蒸發式冷凝器的節能運用
史金安（郴州華湘化工有限責任公司動力廠 ）
摘要：對製冷系統進行節能設改造，把冷凍站的立式冷凝器改為蒸發式冷凝器，製冷系統執行工況改善，降低冷凝壓力，提高製冷效率，降低電耗。
關鍵詞：蒸發式冷凝器製冷節能降耗冷凝壓力
the evaporative condenser's energy conservation utilizes
shi jinan
(chenzhou china hunan chemical industry limited liability company power plant)
abstract: carries on the energy conservation to the refrigeration system to suppose the transformation, stands the vertical condenser the freezing to change the evaporative condenser, the refrigeration systems operation operating mode improvement, reduces the condensing pressure, raises the refrigeration efficiency, reduces the electricity to consume.
key word: the evaporative condenser， refrigeration ，energy conservation falls consumes， condensing pressure
0、引言
「十一五」規劃提出了節能降耗和汙染減排目標，並作為約束性指標。堅定不移地實現這兩個約束性目標，對於推動經濟增長方式轉變、加強節能環保工作具有十分重要的意義。充分認識節能工作的重要意義，進一步做好節能降耗工作。
製冷行業的能耗問題也越來越受到重視，對製冷系統進行節能設計與節能改造並制定了一系列的能效標準，對節約能源是十分重要的。根據公司工作會精神，做好節能降耗工作。按照公司的節能降耗指標，對冷凍站製冷系統做節能改造。
1、 製冷系統改造前的情況
冷凍站是我分廠供冷凍水的關鍵崗位，直接關係到公司的安全和生產。總製冷量1.3萬kw，為公司pvc糊樹脂生產提供5℃冷凍水。
為了確保冷凍水的正常供給，工藝指標合格，必須優化製冷系統，提高系統執行效率。以前用的冷凝器是建廠初期的裝置，長期滿負荷執行，腐蝕老化，換熱管結垢，換熱效果差。特別是夏季高溫天氣冷凝溫度、壓力公升高，導致製冷量下降。
還使氨製冷系統處於高壓危險狀態。為此，必須對製冷系統冷凝器做節能改造，提高製冷效率。通過把冷凍站的立式冷凝器改為蒸發式冷凝器，使製冷系統執行工況大大改善，降低冷凝壓力，提高製冷效率，達到節能降耗的目的。
2、 蒸發式冷凝器的工作原理
蒸發式冷凝器是一種高效節能的換熱裝置。由於傳熱效率高、結構緊湊和安裝方便等優點，目前已經在製冷系統中得到廣泛的應用。根據調查美國和加拿大62 個公用冷庫製冷裝置中，蒸發式冷凝器的應用約佔81%。
【1】上世紀8o年代起，我國的化工行業和食品冷庫工程也開始採用蒸發式冷凝器代替水冷式冷凝器，二十多年來的應用實踐證明它有明顯的節能效果。
蒸發式冷凝器的優點：①可使介質冷卻至環境溼球溫度5℃：②占地面積節省1倍以上；③操作費用節省35．5％；④投資費用節省15％：
⑤傳熱效率提高40％以上：⑥適用於溫度<170℃ ，壓力<20 mpa」的場合：⑦節水、節電效果顯著：
⑧特別適合於目前全球氣溫變暖、水源緊張的情況；⑨適用於石油化工、食品冷藏、醫藥衛生、化工化肥生產、煤炭開採、水利建設等眾多領域。【2】
蒸發式冷凝器是以水和空氣共同作為冷卻介質，主要是利用部分水蒸發時吸收製冷劑氣體的熱量實現製冷劑的冷凝。主要由冷凝管組、淋水裝置、擋水柵、集水盤、迴圈水幫浦及風機等組成。其工作原理是：
製冷系統中壓縮機排出的製冷劑高壓過熱氣體經過蒸發式冷凝器中冷凝排管，使高壓高溫氣態的製冷劑與排管外的噴淋水和空氣進行熱交換。相當於把殼管式冷凝器和水冷卻塔系統，水幫浦綜合為一體。能耗低，安裝簡便，阻垢效能好。
2-1 蒸發式冷凝器原理示意圖
3、 蒸發式冷凝器選型的方法
目前蒸發式冷凝器選型方法主要有兩個：一是依據冷凝器的熱負荷進行選擇；二是依據製冷系統的製冷量進行選擇。目前常用的方法主要是依據冷凝器熱負荷選型，其步驟為：
a) 確定系統所需的總排熱量，總排熱量為壓縮機製冷量與電機耗功之和；
b) 確定設計條件、冷凝溫度和溼球溫度；
c) 根據排熱係數圖表（由冷凝溫度和溼球溫度確定）查出負荷修正係數；
d) 系統的總排熱量乘以排熱係數，確定修正後的排熱負荷，選擇合適的型號；
本選型方法只適用於活塞式或螺桿式製冷壓縮機組成的製冷系統。如果螺桿式製冷壓縮機的油冷卻器的冷卻水是獨立的，則上面的總排熱量應減去油冷卻器的熱量，然後再選型。
4、 蒸發式冷凝器節能分析
一般情況下，立式水冷式冷凝器的進出口水溫差為2～3℃，臥式水冷式為4～6℃。理論上，在水冷式冷凝器中，1kg 的冷卻水能帶走8.37～25.
12kj 的熱量，而1 kg 水在35℃的常壓下汽化潛熱為2418kj/kg。因此，蒸發式冷凝器所需的理論耗水量只為水冷式冷凝器的0.3％～1％。
同時它省去了冷卻水在冷凝器中顯熱傳遞階段，使冷凝溫度有可能更接近空氣的溼球溫度，其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統低3～5℃，比風冷式冷凝器低8～11℃，這大大降低了壓縮機功耗。【3】
蒸發式冷凝器製冷系統與風冷式冷凝器製冷系統相比，壓縮機的動力消耗可節約30%以上；與冷卻塔-水冷式冷凝器製冷系統相比壓縮機的動力消耗可節約10%以上 。【4】
同時，由於迴圈水量的減少，水幫浦的動力消耗也明顯降低。蒸發式冷凝器的風機動力消耗，與水冷式的冷卻塔相近。由於降低了水幫浦的揚程與流量，幫浦的動力消耗約為冷卻塔和管殼式冷凝器相結合的系統的四分之一。
文獻[5]指出，蒸發式冷凝器相對於立式水冷式冷凝器可節電80％以上，相對於臥式水冷式冷凝器可節電10％左右。因此，蒸發式冷凝器受到國內外工業製冷使用者的普遍青睞。
為了節能降耗，降低冷凝壓力，提高製冷效率, 我廠把冷凍站6臺立式冷凝器改用3臺蒸發式冷凝器。冷凝壓力下降了近0.4 mpa，提高了製冷效率。
4.1製冷系統效能曲線圖
以一台lg25螺桿冷凍機組系統為列，冷凝溫度35℃，蒸發溫度0℃；
圖4-1 lg25螺桿冷凍機組系統效能曲線圖
如上圖所示：
當冷凝壓力p1 =1.07 mpa,冷凝溫度tk1 =30℃時,製冷量q1 =2850kw，當冷凝壓力p2=1.46 mpa,冷凝溫度tk2 =40℃時,製冷量 q2 =2600kw，可以得出：
降低冷凝壓力，製冷量明顯提高。
冷凝壓力的高低對系統執行的效率影響很大。通常來講，冷凝壓力過高，會使得壓縮機排氣溫度上公升，壓縮比增大，製冷量減少，功耗增加，甚至有可能引發安全事故；所以適當降低冷凝壓力可以提高製冷效率。
圖 4-2改造前製冷工藝系統示意圖
圖 4-2改造後製冷工藝系統示意圖
4.2 改造執行效果
改造前後06、07年12月—08年5月製冷系統執行的資料進行統計分析，改造前後的能耗比較表
改造後製冷系統執行工況大大改善，降低冷凝壓力，提高製冷效率，降低能耗,年節約電費130多萬元。
5、執行管理
5.1 應盡量降低冷凝溫度
製冷機執行與管理中，應盡量降低冷凝溫度。蒸發溫度不變，冷凝溫度越高，製冷機的單位耗功越大，單位製冷量越小。在製冷機實際操作和管理中，可採用以下方法降低冷凝溫度：
對於蒸發式冷凝器，可增加冷卻水量或增加冷卻風量。冷凝器應定期清潔除垢，經常放空氣、放油。因為不凝性氣體會佔據一定的空間，減少冷凝器換熱面積，影響傳熱。
水垢和油的導熱係數都較小，在傳熱表面形成熱阻，會使冷凝溫度公升高。
降低冷卻水溫度可以提高蒸發式冷凝器換熱係數，資料表明：在相同的操作條件下迴圈冷卻水溫度降低1.1～2.
0℃，蒸發式冷凝器傳熱系數分別提高了7.2%～16.9%。
[6]所以執行中盡量降低冷卻水溫度，也可以提高製冷效率。
5.2 腐蝕和結垢處理
蒸發式冷凝器是靠水的蒸發吸熱，然而水中的礦物質會逐漸吸附在換熱器表面形成水垢，而水垢的導熱係數僅為1.7 w/ (據實驗資料，當結垢厚度為0．5㎜時，冷凝壓力會增加 o.15 mpa，增加耗電19％，結垢厚度為 1㎜，冷凝壓力上公升0．22 mpa，增加耗電39%。
[6]空氣中的雜質經常進入迴圈水，使危害更加嚴重，如果這些雜質和汙物不能有效控制，會引起結垢、腐蝕和泥漿積聚，從而降低傳熱效率，增加執行成本。
因此，蒸發式冷凝器的用水應軟化處理，還應定期沖洗pvc填料，進行除垢。冷卻水ph值在6.5～8.0範圍內，冷卻水盤每一月換水清洗一次。
防止裝置「白鏽」，白鏽就是積聚在鍍鋅鋼表面上的白色、蠟狀和破壞鋅層的腐蝕物。可以通過從系統中定期放出一部分迴圈水來控制濃縮週期，排出的汙水可以通過用新鮮水重新補足，從而控制雜質的積聚，排汙可根據水質情況來確定。
6 結語
蒸發式冷凝器具有系統執行費用低、節省初投資、節約場地等優點，製冷系統改用蒸發式冷凝器後，優化了制冷冷系統，降低了冷凝壓力，提高了製冷系統的安全性和製冷效率。確保了公司生產連續穩定執行，為公司節能降耗做出了貢獻。
蒸發式冷凝器要按要求定期維護清洗，提高裝置的換熱效率和延長使用壽命，這樣讓才能更好的達到節能的效果。
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