化工设计中常用冷凝器的设计选用分析

曹海燕

（常州海鸥化工设计研究院有限公司，江苏常州 213000）

化工企业在生产过程中需要做到对化工原材料的合理利用，通过科学合理的化工工艺设计，采取适宜的生产技术和装备，更好地提升原料利用率和成品率，从而满足化工生产的相应需求。因此在进行实际生产之前，首先需要结合化工企业的生产目的、技术装备条件和现有技术基础，在原有工装的基础上做好生产工艺改进设计。在化工企业工艺设计的实践过程中，为了让化工生产过程能够更加稳定、可靠，常用冷凝器的设计选用是非常关键的一项基础性工作，只有确保冷凝器的合理选择，才能为化工生产提供可靠的技术保障[1]。基于此，本文对化工设计中常用冷凝器的设计选用进行研究，有利于更好地对常用冷凝器进行合理控制，使之能更好地满足实际生产的需求，从而全面提升冷凝器的应用价值，确保化工企业的健康发展。

1 常用冷凝器的相应研究

为了满足实际生产要求，需要结合现实状况，做好冷凝器的合理选择。所以设计中首先要明确冷凝器的实际作用，避免选择不合理的问题，从而全面提升冷凝器的应用价值，通过工艺设计达到质量提升，最终推动化工企业的快速发展。

1.1 概念

常用冷凝器是化工企业冷却的基础，使用冷凝器可以以制冷机的制冷原理为基础，压缩机的作用是将压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，促使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入压力较低的工质蒸汽，将压力较高的蒸汽运送到冷凝器中[2]。在冷凝器内，通过节流阀作用，压力较低的液体就会被送入到蒸发器当中被吸热蒸发，使得液体成为压力较低的蒸汽后，再被运送到蒸发器的入口处，从而实现制冷循环的全部过程。

1.2 蒸汽压缩式的制冷原理

这种制冷方式也是一种常用的制冷方式。蒸汽压缩制冷系统，主要包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀几个部分，它们是相互连通，互相配合的。通过这几个部分的相互协同运作，就能实现制冷过程的不断循环，并且还能够实现热量的合理交换，从而满足化工生产的相应需求，全面提升化工生产的效率和质量。

1.3 制冷系统的工作原理

为满足制冷系统的工作需要，需要结合现场情况，对制冷系统的工作原理进行研究，确保实际工作中，能够满足制冷系统正常运行的相应需求，降低各类影响因素给制冷系统带来的干扰。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量后，气化成为温度相对较低的蒸汽，被压缩机吸入之后再被加工成为高压高温的蒸汽，这部分蒸汽进入到冷凝器当中，在冷凝器的工作下，会变为高压液体，再经过节流阀的作用，使之成为低温的制冷剂。然后再将其运送到蒸发器当中，从而实现循环使用，满足一个制冷循环的相应需求。在这一个循环工艺的设计中，一定要结合生产实际情况和真实信息，做好相应内容的控制，旨在满足实际工作的相应需求，从而提升冷凝器的应用价值。

2 存在的一些问题及处理方法

针对冷凝器的设计选型，要想满足实际生产需求，就需要针对冷凝器做好深入的研究，从而能够合理设计选择冷凝器，以降低影响因素给冷凝器选择带来的干扰影响。单组分的冷凝，虽然不具备化学变化的相应特征，但还是会因为气相分率的明显变化，使得介质在冷凝器中出现气液两种形态的较大变化，因此不能简单按照进出口温度值直接进行计算，这样所获得的传热平均温度的结果是不准确的，是无法描述真实情况的，所以需要结合实际情况来合理的对相应内容进行控制。随着冷凝过程的进行，气相关系曲线和温度、汽化率关系曲线，它们之间具备一定的非线性特点，这就更加不能按照出口温度值对传热平均温度来进行计算。所以结合上述内容，分别对冷凝管、过冷段和过热段几个部分采取不同的计算方法，确保传热平均温度计算的合理性，从而确保冷凝器选择的合理性，使之更符合实际应用的需求，保证化工设计的良好效果，确保生产安全、稳定。

2.1 冷凝段

冷凝段，可以将冷凝过程分割为若干个小段。在计算时，需要先对每一个小部分进行计算，对其相应的温度分段点和气相分率进行计算，再由平衡关系对冷流体各点温度进行分析。能够得到各小段的传热平均温差，再以这部分计算结果为基础，进行加权平均的计算，通过以上步骤来对传热平均温度进行合理计算，可以满足化工设计的相应需求。

2.2 过冷段

对于过冷段的传热计算，在一般情况下，只对管程进行计算即可。实际计算中，由于壳程属于过冷，所以在实际控制中，主要是以操作控制来实现的。当设计选用传热面积留有较大余量时，在操作中就可以使用冷凝液段，或是过冷段。通常情况下是很难保证过冷段的传热系数，因此当过冷段的热量所占比例相对较大时，就实现一台后冷器的设置。对于管内全凝过程，过冷段能以单纯液体显热传热过程为基础，展开相应计算。对那些不含凝气蒸汽的冷凝过程，如果有过冷段的存在，就需要按照冷凝两相流动传热的方式，展开相应研究，当凝气的重量相对较小时，所占比例也会相对较低，因此体积分率则可能相对较大，所以此时可以按照两相流体传热过程展开相应计算。

对于同时存在冷凝段和过冷段的情况，在计算时就需要将过冷段单独作为一部分，展开相应计算，并和冷凝段的计算分开，这样更能降低影响因素给计算带来的干扰，保证计算过程的合理性和计算结果的有效性，确保冷凝器的选择更加合理。

2.3 过热段

结合冷凝器工作原理的基本情况，可以看出在冷凝器的工作过程中，过热阶段是十分重要的，当几股气相混合后展开相应的冷凝作业时，会因为压力的降低，使得冷凝器的进口状态成为过热状态，而热量值直接进入冷凝段。因此在计算时一定要考虑进口温度的合理性选择，一般可以选择露点温度。当过热段的热量占比例较大时，需要单独进行过热段的传热计算，可以先分别按照湿壁和干壁进行思考，确保管壁温度低于冷凝介质露点温度这一假设。再将过热段作用气体传递过来的传递过程进行处理和分析，在进行传热温差的计算时，需要注意湿壁机理冷凝介质的温度受到露点温度的影响。为了满足实际工作的相应需求，要对过热段气相温度进行合理选择，一般可以选择实际的过热段的气相温度，所以，可以按照如式（1）进行计算。

qW：湿壁，qd：干壁机理计算的热量，KW、ΔTW：按湿壁机理计算的过热段传热系数和传热温差；Kd、ΔTd：按干壁机理计算的过热段传热系数和传热温差。

按上述公式对传热平均温度进行计算，就可实现对冷凝器的合理选择，确保冷凝器在服务中能够保持相应作用，满足实际工作的相应需求，降低冷凝器选择不合理所带来的影响，全面发挥冷凝器的服务作用。

3 常用冷凝器的设计选用

3.1 冷凝器类型研究

为了保证冷凝器的合理性，设计时必须要结合冷凝器的基本情况进行合理选择，确保冷凝器在系统中能够发挥较好的价值，从而保证化工设计的效果，为化工企业后续稳定生产奠定基础，全面推动化工企业的健康发展。

3.1.1 套管式冷凝器

这种冷凝器同样是一种常见的冷凝器，在实际应用中，也具有较好的应用价值，能满足实际应用的相应需求，降低影响因素带来的干扰。实际工作中，制冷剂的蒸汽会从上方进入到外管间的空腔之中，实现冷凝的相应工作。液体在管外、底部依次流下，直至达到贮液器中，从而满足实际应用的相应需求。冷却水会从冷凝器的下方流出，它与制冷剂之间，会呈现逆流的方式。套管式冷凝器有2种不同类型的管子组成，主要适用于小型氟利昂空调机组中，一般用于制冷量小于25kW的制冷装置中。

3.1.2 蒸汽冷凝器

在化工设计实践中，蒸汽冷凝器也是一种常被利用的冷凝器。在实际应用中，可以用于蒸发器末效二次蒸汽的冷凝，而且能够实现末效蒸发器的真空度。

（1）喷淋式冷凝器。这种冷凝是蒸汽冷凝器中比较常见的一种，冷水从上部喷嘴喷入，蒸汽会从侧面的入口处进入，蒸汽和冷水充分接触后，蒸汽就会实现冷凝，从而变化为液体，再从下部流出，同时不凝气体也可被带出，从而满足蒸汽冷凝器的工作要求。

（2）充填式冷凝器。这种冷凝器，同样是蒸汽冷凝器中的一种常见类型。实际应用中，蒸汽会从侧管进入，并与上一面盆下的冷水接触，实现冷凝的作用。同时，被充填的瓷环材料被淋湿后，就会导致冷水和蒸汽的接触面积进一步增加，蒸汽冷凝成水后，会从下部管路中流出，而这时存在的不凝气体也会被真空泵抽出，从而保证冷凝器中的真空度。充填式冷凝器在实践运用中具有很好的效果，能够满足化工企业的生产规范标准和稳定运行需求。

（3）淋水或筛板式冷凝器。在实际设计中，为了更好地满足冷凝效果，可以采用这种冷凝器，目的是增加冷水和蒸汽的接触面积，这种设计方式可以在实际应用中实现混合冷凝，不仅能够保证冷凝器的基本功能和作用，而且还具有的结构简单、传热效率相对较高等优势，不仅可以有效提高冷凝的效果，而且还能降低腐蚀问题的发生概率，使得冷凝器的实际应用价值在化工设计中得到全面提升，适用范围更广。

3.1.3 锅炉用冷凝器

这类冷凝器就是锅炉使用的冷凝器，这种冷凝器通常也被称之为烟气冷凝器。在实际应用中，这类冷凝器具有较好的节能效果，不仅可以提升锅炉的热效率，还能满足国家节能减排的相关要求，能为应用场所节约一定的运行成本，且具有很大的推广运用前景。

3.2 二次蒸汽冷凝器的设计

蒸汽冷凝器是化工设计中的关键部分，在生产实践中有着广泛的应用范围。因此，在化工设计过程中，可以结合实际需求情况，对蒸汽冷凝器进行更加充分的合理利用，全面提升冷凝器的服务能力，降低影响因素给冷凝器带来的干扰，更好地满足化工生产的相应要求。结合实践应用需求，在化工设计中选择蒸汽冷凝器时，为了满足蒸汽冷凝器的使用需求，可以对二次蒸汽冷凝器进行合理应用。在实际使用中，需要对二次蒸汽冷凝器进行设计，确保二次蒸汽冷凝器满足实际要求，保证生产运行的稳定可靠。

（1）在对化工蒸发设备加热时，就可以利用二次蒸汽冷凝器，其中换热器是实现传热过程的基本设备，而且也是比较典型的传热设备，在化工领域具有较好的利用价值，能够有效提升蒸汽冷凝器的利用价值，从而满足工业设计发展情况，提高工业设计的质量，使得工业设计能够满足相应实际工作的需求。为了满足相关工作的需求，要结合化工设计的实际情况，合理展开二次蒸汽冷凝器的设计工作，确保二次蒸汽冷凝器在使用中可以满足实际应用的相应要求。

（2）为了进一步对二次蒸汽冷凝器进行利用，需要对具体的工艺流程和结构进行研究，确保实际工作中，流程和结构都能满足现场情况。具体的流程中，饱和水蒸气从化热器壳程上方进入，冷凝水则从由壳程下方排出。而冷却水也需要进入其中，冷却水则由下方的入口处进入，再从上方排出，这样一来，就能满足二次蒸汽冷凝器设计要求。具体工作中，流体所走的管程，会明显增加冷却水和蒸汽的接触面积，从而有效提高蒸汽的冷却效果，满足冷凝应用要求。当温差较大时，需要在壳体上增加一个膨胀节的焊接，可以更好地应对弹性变形，避免膨胀程度过大形成破坏，确保冷凝器的功能和作用，降低安全隐患的发生概率，全面提升冷凝器的服务能力。

（3）结合上述的基本情况，进一步对二次蒸汽冷凝器的结构进行研究，明确结构的基本情况，有助于二次蒸汽冷凝器的合理利用。壳体和钢板选择焊接的方式进行连接，确保它们之间能够合理配合，从而降低影响因素给冷凝器带来的干扰。管式的换热器具有便于制造、成本低廉、换热效果好及表面清洗容易，甚至还有较好的适应性等特点，因此非常符合化工设计的相关标准要求，不会给化工设计带来负面作用，且可以全面提升冷凝器的服务能力，降低隐患带来的不利影响，从而全面发挥冷凝器的功能和作用，使得化工生产的相关工序得到冷凝器的合理支持。

（4）方案的确定。为了满足冷凝器的设计选用需求，需要对蒸汽冷凝器进行合理控制，确保二次蒸汽冷凝器的选择能够满足需求，从而提高冷凝器的应用价值，保证冷凝器在化工设计中的应用是合理的，使其应用价值得到体现，满足工业生产的相应规范。

4 结束语

结合化工设计的基本情况，对化工设计中的冷凝器设计选用进行研究，并对冷凝器设计中的问题及处理方法进行探讨，旨在满足冷凝器的使用标准，全面提升冷凝器的应用价值，降低各类因素给冷凝器带来的负面作用，确保冷凝器可以更好地在化工领域发挥相应的作用，全面提升冷凝器的服务能力。选取二次蒸汽冷凝器，并通过合理的设计应用，旨在更大地发挥出二次蒸汽冷凝器在实际应用中的作用和价值，最终推动化工设计质量的全面提升，提高冷凝器的服务效果，推动化工企业的健康发展。