1 與上、下塔聯(lián)接整體的冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板式單元按單層排列,或者在塔外加輔助冷凝蒸發(fā)器。這種布置型式是較常規(guī)的一種,安裝方便,管道布置簡單,也較節(jié)省場地。
2 單獨布置的冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板式單元并聯(lián)置于圓筒形容器內(nèi),用管道和上下塔連接起來,為一單獨布置的冷凝蒸發(fā)器。此種結(jié)構(gòu)形式冷凝蒸發(fā)器與上下塔分開,不受截面限制,但增加了設(shè)備投資費和管路配置。
3 多層或雙層冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板翅式換熱器(主冷單元)按上、下兩層配置,布置在上、下塔之間,使有限斷面布置有盡可能大的換熱面積,使 冷凝蒸發(fā)器直徑與上下塔直徑大致相同,并對變負荷操作有利于獲得較好的操作穩(wěn)定性和可靠性,方便運輸,是一種較實用的結(jié)構(gòu)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造安裝較困難。
4 高熱流管殼式冷凝蒸發(fā)器
??? 這種冷凝蒸發(fā)器在管子內(nèi)表面沸騰側(cè)有一表面多孔薄層,管子外表面冷凝側(cè)為縱向凹槽。由于兩側(cè)相變換熱都得到強化,提高了總的傳熱系數(shù),減少了傳熱溫差,降低了設(shè)備能耗。同時因液體通過多孔表面循環(huán)速率高,能有效防止乙炔和碳氫化合物局部濃縮和積聚產(chǎn)生的爆炸危險,有利于設(shè)備安全運行。但其造價貴。
5 膜式冷凝蒸發(fā)器
??? 主冷放在液氧面之上,通過液氧泵把液氧壓入主冷,與氣氮一樣自上而下流過主冷的相鄰?fù)ǖ?,并進行換熱,使液氧蒸發(fā),氣氮冷凝。因為液氧在主冷通道內(nèi)是成膜狀向下流并蒸發(fā),故稱之為膜式冷凝蒸發(fā)器。由于冷凝蒸發(fā)器沒有液氧柱建立起的壓力差,故氧沸點不變,從而使主冷兩側(cè)的氧、氮溫差始終一致。
??? 由于主冷內(nèi)取消 了液氧柱,可以使主冷溫差降低,空壓機出口空 氣壓力也相應(yīng)降低。但安全性不如浴式主冷
冷凝蒸發(fā)器的典型結(jié)構(gòu)
??? 隨著鋼鐵、石油化工、煤化工等大型工程的興建 ,從減少設(shè)備投資、降低能耗和方便管理著眼,相應(yīng) 的要求與工程配套的空分設(shè)備也趨向大型化。根據(jù)我國工業(yè)發(fā)展的實際需求,冶金、石化、煤氣化等工程 已提出了與工程配套的空分設(shè)備的需求,我們通過試驗研究和對國內(nèi)外大型空分設(shè)備的分析,介紹與上下塔整體聯(lián)接的冷凝 蒸發(fā)器、單獨布置的冷凝蒸發(fā)器、雙層或多層冷凝蒸發(fā)器、高熱流管殼式冷凝蒸發(fā)器及膜式冷凝蒸發(fā)器五種典型結(jié)構(gòu)。
國內(nèi)外大型空分冷凝蒸發(fā)器可歸納為五種典型結(jié)構(gòu)。
1、與上、下塔聯(lián)接整體的冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板式單元按單層排列,或者在塔外加輔助冷凝蒸發(fā)器。這種布置型式是較常規(guī)的一種,安裝方便,管道布置簡單,也較節(jié)省場地。
2、 單獨布置的冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板式單元并聯(lián)置于圓筒形容器內(nèi),用管道和上下塔連接起來,為一單獨布置的冷凝蒸發(fā)器。
??? 此種結(jié)構(gòu)形式冷凝蒸發(fā)器與上下塔分開,不受截面限制,但增加了設(shè)備投資費和管路配置。(圖1)
圖 1單獨布置的冷凝蒸發(fā)器示意圖。
3、多層或雙層冷凝蒸發(fā)器
??? 將多個板翅式換熱器(主冷單元)按上、下兩層配置,布置在上、下塔之間,使有限斷面布置有盡可能大的換熱面積,使 冷凝蒸發(fā)器直徑與上下塔直徑大致相同,并對變負荷操作有利于獲得較好的操作穩(wěn)定性和可靠性,方便運輸,是一種較實用的結(jié)構(gòu)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造安裝較困難。(圖2)
圖2 多層或雙層冷凝蒸發(fā)器示意圖
4、高熱流管殼式冷凝蒸發(fā)器
??? 美國聯(lián)合碳化物公司從 70 年代起,在大型空分設(shè)備上采用**傳熱管殼式冷凝蒸發(fā)器。這種冷凝蒸發(fā)器在管子內(nèi)表面沸騰側(cè)有一表面多孔薄層,管子外表面冷凝側(cè)為縱向凹槽。由于兩側(cè)相變換熱都得到強化,提高了總的傳熱系數(shù),減少了傳熱溫差,降低了設(shè)備能耗。同時因液體通過多孔表面循環(huán)速率高,能有效防止乙炔和碳氫化合物局部濃縮和積聚產(chǎn)生的爆炸危險,有利于設(shè)備安全運行。但其造價貴。
5、 膜式冷凝蒸發(fā)器
??? 主冷放在液氧面之上,通過液氧泵把液氧壓入主冷,與氣氮一樣自上而下流過主冷的相鄰?fù)ǖ?,并進行換熱,使液氧蒸發(fā),氣氮冷凝。因為液氧在主冷通道內(nèi)是成膜狀向下流并蒸發(fā),故稱之為膜式冷凝蒸發(fā)器。由于冷凝蒸發(fā)器沒有液氧柱建立起的壓力差,故氧沸點不變,從而使主冷兩側(cè)的氧、氮溫差始終一致。
??? 由于主冷內(nèi)取消 了液氧柱,可以使主冷溫差降低,空壓機出口空 氣壓力也相應(yīng)降低。但安全性不如浴式主冷。
4 結(jié)論與分析
??? 大型空分設(shè)備冷凝蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)型式,通過上述分析可以得出以下幾點:
(1) 單獨布置冷凝蒸發(fā)器,降低了沸騰 通道內(nèi)靜液柱對傳熱溫差的影響和減小冷凝 通道內(nèi)冷凝液膜的熱阻,提高了換熱表面的 傳熱效率。計算表明,當(dāng)沸騰通道和冷凝通 道都采用當(dāng)量直徑 de=2 . 75mm 的翅片,單 元高度由 1800mm 降到 900mm 時,生產(chǎn)率提 高 8 % ~10 %。但此種結(jié)構(gòu)形式由于冷凝器 與上 下塔分開,雖不受截面限制,但增加了 設(shè)備投資費和管路配置,經(jīng)濟性較差。
(2) 林德公司采用的雙層冷凝器結(jié)構(gòu), 使有限斷面布置有盡可能大的換熱面積,使 冷凝蒸發(fā)器直徑與上下塔直徑大致相同,并 對變負荷操作有利于獲得較好的操作穩(wěn)定性 和可靠性,方便運輸,是一種較實用的結(jié) 構(gòu)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造安裝較困難。
(3) 沸騰側(cè)為多孔表面、冷凝側(cè)為縱槽 的**管殼式冷凝蒸發(fā)器,因它兩側(cè)換熱系 數(shù)都得到了強化,大大改善了氧、氮之間的 熱傳導(dǎo),總傳熱系數(shù)達到 9000 ~ 11000W / m2 · K ,比普通管子提高了 12~16 倍 ,是一種 較先進的冷凝蒸發(fā)器,但其造價貴。
(4) 膜式冷凝蒸發(fā)器,由于主冷內(nèi)取消 了液氧柱,可以使主冷溫差降至約 0 . 8 ℃ , 與浴式主冷相比 · 減少了 0 . 5~0 . 7 ℃ ,下塔頂 部壓力減少約 0 . 2~0 . 3kPa ,空壓機出口空 氣壓力也相應(yīng)降低,即空壓機能耗可降低約 2 % ~2 . 8 %,此種結(jié)構(gòu)型式的冷凝蒸發(fā)器是 目前世界上較先進的結(jié)構(gòu)。
(5) 狹縫微膜熱虹吸雙層冷凝蒸發(fā)器對 沸騰換熱具有顯著的強化作用,它的傳熱系 數(shù)達到 900W /m2 · K ,比常規(guī)板翅式冷凝蒸 發(fā)器提高了 1 . 5 倍左右,傳熱溫差下降 40 % ~50 %,且結(jié)構(gòu)簡單,制造方便 ,是我國自 行開發(fā)成功的新型冷凝蒸發(fā)器,它已在新一 代大型空分設(shè)備中得到應(yīng)用,將對我國空分 技術(shù) 發(fā)展有著重大意義。