表面蒸发式冷凝器在化工装置中的应用分析

严国兴，李茜，谭丽丽

（林德工程（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

表面蒸发式冷凝器因其结构简单、操作稳定性高的应用优势，使其在化工、石油、能源等工业行业中得到了广泛应用，该冷凝器设备可运用于高温、高压的工艺条件下，尤其在石油炼化装置中，表面蒸发式冷凝器因其本身设备运转周期长、运转费用低等优势，被业内人士的一致肯定。目前，我国化工行业发展迅速，石油炼化装置的应用越来越广泛，基于此，各大型装置生产之间的竞争愈演愈烈。但是，我们在选用何种装置时，首先要考虑的是该设备是否能为企业带来良好的经济效益。我们在工业生产过程中，一定会产生大量能耗，而在所有能耗中，工业用水消耗最大，这主要是因为所有装置的运行都需要大量用水使设备冷却，这样相互矛盾的问题就需要迫切解决。为了有效降低水资源消耗，需将冷却水循环使用，所以，目前国内外石化企业都在极力推广大量使用表面蒸发式冷凝器，慢慢的，水冷器就会逐步淘汰。

1 国内外蒸发式冷凝器研究现状分析

近年来，我国工业领域的大发展使得蒸发式冷凝器的需求量不断加大，并呈现出爆发式增长态势。蒸发式冷凝器之所以如此收欢迎，归结起来，主要源于它的结构比较简单，但同其他冷凝器相比，性能却呈现出过之而无不及的状态，越来越受到工业企业的垂青，相较于其他冷凝器销，其售市场销量一直是名列前茅。

蒸发式冷凝器的传热原理并没有想象中的那么复杂，然而，由于蒸发式冷凝器在传热过程中，会牵涉到相变换热的问题，所以，对于其数学模型的确立是非常困难的。随着近年来，人们对于蒸发式冷凝器的研究力度逐渐加大，其设备结构变得越来越简单，这一优势使得它在工业领域内的实际应用呈爆发式增长态势。然而，从还冷凝器应用技术发展实情来看，大部分欧美国家对蒸发式冷凝器的研究起步较早，所以，他们所取得理论研究成果最为丰富，研究水平也是最高的，远高出其他国家水平。

就拿美国来说吧，他们在供热制冷工程研究学报上发表了大量文献，并初步确立了蒸发式冷凝器的研究体系，基于该研究体系，蒸发式冷凝器制造技术也越发的完善，制造水平也相应地提高了许多。

而我国目前参与专门研究蒸发式冷凝器的大学主要有同济大学、西安交通大学、华中科技大学以及哈尔滨工业大学等，但这些研究机构所确立的研究方向仍然集中在冷凝器换热管选型及换热温度场的有限元件分析上，尽管以取得了不小进步，但研究时间毕竟不长，研究理论依然表现得不够充分，因此，对于工业行业来说，对于蒸发式冷凝器的应用依然具有较大的空间，相信随着研究力度的不断加大，我国蒸发式冷凝器的技术水平及应用普及程度必将能向世界一流水平冲刺。总而言之，国内外对于蒸发式冷凝器的研究已进入常态化，研究体系已逐渐成熟，脉络也日渐清晰，已呈百花齐放、百家争鸣的发展状态。由于欧美国家对于蒸发式冷凝器的研究较早，大部分设备技术专利都掌握在他们手中，真正的核心技术都被他们掌握，我们在开展工作时，设备成本就会相应提高。

2 表面蒸发式冷凝器的工作原理及传热特点分析

2.1 工作原理

表面蒸发式冷凝器主要由换热管束、换热填料、鼓风机、集水装置、水循环系统及箱体等6 个组成部分构成，相较于其他类型的冷凝器，内部结构是最简单的。一般情况下，换热管束主要由10#圆钢构成，换热管束均按2mm 的间隔进行排列；鼓风机需用到2 台，但功率无须太大，11kW/H 的小型风机足以胜任；集水装置主要由挡水板、集水槽、填料、补水阀等细小组件构成；水循环系统结构就更为简单了，只需要一台循环水泵和喷淋组件。在人们的脑海中，多数都会想当然地认为表面蒸发式冷凝器的工作原理是极其复杂的，但事实却相反，其工作原理非常简单，主要是运用循环水泵将水槽中水压送至换热盘管上方的喷淋器，再经高压喷头喷淋至光管管束上，从而形成匀速上下流动的水流，再经过风机的冷却，管束内的高温流体就会快速降温，管束外的喷淋水和空气换热效果就会得到明显提升，最终达到冷凝流经管束的高温流体的目的，具体工作原理详见图1。

图1 表面蒸发式冷凝器工作原理示意图

2.2 传热特点

（1）大多数情况下，表面蒸发式冷凝器会被应用于温度750 ～900℃中，但在具体工作实践中，必须设置预冷管束，这种冷管束可快速将低温工艺物流冷却到400℃以下。

（2）应用表面蒸发式冷凝器的实质就是运用冷却水使管束外水膜汽化潜热，将物料的全部热量带走，在这一点上，相较于干式冷凝器和湿式冷凝器，该型号冷凝器的总体传热效率更高，设备冷却速度更快，不仅能够有效降低设维修率，还能进一步降低设备运转成本。

（3）表面蒸发式冷凝器一般都呈是箱式结构，密封性较强，在具体应用过程中，不会对周边环境带来较大的影响，节水效果更优良。

3 表面蒸发式冷凝器在化工装置中的应用分析

在将表面蒸发式冷凝器应用于工业生产中，就会立刻显示出巨大的应用优势，以大庆石化公司一厂为例，之前该厂所使用的是空气冷却式冷凝器，为有效提升冷却效果，经厂领导商议决定，将其中的6 套设备改造为表面蒸发式冷凝器，当改造后的冷凝器被投入工作生产后，就可以及时解决掉塔顶冷却问题，塔顶热量会增大至47%，而回流冷却温度则会降低40℃左右；在保障质量的条件下，设备的加工能力会至少提升20%，经过一年的时间，人们惊奇地发现，它与空气冷却式冷凝器相比，操作成本节约了约12 万元使企业综合效益得到有效提升，同时，还使水泵、风机和水的综合能耗得到一定程度的降低。不光这些，设备操作员的日工作强度不再像之前那么高了，维护频率也有所降低，从另一角度讲，操作费用也有明显降低。

表面蒸发式冷凝器的应用优势被大家熟知后，各大工业企业都纷纷引进使用，如咸阳助剂厂、克拉玛依炼油厂、华北石化公司以及大连石化公司，他们在应用了表面蒸发式冷凝器后，都收到了非常好的成效，且均达到了节能减排的目的。例如，克拉玛依炼油厂至少一直应用的是裂解装置，年生产能力仅为45 万吨/年，但运用了这种新型表面蒸发式冷凝器装置后，年生产能力提升了28%。

2011 年年初，鞍钢引进了12 台表面蒸发式冷凝器，自从应用了该类型冷凝设备后，可严格地将炉壁热风炉阀门和冷却板温度控制在42 ～45℃，设备也得到了较好的保护。

2012 年，3 台表面蒸发式冷凝器被抚顺石化蒸馏厂引进并投入应用，仅2012 年，就实现了节水16 吨。

2013 年，广州某炼化公司考虑到气体分馏车间的碳四塔回流冷却效果一直无法达到工艺要求，就果断地将原来的空冷设备更换掉，引进了2 台表面蒸发式冷凝器后，碳四塔加工能力就迅速提高了18%以上。

之所以表面蒸发式冷凝器能够得到业内人士的一致肯定，并逐渐取代了传统的干式空冷器和湿式空冷器，究其原因，主要是因为这种冷凝装置所需资金投入较少、自身体积小及操作稳定性强等优势，可为冶金、炼油化工、电力等行业带来丰厚的经济回报，因此，越来越多的表面蒸发式冷凝器被应用到不同行业的工业生产中。

4 结语

从表面蒸发式冷凝器的实际应用效果分析来看，其本人所具有的应用优势可以使企业生产效率得到有效提高，还能为同类型设备的进一步发展提供优化参数支撑。在具体应用过程中，有了表面蒸发式冷凝器的有效运用，可有效避免相关问题的产生，达到降低装置能耗、实现提质增效的目的，因此，相信表面蒸发式冷凝设备研究力度的进一步加大，其应用功能会更加完善，对化工行业的进一步发展带来的价值更好。