大型空分装置冷凝蒸发器简介

阿楠

大家 谁有 图片 能 分享下吗？也谈谈 对主冷的 认识，
大型空分装置有两种类型的冷凝蒸发器（以下简称主冷），降膜式主冷和浸浴式主冷，降膜式主冷液氧是从主冷单元顶部自上而下在通道内流动，从而在翅片壁面形成液氧薄膜，在吸收相邻氮气通道自上而下的冷凝热而汽化，被蒸发的气氧流过液氧薄膜自上而下流动，主冷内不存在液氧液位，因而传热温差小（0.6~0.7K），下塔操作压力低。浸浴式主冷即主冷单元浸泡在大的液氧池中，液氧吸收相邻氮气通道的冷凝热而汽化，气氧自下而上流动，因液氧液位的存在，主冷底部压力较上部高，相应的液氧饱和温度也升高，造成主冷温差上下不均匀，即使最小处温差达到0.6K,其主冷的平均温差也将大于0.6K,通常主冷温差取1.1~1.3K,其下塔操作压力就较高。一般讲，主冷温差每降0.5K, 下塔操作压力就降低0.22bar，整套空分装置能耗即下降2.46%，按一套一万空分每年运行8400小时计，每年可省90万度电，按一套空分平均可使用20年，则共节约1800万度电,经济效益相当可观。现如今世界能源紧缺，设计节能型主冷，是当今的潮流。 降膜式主冷的节能优势是显而易见的，但也有他自身结构导致的致命弱点-安全性。氧通道内壁较浸浴式主冷更有可能产生“干蒸发”。而“干蒸发”的后果，浓缩的二氧化碳、氧化亚氮等杂质就容易析出，堵塞氧通道，进而引起危害更大的“死端沸腾”；且降膜式主冷液氧沿着通道内壁自上而下流动，其液氧薄膜不均匀，上厚下薄，导致液氧蒸发不均匀，液膜越薄的蒸发越快，也即在液膜较薄的下端,液氧中杂质浓度本身较上端浓的情况下，液氧蒸发越快，更容易析出杂质，若没有足够的液氧供应而保持一定的液氧液膜，一旦析出杂质，就会威胁主冷的安全。降膜式主冷**时有所闻，也是行业内选择它而需慎重抉择的原因。杭氧本着追求先进技术及节能的宗旨，长期以来与西安交通大学合作开发新型主冷,经多年的原理性试验及半工业试验，取得了较为丰硕的成果, 使得在保证同样性能的条件下，大幅度降低冷凝蒸发器体积和重量，或大幅度降低其传热温差，并提高其运行安全性及可靠性。从而申请了两项专利，专利名称分别为“类环状流双相变换热器”（专利号为：ZL 96 1 18734.4），属于发明专利；“双沸腾型冷凝蒸发器”（专利号为：ZL 00 2 26629.6），属于实用新型专利。而且将此专利的新技术首先应用于150m3/h制氧机上，新技术的使用，提高了整套制氧机的性能，获得了用户好评，因而该新技术在国家发明一等奖空缺的情况下，最终获得2001年度国家发明二等奖的殊荣。该主冷首次采用特殊通道比例作为基本换热单元，构成双沸腾型冷凝蒸发器，使冷凝蒸发器的总传热温差得到大幅度降低,达0.6～0.7K，与降膜式主冷传热温差基本一致。该新型主冷还首次采用类环状流沸腾传热强化机理和紊流液膜冷凝传热强化机理，多路补液结构，强化沸腾通道传热；提高冷凝通道中氮气的流动速度，强化冷凝通道的传热。使总传热系数在传热温差不变的情况下，达到848 W/m2.K，传热系数有较大幅度提高，新型主冷的比体积、比重量、比传热面积，均比同类产品明显减小。应用此新型主冷的杭州钢厂6500m3/h制氧装置运行稳定，易于调节，主冷液氧积液快，使装置启动快，操作弹性好。在系统短暂停车后，新型主冷仅需20分钟就能恢复正常供氧纯度，而其它浸浴式主冷装置一般需2个小时左右才能恢复正常供氧纯度。应用《双沸腾型冷凝蒸发器》实用新型专利中的技术，成功实现了对宝钢30000m3/h进口制氧装置中原单独安装的冷凝蒸发器的技术改造，减小了主冷的体积，使之直接安装在上下塔之间，简化了配管，降低了制造成本。新型主冷的节能优势，与降膜式主冷相近，而其本身的安全性则大大优于降膜式主冷，这是由新型主冷的以下几点主要特点所决定的。 1.合理的蒸发侧翅片: 1.1通道中液膜由于表面张力的作用，流通截面的中部液膜厚度为平均液膜厚度的30%~50%，中部液膜最薄，蒸发最快，引起中部液体杂质浓度迅速增加，四周液体补充不及时，导致中部液膜更薄，在一定条件下会导致固体在此析出（如图1）。而一旦析出第一个点，由于表面张力的作用，在析出物上凸起的液膜更薄，析出物会更多，最终通道中部堵塞,形成象腰子形的通道（如图2）。通过定量分析计算，可以得出：翅片高度和翅片节距比小的通道，翅片四周处向中心补液的条件就好，不易析出固体颗粒,安全性好,反之效果就差。 1.2选择合适的翅片节距，通常翅片节距越大，翅片单位传热面积越小，则相同温差和热负荷下，主冷单元所需体积就大，不经济。且液氧中含有一定浓度的甲烷，乙炔等烃类及氧化氮，氧化亚氮，一氧化碳等，其固态颗粒的比重烃类最轻，氧化亚氮最重，当固体颗粒的平均直径为0.4mm时,则固体颗粒最轻的为2.345E-8Kg, 最重的为5.376E-8Kg,而气体向上的拉力需大于固体颗粒的重量，固体颗粒才能被带离通道内部，否则固体颗粒停留在通道内部，反而成为一个集结固体颗粒的核心。经计算翅片节距越大，气体向上的拉力越小，新型主冷的拉力可带走0.41mm的最重颗粒，是普通主冷的拉力的两倍。从而根本上消除了主冷不安全因素。同理，新型主冷的气体携带液氧液滴的能力也是普通主冷的2.6倍,使得主冷通道内不易形成干蒸发。 2.独特的补液措施: 主冷单元液氧通道内长度方向上采用特殊结构形成多路补液(如图3)，使得大容器中杂质浓度相对低的新鲜液氧不断补充进来，大大降低了液氧产生浓缩的可能性，从而避免固体颗粒的析出；同时，将长的液氧通道分成数段短通道，降低了微小颗粒产生静电的机率。 图1 图2 图3 3.合理的流道布置: 通过合理布置翅片及导流片， 液氧通道内尽量保证液体的流通，不留死角，杜绝液氧在死角处产生浓缩。综上所述，新型主冷不仅具有降膜式主冷节能的优点，又有浸浴式主冷的特点，并采用了多路补液结构方案，降低了蒸发通道中易燃、易爆有害杂质的浓缩及由此引起的通道堵塞的可能性，提高了装置的运行安全性。是真正意义上的安全性高效冷凝蒸发器。

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谢谢楼主