统喷雾增湿方法，能够有效降低来流空气温度，同时保护翅片管。

关键词：干式空冷器；蒸发；降温；节能中图分类号：TQ052 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）04-0635-03空气冷却器（简称空冷器）是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺介质得到冷却或冷凝的设备，在石油化工行业里被广泛使用。

空冷器按冷却方式分类，可分为干式空冷器、湿式空冷器和干湿联合式。

一般干空冷可以把管内热介质冷却到高于环境温度20 ℃，湿空冷可以把介质冷却到高于环境温度3~5 ℃，干湿联合型可以把介质冷却到接近或低于环境温度[1]。

因此干式空冷器在夏季高温天气时经常出现冷却效果不足问题。

1 干式空冷器介绍1.1 干式空冷器常见结构干式空冷器按管束布置和安装形式不同，分为水平式空冷器和斜顶式空冷器。

一般由管束、管箱、风机、百叶窗和构架等主要部分组成，如图1所示。

图1 干式空冷器结构示意图1.2 干式空冷器特点干式空冷器主要靠空气升温显热来冷却管内介质[1]，其具有结构简单、制造方便、维护成本低、冷却介质（空气）来源广泛[2]等优点。

同时由于空气的比热容比较小，普遍存在以下不足之处：1）干式空冷器换热效率不高，容易受环境温度影响，特别受夏季高温或者暴雨天气影响。

2）干式空冷器换热面积大，普遍占地面积大。

详解干式满液式降膜式蒸发器

干式蒸发器干式蒸发器制冷剂在换热管内通过,冷水在高效换热管外运行,这样得换热器换热效率相对较低,其换热系数仅为光管换热系数得2倍左右,但就是其优点就是便于回油,控制较为简便,而制冷剂得充注量大约就是满液式机组充注量得1／2～1/3左右。

ﻫ满液式蒸发器满液式蒸发器与干式蒸发器得运行方式恰好相反,冷水在换热管内通过,制冷剂完全将换热管浸没,吸热后在换热管外蒸发。

满液式蒸发器得传热管表面上有许多针形小孔,管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧得换热。

这种同时强化管外沸腾与管内传热得高效传热管,使其传热系数较光管提高了５倍左右、ﻫ降膜式蒸发器降膜式蒸发器,也称之为喷淋式蒸发器,这种换热器与满液式蒸发器相似,但就是它又与满液式蒸发器有区别。

这种蒸发器得制冷剂就是从换热器得上部喷淋到换热管上,制冷剂只就是在换热管上形成一层薄薄得冷剂液膜,这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力,从而提高了换热效率,其换热效率较满液式机组提高了5左右。

ﻫ降膜蒸发就是流动沸腾,由于管外表面得液膜层厚度小,没有静压产生得沸点升高,传热系数高。

而满液式蒸发(也就就是沉浸式蒸发)产生得气泡易于集聚在换热管得表面,导致换热效率下降,其换热效果不如降膜蒸发。

总得来说降膜蒸发属于小温差情况下,但要防止结垢,影响传热效率。

“冷水机组",就是对一种制冷机组得习惯命名法,这种“冷水机组”一般用于中央空调得冷源,或者空调工况得制冷,输出得就是低温得冷水,通常叫做“冷冻水”,故而得名。

一般把只能制冷得叫做冷水机组,而能同时制热得,我们叫做“热泵”机组。

而“满液式”就是指机组所用得“壳管式蒸发器”采用了“满液式蒸发器”得形式,这就是区别于“干式”、“降膜式”得一种壳管式蒸发器。

它得“壳程"内走制冷剂循环,“管程”内走冷冻水循环,从剖面上瞧,就好像就是筒体里有大半筒制冷剂,而走水得管束浸泡在制冷剂里。

它与“干式蒸发器”刚好相反,干式得就是“管程”走制冷剂,“壳程”走水,好比制冷剂管束浸泡在水里。

壳管式干式蒸发器设计说明书

毕业设计（论文）题目名称：50kW壳管式干式蒸发器设计学院名称：能源与环境学院班级：学号：学生姓名：指导教师：2014年5月论文编号：20100112413050kW壳管式干式蒸发器设计50kW tubular DX evaporator design学院名称：能源与环境学院班级：学号：学生姓名：指导教师：2014年5月摘要换热器是化工生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间传递热量的设备，其中壳管式换热器应用最为广泛。

本设计为壳管式干式蒸发器的设计，换热器类型选择为U型管式换热器。

U型管式换热器仅有一个管板，两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，结构比较简单、价格便宜，适用于管、壳壁温差较大或者壳程介质易结垢需要清洗又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料。

U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。

随着国家对节能产品的提倡，满液式机组也越来越受到欢迎。

满液式机组与普通冷水机组的区别就在于蒸发器采用了满液式蒸发器，而普通冷水机组采用干式蒸发器。

满液式蒸发器与干式蒸发器二者的明显区别在于制冷剂流程的不同，满液式蒸发器制冷剂走壳程，制冷剂从壳体下部进入，在传热管外流动并受热沸腾，蒸汽从壳体上部排出。

干式蒸发器中制冷剂走管程，即制冷剂从端盖下部进入传热管束，在管内流动受热蒸发，蒸汽从端盖上部排出。

换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。

关键词：干式蒸发器，U型管式换热器，结构，设计计算IAbstractHeat exchanger is one of the important equipment in chemical industry ，it transfer heat between cold and heat fluid. In this heat exchanger the tubular heat exchanger is most widely used.This design is a tubular DX evaporator. The type of the heat exchanger is the U type heat exchanger. U type heat exchanger with a tube plate, both ends of which are fixed on the same tube plates, tubes can be freely telescopic, thermal stress, thermal compensation performance is good; tube with double tube pass, longer process, the flow velocity is higher, the heat transfer performance is good, strong bearing ability, simple structure, cheap price, applied to the tube, the larger temperature difference between the shell wall or shell pass medium easy scaling needs cleaning and not suitable for floating head type and fixed tube plate occasions, especially suitable for the tube away clean and not easy to scale the high temperature, high pressure, strong corrosive materials. U type heat exchanger main structure consists of a tube box, cylinder, head, tube, pipe, baffle plate, front panel and draft tube, short circuit protection structure, support and other accessories such as pipe shell.Flooded chiller is being more and more popular with our government’s promotion of energy saving products．The major difference between flooded chiller and normal chiller is their evaporator installed inside，flooded evaporator was installed in flooded chiller while DX evaporator in normal chiller．The obvious difference of these two kinds of chillers is their refrigeration passes．In the flooded chiller，refrigerant runs into shell from the bottom，then flows outside of heat exchanging piping，being heated and boiled，turns into vapor and being discharged from the top of shel1．In DX evaporator，refrigerant runs inside tubes．It enters tube bundles from the bottom of end cover，flows inside the tubes，being heated and evaporates，then being discharged from top of end cover．Heat exchanger is wide used in industry，special in energy consumption field. As energy-saving technology moving,，more serious heart exchanger will appear. Keywords：DX evaporator，U type heat exchanger，structure，design and calculation目录1 绪论 (1)1.1 课题的提出和研究内容 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题任务 (2)1.2 干式蒸发器 (2)1.2.1 干式蒸发器简介 (2)1.2.2 干式蒸发器与满液式蒸发器的区别 (2)1.3 壳管式换热器 (3)1.3.1 壳管式换热器简介 (3)1.3.2 壳管式换热器分类 (4)1.3.3 壳管式换热器的发展 (6)2 设计与计算的理论概述 (8)2.1 壳管式换热器的结构 (8)2.1.1 管程结构 (8)2.2.2 壳程结构 (8)2.2 管程和壳程数的确定 (9)2.3 流动空间的选择 (9)2.4 流体流速的选择 (11)2.4 流体流动方式的选择 (12)2.5 流体温度和流体终温的确定 (12)2.6 材质的选择 (12)3 结构初步设计计算 (13)3.1 设计方案确定/ (13)3.2 设计条件确定 (13)3.3 制冷剂质量流量计算 (13)3.4 冷冻水流量计算 (13)3.5 对数传热温差初步计算 (14)3.6 管长初步计算 (14)3.7 结构初步设计 (15)4 换热器计算 (17)4.1 壳程换热系数计算 (17)4.2 管内换热系数的计算 (18)4.3 制冷剂流动阻力及传热温差的计算 (19)4.3.1 制冷剂的流动阻力计算 (19)4.3.2 实际对数平均温差 (20)4.4 传热系数0K 及按内表面计算的热流密度i q (21)4.4.1 传热系数0K (21)4.4.2 按内表面计算的实际热流密度 (21)4.5 所需传热面积 (22)5 总体结构设计 (23)5.1 换热管设计 (23)5.2 壳体结构设计 (25)5.2.1 壳体壁厚的确定 (25)5.2.2 壳体直径的确定 (26)5.3 进出口设计 (27)5.3.1 壳程接管设计 (27)5.3.2 管程接管设计 (28)5.3 端盖设计 (28)5.4 管板设计 (28)5.5 折流板设计 (30)5.5.1 折流板型式 (30)5.5.2 折流板尺寸 (30)5.6 拉杆和定距管 (32)5.6.1 拉杆的直径和数量 (32)5.6.2 拉杆的位置 (33)5.6.3 定距管尺寸 (33)5.7 结构部件明细表 (34)6 U 型管换热器的制造、检验和验收 (35)6.1 换热器的制造 (35)6.1.1 换热器的主要受压部分的焊接接头 (35)6.1.2 管箱、壳体和头盖 (35)6.1.3 换热管 (35)6.1.4 管板 (36)6.1.5 换热管与管板的连接 (36)6.1.6 折流板、支撑板 (36)6.1.7 管束的组装 (37)6.1.8 换热器的密封面 (37)6.1.9 换热器的组装 (37)6.1.10 无损检测 (37)6.1.11 压力试验 (37)6.1.12 铭牌 (38)6.2 安装、试车和维护 (38)6.2.1 安装 (38)6.2.2 试车 (39)6.2.3 维护 (39)结论 (40)致谢 (41)附录 (42)附录1 换热器设计计算表 (42)附录2 换热器整体结构图 (45)参考文献 (46)1 绪论换热器是一种实现物料之间传递热量的节能设备，在石油，化工，动力，食品，轻工等行业应用普遍。

转炉干法除尘蒸发冷却器喷枪系统优化设计

喷头积尘。２）喷头法兰开裂的主要原因是喷头法兰太薄，
在烟气高温和氮气、水低温的交替工况下法兰变形所
平均颗粒小于１００ｍ，并且最大颗粒不超过某一数
值。
致，加大法兰厚度，并使温差范围缩小。
３）喷枪法兰垫损坏是由于使用蒸汽时冲击太大，法兰垫承受不了此种冲击造成。将使用蒸汽改为
金ｍ
矿
曲洹狮
祝础就
转炉干法除尘蒸发冷却器啧枪系统优化设计
河北钢铁集团宣钢公司规划发展处（张家口０７５１Ｏ０）郭小兰
【摘
要】蒸发冷却器是转炉干法除尘工艺的核
℃左右，同时２０％～４０％的粉尘在水雾的作用下被捕获、沉降，形成的粗粉尘通过链式输灰机送入粗灰仓。经冷却后的烟气进入圆筒形静电除尘器，电除尘
形刮灰器、底部链条式输灰机输送到细灰仓。经过静
电除尘器再次除尘的烟气经过轴流风机、切换站、煤
【关键词】蒸发冷却器
除尘
温度控制喷枪
干法
气冷却器分离、降温低于６０ ℃后进入煤气柜；氧含量＞１％的煤气通过放散阀、火炬装置点火后通过烟囱
心技术，其主要功能为冷却烟气、调比电阻、进行粗
除尘，而喷枪又是其核心设备，布置在余热锅炉系统汽化烟道的末端，喷枪雾化水效果的好坏，直接影响
器通过高压直流脉冲电源收集细粉尘，细粉尘经过扇
到该系统的稳定运行，因此喷枪的选择至关重要。

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干式壳管蒸发器的应用和优化设计
刘斌，特灵亚洲研发中心
摘要
干式壳管蒸发器（以下简称干式蒸发器）作为一种传统的换热器型式在风冷热泵和中低效的冷水机组中有着非常广泛的应用，它的优点是既可以节省制冷剂的充注量同时又具备良好的回油性能。

本文将首先简单介绍一下各种常见换热器的应用范围，然后着重就几个方面对干式蒸发器的设计和优化进行阐述，希望能对以后干式蒸发器的设计提供一些参考和启发。

关键词：干式，蒸发器，优化，设计。

1. 干式蒸发器的应用
目前在国内的冷水机组中，蒸发器主要有以下几种形式：满液式、干式、降膜式、板式和套管式，对于单回路系统它们的冷量应用范围大概如图一所示。

在大中型的冷水机组中，
壳管式换热器是最主要的换热器形式，考虑到成本和结构尺寸的限制，板式和套管式换热器主要应用于小型的涡旋和螺杆机组。

壳管式蒸发器主要有干式和满液式两种，对于热泵机组，考虑到能够在制冷制热两种工况下运行，干式换热器还是绝对的首选，满液式蒸发器在热泵上的应用相对来说还不成熟。

对于冷水机组，由于满液式蒸发器具有
更高的换热性能，已经受到越来越多的制冷设备制造商的青睐，但是其致命的弱点是机组的回油问题，特别是在低温工况下尤为严重，增加回油设备一方面增加了成本另一方面也降低了机组的可靠性。

干式蒸发器的应用则相对要成熟很多，采用干式蒸发器不需要单独的换热器回油设计，但是其缺点是系统效率却会有所降低。

干式换热器性能接近板式换热器，但对于象R134a 这类环保的替代工质，板式换热器在稍大的冷量范围内性能会因为制冷剂分配不均而有所降低而且价格一般偏贵。

随着国内空调行业的迅猛发展和新的国家强制性空调能效标准的颁布，高效和环保已经成为制冷空调行业的发展方向，因此对于在新型工质下如何提高这种运行可靠的传统换热器型式——干式蒸发器性能的研究是个很有意义的课题。

2. 干式蒸发器的优化设计
2.1. 设计参数的优化
要设计一个干式蒸发器，除了给定负荷还要给定蒸发温度、过热度以及进膨胀阀前的液体温度。

首先说一下蒸发温度对干式蒸发器设计的影响，一般来讲，越是高的蒸发温度，系统效率就会越高，但是干式蒸发器的尺寸也会急剧上升，这样总的机组成本就很有可能
随之急剧增加，另外，由于干式蒸发器本身结构形式的局限，经验表明在标准工况下其极限蒸发温度(满负荷下蒸发器出口饱和温度)约为3.6 o C ，所以一般情况下，干式蒸发器的设计温度一般不超过 3.6 o C 。

再来看看过热度对设计的影响，图二是根据设计好的干式蒸发器计算出的蒸发温度和过热度的关系（制冷剂为R134a ，初始蒸发温度设计值为3 o C ），由图可以看出随着过热度的增加，饱和温度急速下降。

因此在具体的设计中，对于给定的饱和温度，
当过热度增加，所需换热面积就要急剧增加。

可见干式换热器对过热度的选取非常敏感，过热度太低，膨胀阀开度不容易控制，容易造成液击；过热度太高，成本又会升高。

所以对系统而言，适当的蒸发温度和过热度选取，
是优化系统和换热器设计的一个关键，要综合考虑成本和性能因素。

2.2. 换热管型的优化
现在绝大部分的换热器都采用了高效传热管，对于干式换热器，主要是高效内螺纹管，管外考虑到水垢不容易清洗一般为光管。

试验表明[1]，高效内螺纹管管内换热系数至少是光管的两倍以上。

所以下面的分析主要是基于高效内螺纹管。

以某型号内螺纹管为例, 图三是对于相同制冷剂不同管径的管内传热系数比较，从图上我们可以清楚地发现，9.5mm 管径的管内传热系数明显要高于
15.9mm 管径的管内传热系数。

因此，如果采用小管径换热管，优势有两点：第一就是传热系数高，所需换热面积少，而且管径小管束也会比较紧凑，这样可以有效地减少筒体的尺寸降低成
本；第二，对于小管径比如9.52毫米的换热管，通常都是采用U 型管式结构，相对于传统的直管式，这种结构少了一个管板和水室，成本可以节约，而且制冷剂在管内的压降会有所降低。

当然U 型管的加工制造对工艺要求也相对比较高，对于不同的U 型弯头需要不同的加工模具。

另外由于这种结构只能采用2个流程，通常换热器筒身会比较长。

但总的来说，小管径U 型换热器由于其性能和成本上的优势还是很值得推广的。

2.3. 两相流分布的优化
一般来说，换热管供应商提供给我们用于计算的传热数据都是基于单管试验，而且是在一定的试验条件下所得的。

而实际上我们需要的工况比如蒸发温度、进口制冷剂干度等总是随着不同的设计而变化的。

为了消除这些潜在的不利影响，我们通常在设计计算时增加一定的设计余量如增加换热管的数量，但是这并不能解决蒸发器进口的制冷剂分布问题。

要想做到两相流的绝对均匀分布几乎是不可能的，但是我们还是可以采取一些措施来改善其分布，这对干式蒸发器特别是U型管换热器的实际换热效果致关重要。

首先我们可以在蒸发器制冷剂入口前增加经济器或者气液分离器，这样一方面可以降低蒸发器进口两相制冷剂的干度，改善其分布，另一方面可以增加系统的冷量，提高系统能效，对于风冷热泵机组或者低温冷水机组，经济器对系统能效的提高还是很明显的。

另外，我们还可以在蒸发器进口增加单独的网眼式分配器，通过相关试验我们发现一个成功的分配器设计至少可以增加管内传热系数30%以上。

分配器的设计主要取决于它的结构形式，分配孔的大小等等，可以通过DOE（试验设计）等方法来找到最佳的设计参数组合。

值得注意的是，设计时要注意控制分配器产生的压降，一个分配效果较好但产生很大的压降的分配器未必值得采用。

2.4. 计算过程的优化
在给定的设计条件下：换热负荷、蒸发温度、过热度、水侧压降等，如何让换热器的结构参数能够达到较好的组合呢，这就需要进行优化计算和设计。

我们知道对于干式蒸发器，为了增加水侧换热系数水侧要交错放置一定数量的折流板，折流板的间距会影响到水侧的传热系数。

而流程数则会影响管内侧的传热系数，因此这是两个非常关键的设计参数。

一般来说应该按照这样的顺序来进行计算：首先选取不同的换热管类型（不同的管径不同的管型等等），然后针对每个换热管选择不同的流程数，最后在同一个流程数下选取不同的折流板个数（即是改变折流板的间距）。

具体组合和顺序见附图四。

按照这样的组合计算然后比较最终的设计结果，通常换热面积最少的那个也就是我们需要最佳的换热器结构参数的组合，因为一般来说这个结果也是成本最低的。

当然在实际的设计中我们可以通过编制
2.5. 其他设计因素
在设计过程中，以下问题也是值得注意的：
●尝试折流板缺口内不布置换热管，因为这里的换热效果相对较差，这种设计可以减少
缺口的面积，提高水侧的换热系数。

●尽量使水流沿着垂直方向在壳侧流动而不是左右侧流动，这样可以避免水侧在垂直方
向产生温度分层对换热造成不利影响。

●进水管应布置在靠近制冷剂出口侧，这样无论制冷剂流程数是单数还是双数，都有利
于提高传热温差从而提高换热器性能。

3. 总结
总的来说，通过选取适当的设计参数、换热管型和改善制冷剂的分配效果，并应用合理的优化计算方法和结构布置，可以设计出相对高性能低成本的干式蒸发器。

同时，这些优化方法对其他类型的换热器设计也是具有借鉴作用的。

参考文献：
1.L M Chamra，R L Webb and M R Randlett. Advanced micro-fin tubes for evaporation.Int.J.Heat Mass Transfer，
1996，39，（9）：1827－1838。