水浴式汽化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之我見

黃永福

摘要：水浴式汽化器應(yīng)用于石化、天然氣等領(lǐng)域的石油裂解、汽化液態(tài)天然氣、液氧、液氮等氣體?，F(xiàn)有產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存有缺陷，導(dǎo)致?lián)Q熱效率較低，時(shí)顯空泡腐蝕、蒸汽流量波動(dòng)等弊端。對(duì)此，本文將對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究探討。

Abstract： Water-bath vaporizers are used in petroleum cracking， vaporization of liquid natural gas， liquid oxygen， liquid nitrogen and other gases in petrochemical and natural gas fields. Due to defects in the structural design of existing products， the heat exchange efficiency is low， and the vulcanization corrosion and steam flow fluctuations are obvious. In this regard， this paper will study its structural design techniques.

關(guān)鍵詞：水浴式汽化器;換熱;空泡腐蝕;流量波動(dòng)

Key words： water bath vaporizer;heat exchange;cavitation corrosion;flow fluctuation

中圖分類號(hào)：TK172 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）23-0185-02

0 ?引言

水浴汽化器是換熱器的一種，應(yīng)用于石化、天然氣等領(lǐng)域石油裂解、氣化液態(tài)天然氣、液氧、液氮等氣體?，F(xiàn)有水浴式汽化器在實(shí)際工況應(yīng)用中存有不足：由于蒸汽管路設(shè)置在底部，蒸汽進(jìn)入裝置遇水后由氣態(tài)瞬間變?yōu)橐后w，在相變過程中，蒸汽由氣態(tài)快速潰滅，造成局部真空而拉動(dòng)周邊的水來填充，形成液擊，產(chǎn)生較大敲擊聲;同時(shí)產(chǎn)生空泡腐蝕（氣蝕）撕裂金屬表層，管路上留下蝕點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)迅速損毀管路，甚至?xí)斐烧麄€(gè)水浴式汽化器報(bào)廢。此外，裝置中的供入量隨產(chǎn)氣量需求變化而變化。由于蒸汽分配管上的開孔數(shù)及開孔面積不變，在蒸汽供入較少時(shí)，部分水會(huì)進(jìn)入蒸汽分配管中，甚至進(jìn)入蒸汽進(jìn)口管中，造成更為嚴(yán)重的空泡腐蝕、蒸汽流量波動(dòng)、汽化產(chǎn)量波動(dòng)不良后果。對(duì)此，專業(yè)科技工作者從未停止水浴式汽化器的結(jié)構(gòu)研究及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，力求攻克空泡腐蝕、蒸汽流量波動(dòng)、汽化產(chǎn)量波動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

1 ?新型水浴式汽化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過長(zhǎng)期研究，設(shè)計(jì)一種新型水浴式汽化器，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1～圖4。

2 ?工作原理

工作時(shí)，殼體內(nèi)充滿熱水，需要被水浴汽化的液體從進(jìn)液管進(jìn)入，在汽化管束內(nèi)吸熱汽化后，再?gòu)某鰵夤茈x開裝置。液體汽化的熱能來自于蒸汽，蒸汽從蒸汽進(jìn)口管進(jìn)入向下推動(dòng)浮球，然后蒸汽從旋流通孔中進(jìn)入內(nèi)管和外管之間。外管下部敞口，可供水進(jìn)入。蒸汽推動(dòng)水流旋轉(zhuǎn)，使蒸汽和水分層。由于離心力作用，水緊貼在外管內(nèi)壁上，蒸汽則在水的內(nèi)側(cè)，兩者之間經(jīng)過熱交換，蒸汽降溫形成水自身湮滅時(shí)，被新的蒸汽不斷補(bǔ)充，不會(huì)形成真空而產(chǎn)生液擊。水的溫度上升后從外管上部出液孔離開進(jìn)入錐蓋下方由溫度較低的水不斷補(bǔ)充，從而不間斷地產(chǎn)生熱水從錐蓋下方上升再?gòu)姆峙淇字猩闲校┻^錐蓋進(jìn)入汽化管束的區(qū)域內(nèi)。在熱水自身動(dòng)力作用下，一方面與汽化管束內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，另一方面自身形成對(duì)流，確保熱量源源不斷提供給需汽化的液體。通過外循環(huán)管可加強(qiáng)水流循環(huán)，當(dāng)外界負(fù)荷降低時(shí)，汽化氣體消耗少，因此，蒸汽用量隨之減少，蒸汽壓力下降，浮球升起，可遮擋旋流孔，使水不會(huì)反向進(jìn)入蒸汽進(jìn)口管內(nèi);當(dāng)水壓較大時(shí)，浮球升起上升接觸閥座面，徹底關(guān)閉蒸汽與水之間的通道，避免水反向進(jìn)入蒸汽進(jìn)口管內(nèi)。

3 ?設(shè)計(jì)創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)突破

3.1 換熱效率

①汽化管束整體設(shè)計(jì)呈圓筒形，其外徑與錐蓋的外徑大致相等，內(nèi)徑與外管的外徑大致相等，通過錐蓋上的分配孔可直接將溫度較高的水向汽化管束位置供入，當(dāng)汽化管束呈圓筒形時(shí)，其中心為空腔，可形成外升內(nèi)降的循環(huán)對(duì)流，提高換熱效果。

②相鄰螺旋單管之間經(jīng)若干縱向隔條隔開。縱向隔條之間形成可供熱水流通的流道，形成層流，使對(duì)流動(dòng)力增強(qiáng)，提高換熱效率。

③為延長(zhǎng)蒸汽在外管與內(nèi)管之間的停留時(shí)間，以便充分換熱，設(shè)計(jì)旋流通孔的軸線傾斜向下，進(jìn)一步延緩蒸汽在外管內(nèi)的停留時(shí)間，提高換熱效率。

3.2 空泡腐蝕、蒸汽流量波動(dòng)

裝置工作時(shí)，蒸汽和水之間形成一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的界面，在這個(gè)界面上，蒸汽不斷湮滅，由于不斷有新的蒸汽補(bǔ)充進(jìn)來，因此，不會(huì)形成真空造成液擊，可避免空泡腐蝕;少量未能及時(shí)湮滅的蒸汽在錐蓋下方也能及時(shí)轉(zhuǎn)變成水，因此，不會(huì)在汽化管束這一關(guān)鍵部件周圍造成空泡腐蝕，也不會(huì)造成蒸汽流量波動(dòng)及汽化產(chǎn)量隨之波動(dòng)。

3.3 裝置安裝可靠、方便

為保證汽化換熱充分，設(shè)計(jì)的汽化管束含若干層螺旋單管，相鄰層螺旋單管的螺旋旋向相反，采用螺旋單管可增加吸熱流程，以便使相應(yīng)的流體能充分汽化，設(shè)計(jì)采用旋向相反的螺旋單管，可消除相互之間的熱應(yīng)力而產(chǎn)生的螺旋扭力，確保裝置安裝固定可靠、方便。

4 ?效果

新型水浴式汽化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有獨(dú)創(chuàng)性，2017年1月被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)發(fā)明專利，專利號(hào)（ZL 2015 1 0228426.7）。技術(shù)成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)品后，相繼在河南開封空分集團(tuán)有限公司、浙江智?；ぴO(shè)備工程有限公司、開封黃河空分集團(tuán)有限公司等單位進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品技術(shù)的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、換熱效率的顯著性，防空泡腐蝕、蒸汽的流量及流化產(chǎn)量波動(dòng)的可靠性，性價(jià)比凸顯出的優(yōu)越性等受到了客戶的一致點(diǎn)贊。成果轉(zhuǎn)化后，累計(jì)形成銷售收入3185萬元、利稅796萬元，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)，社會(huì)效益良。

5 ?結(jié)束語

水浴式汽化器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域不可或缺的必備工藝流程裝置，它的技術(shù)先進(jìn)程度、功能齊全性、實(shí)施效果佳否、性價(jià)比的合理性等綜合指標(biāo)考評(píng)，決定了該產(chǎn)品在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球一體化激勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)中的前景。只有持續(xù)創(chuàng)新，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代速度，提升產(chǎn)品技術(shù)含量，方能滿足市場(chǎng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)需求。

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