节能型喷射蒸发器的研发

蒋旭，江楚标

（中空能源设备有限公司，浙江杭州310052）

制氧

节能型喷射蒸发器的研发

蒋旭，江楚标

（中空能源设备有限公司，浙江杭州310052）

介绍了残液喷射蒸发器的工作原理及当前应用的几种形式，详尽阐述了节能型喷射蒸发器的结构及工作原理，研发技术的关键所在，同时与其他形式对比，说明其优势及研发的意义。随着空分设备的大型化发展，开发节能型喷射蒸发器对于装置有较大意义。

节能型；喷射蒸发器；研发

1 前言

喷射蒸发器是空分设备中的重要装备之一，在空分装置试运行时，需要有初次含杂质排放以及大量不合格液态产品排放；空分装置在运行时，当产品纯度不合格或者受到污染时，需要将不合格气液态产品排放；当装置停车时，需要将装置上塔、主冷、下塔及管道内的低温液体排放，以使得装置处于安全状态。

这些低温液体皆是处于深冷状态，一般均在-180℃左右，如果直接外排，则会对装置基础及人员造成危害，将会使得水泥强度急剧降低，性能变差；人员若是接触低温液体会造成低温损伤，表面脱皮甚至更严重的后果。因此对于一套空分装置来说，低温液体的安全排放至关重要，均需要配置各种残液喷射蒸发器。

2 当前应用的四种残液喷射蒸发器

一般来说有蒸汽喷射蒸发器、空气（压缩机后，机组停车后无法用，大修时可以用）喷射蒸发器、残液贮槽及配套鼓风机式残液蒸发器等四种。

蒸汽喷射蒸发器一般是以压力为0.5 MPaG左右过热或者饱和蒸汽作为热源，蒸汽在喷射时会引流少量空气，但是热源仍以蒸汽为主，低温液体以一定流速喷洒入蒸汽流后，迅速吸热蒸发，体积膨胀流速增大，以较高速度流出。一般为了防止低温液体将蒸汽冷却至固态结冰，所以蒸汽的流量较大，由于流速较大，其噪音一般在120 dB左右，对工作人员的健康影响较大。蒸汽喷射蒸发器一般要具备蒸汽源，较为稳定。

空气喷射蒸发器一般以原料空气压缩机末级出口空气为热源，压力为0.5 MPaG左右，温度在100℃左右的热空气进入喷嘴，由于空气的饱和度低，所以出现液态水低温冻结的时量要小很多，同时允许运行的最低温度要低一些。但是空气非相变换热热值低，汽化时需要大量空气，在上述压力和温度的条件下，热空气的焓值为489.4 kJ/kg，相同压力和温度下的蒸汽的焓值为2674.5 kJ/kg，蒸汽要高达5倍；若以蒸发1 m3/h的低温液空为例，所需原料压缩机末级空气量为3.5 m3/h，这样一般装置的排放液体短时需要成倍的空气量，成本较大，同时噪音要比蒸汽喷射蒸发器要大很多。

残液贮槽是利用低温液体容器与自然环境的温差，进行缓慢蒸发。采用此种自然蒸发的方式其优点是节省能耗，缺点是时间较长，且所需要的贮槽容积要求很大，占地面积也大，一般1万等级空分装置至少需要500 m3的平底贮槽。当然其不能间隔时间较短时使用，只能等贮槽内液体量减小到一定程度后才能使用。

配套鼓风机式残液蒸发器其本质是与原料气压缩机做热源是相同的，但是以压缩机后原料空气作热源，当机组故障时会导致热源中断，而配套鼓风机式残液蒸发器恰好弥补了其缺点，启停不受限制，同时热源不需要太高压力，这样可以节省部分能耗。配置鼓风机式残液喷射蒸发器其气量可以在一定范围内调节，解决了来自空压机后的原料空气不太稳定，气量受限制（需要满足入塔空气量的要求）的难题，但是其对鼓风机的质量要求较高，配套鼓风机不仅应当满足各项性能参数，还需要注意鼓风机的低温运行情况、电机的保护等级及绝缘等级、润滑油脂性能（适用于富氧环境）、静电的产生环境（三角皮带传动时引起）和风机叶轮叶片的强度、振动等。因而投资上相对较大。

而上述四种类型的残液蒸发器，残液贮槽的投资较大，其余三种都需要比正常蒸发所需的气量多50%甚至1倍的气体去蒸发，才能保证低温液体不会喷洒在底部的水泥基础上，如果量较小，则会对水泥基础产生损坏，严重影响了其强度及性能，一般选择气量时均有70%左右的余量。所以三种喷射式蒸发器均存在能耗较大，且不可避免存在低温液体滴落在基础地面上的危险，这样会产生不安全隐患。

3 节能型喷射蒸发器的研发

节能型喷射蒸发器，即是采用对传统的蒸汽（或者空气）喷射蒸发器进行改进，将传统的喷射蒸发器蒸汽喷嘴处设置密封底板（材质为不锈钢），避免低温液体滴洒直接落在水泥地面上，同时在不锈钢底板上固定电加热盘管，当不锈钢底板上的测温点温度降低超过某一值时，电加热器启动加热，将滴落在不锈钢底板上的低温液体及冰进行加热使之挥发，当温度高于某一值时，则电加热器停止加热，处于不运行状态。这样既节能，又使得低温液体的处理安全。

研发方案就是通过将传统的蒸汽（空气）喷射蒸发器进行改进，在其喷嘴处设置不锈钢密封底板，同时在底板下面固定电加热盘管，对其进行加热，当温度低于一定值（可以设置）时启动运行，当温度高于一定值时停止，这样既防止低温液体洒漏对水泥基础造成损害，同时又实现节能，使得少量蒸汽（或者空气）即可满足正常运行，不需要消耗大量的富裕蒸汽（防止低温液体或者冰洒落至地面，需要通过高速流带走），同时噪音可降在90 dB以下。

节能型喷射蒸发器研制项目的主要研发内容如下：研究节能型喷射蒸发器的结构，确保结构合理，保证性能；计算所需电加热盘管的总长度；完成不锈钢底板的结构设计，并确定其抱箍数量及其在不锈钢底板上的布置。

4 节能型喷射蒸发器的工作原理

节能型喷射蒸发器组成结构由筒体、支座支腿、液体喷嘴、蒸汽喷嘴、扩速锥体、密封底板和电加热盘管组成，见图1，以下说明各部件功能作用及其工作原理。

筒体起到控制流速的作用，流速太大噪音太大；流速太小会导致未汽化的低温液体下落。

支座及支腿起到支撑的作用。

液体喷嘴起提高液体流速控制流量的作用，使其以一定量一定流速进入被汽化，流速太低流量太大不易被蒸汽冲散，会在局部形成低温区而导致下落。

蒸汽喷嘴起到提高流速的作用，高速蒸汽喷射出后冲击低温液体，既带动其上行，又传导热量使其汽化。

扩速锥体起到降低噪音的作用，由于低温液体被汽化后，其体积扩大800倍左右，流速激增，不扩速时会导致噪音过大。

密封底板起到防止低温液体滴落在基础地面的作用。

电加热盘管起到加热未被汽化且洒落在密封底板上的低温液体的作用。

（1）低温液体工作过程：低温液体自冷箱内排液管汇集至排放液体总管，通过V1阀控制其流量进入节能型喷射蒸发器，在蒸汽量一定，且噪音已经达到所承受限制时，若所测筒体温度TE1低于40℃（可调节）时，V1阀开度开始关小，当所测筒体温度TE1高于40℃（可调节）时，V1阀开度开始开大。控制通过逻辑程序模块UC001实现。

（2）蒸汽工作过程：蒸汽来自蒸汽管网，通过V2阀控制其流量；在噪音较低的工况下，若所测筒体温度TE1低于40℃（可调节）时，V2阀开度开始开大，当所测筒体温度TE1高于40℃（可调节）时，V1阀开度开始关小。当不锈钢底板温度TE2低于-50℃（可调节）时，V1阀全开。控制通过逻辑程序模块UC001实现。

（3）电加热盘管工作过程：当不锈钢底板温度TE2低于10℃（可调节）时，电加热盘管开始启动加热；当不锈钢底板温度TE2高于10℃（可调节）时，电加热盘管停止加热。控制通过逻辑程序模块UC002实现。

（4）节能型与其他类型比较（表1）

表1 节能型与其他类型比较

图1 节能型喷射蒸发器结构

5 结束语

随着空分装置规模的增大，各种工况及原因所排放的液体量越来越大，配套不同的残液蒸发器，其热源消耗也是不同的，当前各空分厂家基本上均选用以上形式。而对于6万等级以上特大型空分装置则是可以考虑选用低温贮槽低位置贮存来存放残液，当装置启动后有液体出现时，则可以倒灌入塔内，减小装置开车积液时间，从而节省能耗。

通过节能型喷射蒸发器的设计与开发，掌握节能型喷射蒸发器的核心技术，使之成为创新产品不断推广。该技术直接确立了在国内外空分设备的技术领先优势，有利于开拓新的市场，根据市场需求，该技术在大中型空气分离成套设备中有着非常广泛的市场远景，同时会有较大的节能意义。

Research and Development of Energy Saving Jet Evaporator

JIANG Xu，JIANG Chubiao
(Zoko Energy Equipment CO.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310052,China)

The work principle and currently used models of residual liquid jet evaporator are introduced.The structure,work principle and key points in research and development of energy-saving jet evaporator are discussed in detail;and at the same time the advantages and significance of research of the energy-saving jet evaporator are demonstrated through comparison with other models.With the large-scale development trend of air separation units,development of energy-saving jet evaporator has great significance to air separation units.

energy saving type;jet evaporator;research and development

TB657.7

B

1006-6764(2014)06-0029-03

2013－11－25

蒋旭（1983－），男，2009年毕业于西安交通大学过程装备与控制工程专业，工程师，现从事大型空分设备的设计及研究工作。