逆流蒸发式冷凝器（毕设）

第一章引言随着人们生活水平的不断提高，人们对工作以及生活环境的舒适性也有了更高的要求，制冷装置或设备正是在这一前提下发展起来的。蒸发式冷凝器冷却技术可追溯到古代，那时河流、海洋、湖泊和池塘等都是作为供水水源被利用。随着对冷却方面机械力学及流体动力学的更深研究，在设计中采用一定的方法以减慢水滴重力沉降速度，并提供空气—水两相更大的接触面积，可解决较难的冷却问题，为此产生的冷却水塔技术曾经得到极为普遍的应用。蒸发式冷凝器就是对冷却水塔的一种改进设备，它在国外的研究是一个热门课题，美国和澳大利亚在此领域的研究非常活跃，发达国家对蒸发式冷凝器的应用正日益普及。20世纪80年代中期，我国开始从国外引进冷凝器技术。发展到现在，我国大部分制冷装置还是采用氨氟制冷系统。但是，大家都知道，氟利昂制冷剂对大气层中的臭氧层有严重的破坏作用，这是我们所不愿看到的，又因为在我国氨制冷装置容量占主要比率，因此，优化氨制冷系统，提高氨制冷装置效率和进行制冷装置微型化，尽力改造和使用氨制冷装置对我国经济的发展具有重要的意义。制冷系统，尤其是大型制冷系统中，冷凝器性能的好坏直接影响着整个制冷系统的性能以及耗能的多少。蒸发式冷凝器是今年发展起来的新型换热器，它利用冷却水的蒸发更有效地促进了冷凝器内外的传热。根据冷凝负荷的大小和当地环境参数，蒸发冷的结构参数有所区别，并且采用的传热管和盘管类型不同也会对其具体的性能有较大的影响。制冷设备中冷凝器种类很多，通常有风冷式冷凝器，带冷却塔或不带冷却塔的水冷式冷凝器以及蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器主要用在中央空调和冷库，制冰等大中型制冷设备中，相对于其他冷却设备，蒸发式冷凝器的应用比例并不高，但蒸发式冷凝器作为高效换热设备，其优势是明显的：(1)与带冷却塔的水冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器大大减少了水的消耗，相对与我国水资源严重不足的北方地区有重要的意义；(2)风冷式相比，蒸发式冷凝温度较低，这是因为风冷式冷凝器冷凝能力受限于环境干球温度，而湿球温度一般比干球温度低8～14℃，加上风机给设备造成的负压环境，因此其冷凝温度低，换热效果理想，在HVAC系统中相对与其他冷凝器可以节能20%～40%；(3)为传热传质两个过程在蒸发式冷凝器内一次完成，因此不需要冷却塔，相对于传统的带冷却塔的水冷式冷凝器，结构更紧凑；(4)同其他类型的冷凝器相比，蒸发式冷凝器总耗功率显著降低，压缩输入功率减少，因而更节能。这对于倡导节能的当今社会具有重要的意义。蒸发式冷凝器在国内应用不广大致有三点原因：(1)目前国产蒸发式冷凝器普遍质量不高，换热效率没有体现其应有的优势，而且由于水质的问题和室外运行，通常几年下来会带来外壳腐蚀和换热管结垢等问题，影响其寿命。(2)国外以及合资企业的蒸发式冷凝器质量较好，但其价格不仅远高于国内蒸发式冷凝器在一定程度上影响了它的应用。(3)观念问题：一般习惯于使用传统的卧式冷凝器和立式冷凝器，作为冷却设备国外蒸发式冷凝器技术目前已经比较成熟，主要厂家丹麦的GRAM公司，荷兰的GEA公司，美国的BAC公司和EVAPCO等公司。国内生产蒸发式冷凝器的厂家不少，同国外产品比较，除了价格优势外，在产品质量上有竞争优势的并不多。目前国内主要有两家合资的主导厂商：上海益美高（同美国EVAPCO合资）和大连冰山集团的巴尔第摩（同美国的BAC公司合资），其他厂商质量与国外有较大档次差别。对于蒸发式冷凝器的发展我国有着重要的原理和设计思想，结合中国国情引进先进的理论和制造技术，这样可以弥补我们技术上的不足，使我们可以在较短的时间内达到较高的发展水平。蒸发式冷凝器制造厂商也在不断的改进设计和制造技术，以期为我国冷凝器的发展和经济发展做出更大贡献。另外，冷凝器生产厂商科研单位和需使用冷凝器设备的企业相互合作，共同设计开发蒸发式冷凝器，也是蒸发式冷凝器发展的一个方向。冷凝器生产厂家发挥他们在设计和制造蒸发式冷凝器方面的长处，应用企业发挥他们在应用方面的长处，科研单位发挥他们的理论和设计方面的长处，相互配合，不仅把我国冷凝器的理论设计和制造技术提高到一个新的层次，也对蒸发式冷凝器的应用也大有好处。NZFL系列蒸发式冷凝器是在吸收国内外先进技术，结合我国地域广阔、环境条件差别较大的特点，研制开发的一种高效节能换热设备。与同类产品相比更省电、更节水，简捷的无填料结构使进风口通畅阻力小，适合在环境恶劣的情况下事使用，用途广泛。NZFL系列蒸发式冷凝器规格型号齐全、容量大，适合大型项目的应用。 第二章蒸发式冷凝器简介▪§2.1冷凝器的分类及特点冷凝器是制冷系统中的主要换热设备之一，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器中放出热量后，凝结成饱和液体或过冷液体。冷凝器按冷却方式不同可分为三大类：▪§2.1.1空气冷却式冷凝器：如图2-1所示图2-1空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，制冷剂放出的热量被空气带走即靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝器多为蛇管式结构，适用于极度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。▪§2.1.2水冷式冷凝器：水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，制冷剂蒸汽在管外凝结，冷却水在管内流动，制冷剂放出的热量被冷却水带走即靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器有壳管式、套管式和沉浸式等几种形式。目前以立式和卧式壳管式冷凝器应用较为广泛，水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。(1)立式壳管式冷凝器：如图2-2所示：立式冷凝器的主要特点是：①由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700(W/m2·℃)。②垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。③冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。④管内水垢易清除且不必停止制冷系统工作。⑤但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。图2-2(2)卧式壳管式冷凝器：如图2-3所示：它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是，有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒，只采用冷凝器底部少设几排管子，兼作贮液筒用。图2-3(3)套管式冷凝器：如下图2-4所示：结构图所示图2-4其工作特点：是由压缩机出来的高温高压的制冷剂蒸气从上方进入内外管之间的空腔在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式。这种冷凝器的优点是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为1～2m/s时传热系数可达800W/(m2·℃)，其缺点是金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式冷凝器。(4)蒸发式冷凝器：蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的。其制冷剂在管内冷凝，管外同时受到水及空气的冷却。按空气流动方式可分为吸入式和压送式，如图2-5所示。蒸发式与壳管式冷凝器的并联：图2-5(5)淋水式冷凝器：如下图2-6所示：淋水式冷凝器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。图2-6淋水式冷凝器的主要优点为：①结构简单，制造方便；②漏氨时容易发现，维修方便；③清洗方便；④对水质要求低。其主要缺点是：①传热系数低；②金属消耗量高；③占地面积大。§2.2蒸发式冷凝器的结构蒸发式冷凝器是由冷凝盘管、风机、水分配系统(水泵、管道、淋水喷嘴)及镀锌板结构等组成（如图2-7所示），冷凝盘管为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组，装在薄钢板制成的长方形箱体内。箱体是蒸发式冷凝器的外壳，是支撑风机、传热盘管的框架，多为方型箱式结构，两侧或顶部设有通风机，箱体底部兼作冷却水循环水池。箱体除满足承载要求外，为防止生锈腐蚀，目前多为热镀锌钢板制成型，所有边缘和剪切口也应涂上富锌漆。各板块之间一般不采用焊接，而是采用螺钉连接，连接缝隙为防止漏水，可采用优质粘胶密封。传热盘管：传热盘是蒸发式冷凝器的关键部件，由原来的普通圆形钢管，优化为螺纹形钢管，组成蛇形盘管组，增加了管子表面积，缩小了管子间距，提高了传热效率，盘管沿制冷剂流向倾斜，便于液体排出。整个盘管组嵌在镀锌板架上，设计压力为1.97MPa，在水中进行2.5MPa气密性试验，装配完毕后，采用整体热浸锌处理，镀锌层应均匀、光洁。循环水设备：由于蒸发式冷凝器垂直高度较小，耗水量较少，每kW冷凝负荷需要的循环水量为50—80I／h，因此循环水泵采用低扬程大流量离心管道泵，功率较小。循环水泵从贮水槽吸取水后，通过喷水装置，向传热盘管喷淋冷却水，为了获得最好的传热效果，并减少水垢，应使水全部包住盘管，确保整个盘管处于均匀淋水状态，目前喷淋系统多采用耐腐蚀的PVC材料制成，要求流量大，无阻塞，布水均匀，无死角，喷淋系统上面都装有挡水板，可有效地除去被空气带出的水滴，随着一部分喷淋水的蒸发，贮水槽中有浮球调节阀自动补充水量，使之保持一定的水位。通风设备：蒸发式冷凝器的通风设备多装在箱体顶上，用引风机使空气流动，风从箱体下侧的进风格栅吸入，进风格栅安装在可装拆的框架上。不但可以防止水滴溅出，并阻挡太阳光照射，而且便于维修，这种顶吸风逆流式的优点是箱体内保持负压，水的蒸发温度低，提高了冷凝效果。缺点是潮湿的空气流经风机、电机，使其零部件易腐蚀、损坏，因此，电机采用全封闭结构，风机要采用耐腐蚀的材料制成。§2.3蒸发式冷凝器的原理冷凝器是制冷系统四大部件之一。它是将制冷压缩机排出的过热气体在冷却介质(空气或水)的作用下冷凝成制冷剂液体。根据冷却介质的不同，可分为水冷式冷凝器，风冷式冷凝器和混合式冷凝器。蒸发式冷凝器是混合式冷凝器的一种形式。蒸发式冷凝器的工作原理是制冷压缩机排出的过热气体进人冷凝盘管内，冷却循环水连续不断的喷淋在盘管外侧形成水膜。另外空气由下而上吹过盘管外侧，使一小部分循环水吸热而蒸发。在蒸发作用下。使盘管外侧的热量散走。从而使制冷剂气体冷凝成制冷剂液体离开蒸发式冷凝器而进入贮液器。NZFL系列蒸发式冷凝器是以水和空气为冷却介质与冷凝盘管内的高温气态制冷剂进行热交换，利用管外部分水的蒸发带走管内冷凝过程中放出的热量。工作流程是：压缩机排出的高温过热汽态制冷剂从上部进入冷凝盘管内，冷却水由循环水泵送至冷凝盘管上部的喷淋装置中，再由喷嘴将水均匀喷淋到冷凝盘管表面上，形成水膜，盘管内的高温过热制冷剂与盘管外的水和空气进行热交换，轴流风机强制空气以5～7m/s的速度通过冷凝盘管和冷却水。管内制冷剂由汽态逐渐被冷凝为液态，管内制冷剂冷凝放热，管外喷淋冷却水蒸发吸热，使部分喷淋冷却水变成水蒸汽，水蒸汽经过吸水器时，水分被回收，而湿空气则被排到设备外。同时在轴流风机的强制吸风作用下使冷凝盘管箱内形成负压，又强化了喷淋水的蒸发，提高了机组的换热效果，未蒸发的水在下落的过程中被空气冷却，并均匀下落到集水箱中循环使用。进水阀自动补充水箱内的冷却水，使其保持一定的水位，保证正常循环运行。图2-7蒸发式冷凝器结构示意图表2-1蒸发式冷凝器与传统冷却方式的比较型式组成备注蒸发式冷凝器冷凝盘管、风机、水分配系统(水泵、管道、喷嘴)及镀锌板结构集蒸发式冷凝器于一身。单台造价高、节水、节能、投资回收期短。传统冷却方式立式或卧式冷凝器、冷却塔、水泵、水泵房、循环水池、管道等组成综合造价高、冷凝效果差、对水质要求低§2.4蒸发式冷凝器的应用目前西方国家普遍采用蒸发式冷凝器，在国内的应用中，由于西北地区缺水的实际情况，蒸发式冷凝器在西北地区推广应用较多，宾馆、办公楼、商场等民用建筑和厂房车间及冷库、室温等的冷却空调设备基本都采用了蒸发式冷凝器，食品加工、啤酒、饮料、石油、化工、制药、化肥、农药等工、商用合成氨工业及其他氟利昂大、中型制冷系统也越来越多的采用蒸发式冷凝器。我过其他地区也在陆续推广应用，特别是一些组建的公司或新建的工程采用蒸发式冷凝器较多，当传统冷凝器工作不正常或需要更换时，采用蒸发式冷凝器也多，这些改变取得了较好的社会和经济效益，基本都达到预期目标。但在较为湿热的中南地区也能取得较好的使用效果。§2.5蒸发式冷凝器的选型蒸发式冷凝器的选配比较简单，因为目前多数蒸发式冷凝器生产厂家都采用以机组排热量为标准来选配相应规格型号的机组。制冷系统中的冷凝器总排热量是由制冷剂在蒸发器内吸热量、制冷压缩机耗功转化的热量以及蒸发器至制冷压缩机之间的低温管道和设备因内外温差使外界传热量三者之和。通常管道，设备冷量损失在热工计算中不予考虑。蒸发式冷凝器的选型依据通常按制冷系统总的排热量等于制冷压缩机的制冷量加上压缩机消耗功率乘上冷凝和湿球温度的系数。表达式如下：（2-1）式中：—修正后的散热量，kW；—用户在实际工况下需要的散热量，kW；—修正系统，各制造商通过实验提供的参数，kW。求得之后根据制造商提供的产品样本查所需产品规格。若制冷系统采用螺杆式制冷压缩机油冷却器的冷却水是其他方式获得，按公式方法计算出的校正热量应减去油冷却器热量。§2.6蒸发式冷凝器配管方式及安装要求蒸发式冷凝器只有在正确的设计安装条件下才能获得最佳的制冷能力，合理的管路系统是蒸发式冷凝器运行正常及高效的重要保证。(1)必须合理安排蒸发式冷凝器的位置机组必须安装在建筑物顶部或空气流动畅通的地方，如安装在周围有障碍物的场所，必须避免排出的湿热空气的回流，因为回流空气将提高进风的湿球温度，使运行水温超过设计温度，影响机组效率。在这种情况下，蒸发式冷凝器和建筑物之间距离不应小于2米，顶部通常应高出建筑物0.5米，至少不应低于建筑物的高度，若不能满足上述要求可将蒸发式冷凝器的顶部出风处加装渐缩风筒，以提高出风风速和排风高度，减少空气的回流，从而保证机组的最大冷凝能力。(2)必须正确配置管道如果采用单台机组，蒸发式冷凝器出液管可以不设存液弯和平衡管，但其水平管道应有朝贮液器2％一3％的倾斜坡度，这样有利于液体依靠重力自动流人贮液器中，管道的直径应适当，液体流速不超过0.5m/s并以保证管道内液体上部存在蒸汽自由流动的空间，以保证冷凝器与贮液器之间的压力平衡，则排液管本身就起到了平衡管的作用。对多台机组并联，管道布置应对称，从冷凝器到贮液器除水平管道应有2％一3％的倾度外，在垂直方向上应设置U型存液弯，因为各台机组在系统运行过程中所产生的压力降不同，出液处的冷凝压力就会有所差别，采用这种结构就会在存液弯处形成液柱，而液柱两侧的压力保持平衡，抵消了出液处的压力差，防止了并联机组之间因存在压力差而将液体逼入出口压力较小的冷凝器中，因此它不但可以平衡不同机组的压力降，而且可以防止液体返回冷凝盘管中。并且必须安装平衡管，防止气体堵塞，使制冷剂流动不畅，平衡管总是从贮液器接到排汽管进到各冷凝器进口的对称位置上，决不能把平衡管接到冷凝器的出液口处，这将破坏存液弯的作用。(3)放空气阀安装制冷系统中空气的存在对系统的安全和经济运行是极为不利的，当系统中有了空气后，便会积聚在冷凝器中，占有传热面积，又增加附加热阻，降低了传热效率，同时由于空气本身有一定的分压力，从而使冷凝器中的总压力升高，引起压缩机排汽温度升高，制冷量下降，功耗增大，因此，除了尽量切断空气进人和产生的途径，还必须通过放空气管道，将系统中已存在的空气及时排走。由于空气存在于冷凝器和贮液器中，因此可在蒸发式冷凝器进汽管及出液管处安装放空气管，并和贮液器上的放空气管相联后，通过放空气器将空气放出，空气在系统混合气体中的含量，随温度、位置和运动情况不同而有所不同，由于空气较氨气重，因此，温度越低，位置越低和较静止处空气的含量越大。(4)防冻贮水槽的设置在北方寒冷地区，冬季防止循环水系统冻结最简单和有效的方法是在室内安装防冻贮水槽，贮水槽应低于室外冷凝器。水泵安在贮水槽旁，停泵时，所有冷凝器内的水都应流到温暖的室内防冻贮水槽。另一个办法就是用电、蒸气或热水加热器，安装在底盘水槽里，所有供排水管、泵的配管都用电热线包裹并保温以防冻。当冬季气温较低时，可以用风冷代替水冷，在这种情况下水槽中的水必须排净。§2.7蒸发式冷凝器的维护保养§2.7.1放空气制冷系统中的不凝性气体主要积集于冷凝器和贮液器内。而不凝性气体主要从如下几个方进入制冷系统内部：(1)给制冷系统添加制冷剂。(2)制冷剂、润滑油在高温下的化学分解。(3)系统在维修时抽真空不彻底。(4)当系统内处于负压从不严密处泄漏。由于采用蒸发式冷凝器的制冷系统比较紧凑，若内部有不凝性气体存在，则导致冷凝压力上升，尤其是在夏天比较明显。目前大数厂家的蒸发式冷凝器出液集管比出液管大一号放空气管从出液管的上部接出，由于出液同出液集管径相差较小，因此，出液管内基本处于满液状态空气与氨液分离不明显，给放空气带来一定困难。经验措施：将出液集管管径放大到出液管的两倍，且集管长度不小于700mm，在出液集管上部用比集气集管中大一号的无缝钢管作一个集气包，用于集空气，冷凝器的放空气管从集气包上部引出在冷凝器运行时于底部放气处放空气，停机时在顶部放空气。▪§2.7.2冷却水系中结垢的主要成分是钙盐和镁盐。它的溶解度随温度的增高而降低。当冷却水与加热表面接触时，冷却水循环系统中结垢沉积原因很多：(1)、有多组分阶段过饱和溶液中盐类的结晶析出；(2)、有机胶状物和矿质胶状物的沉积；(3)、不同分散度的某些物质固体颗粒的粘结；(4)、某些物质的电化学腐蚀以及微生物产生等。这些混合物沉淀成污垢尤其是水中溶解盐类产生固相沉淀是结垢的主要因素，其生产固相沉淀的条件是：(1)随着温度的升高某些盐类的溶解降低。如Ca(HC)、CaC、Ca、Ca、MgC、Mg等。(2)随着水分的蒸发水中的溶解盐的浓度增度，达到过饱和程度。(3)被加热的水中产生化学反应过程，或者某些离子形成另一些难溶的盐类离子。具备了上述条件的某些盐类，首先在金属表面沉积出原始坯芽，然后逐渐变为颗粒。具有无定形或潜晶形结构，互相聚附，形成结晶或聚团。重碳酸钙盐类引起冷却水垢的主要因素。这是因为重碳酸钙加热过程中失去平衡，分解为碳酸钙、二氧化碳和水。而碳酸钙溶液较低，因而在冷却设备表面中沉积下来。即：在热交换器表面形成水垢，将会腐蚀设备，缩短设备使用寿命。其次，使传热效果恶化。其中物理除垢防垢方法较为理想，但电子水处理仪应用于蒸发式冷凝器冷却循环系统之中，也有效果不理想的状态，原因是全国各地的水质硬度有别；其次，机组在工作中水质硬度是变化的；第三，操作人员若忽略排污工作，则换热器表面仍会结垢。据介绍国内某公司已具有第6代电子水处理的研制能力并开始投放市场。化学除垢法只能当机组热效果较差时唯一考虑的一种方式。但它对设备有影响，有关厂家对采用化学除垢都提出了相应的要求。防止破坏镀锌层，影响设备使用寿命。第三章蒸发式冷凝器的设计计算本文所设计的氨用NZFL-870逆流蒸发式冷凝器正是在这种趋势下产生的。蒸发式冷凝器翅片管和盘管的设计，采用了节能、节材、防垢、防锈等多项高新技术。风机的选型以及水泵的选取原则在文中都有详细的体现。§3.1换热量的计算设计一台冷凝热负荷Q=870kW的NZFL-870逆流蒸发式冷凝器，给定下列原始数据：冷凝温度t=40℃，设进口干球温度t=32℃，进口空气湿球温度=27℃，当地大气压力=760Hg=101.32。§3.1.1冷凝器结构初步规划：本产品为NZFL-870逆流蒸发式冷凝器。制冷剂先通过上面设置的预冷翅片管，再经过下面的蛇型盘管冷凝。预冷翅片管的设计采用基管为ф38×2.0mm，翅片材料为Q235的ф78×0.5的翅片管。采用叉排布置，两行，第一行布管15列，第二行布管14列，共29列，管中心距为87×70mm，片距为16mm。管长为2.23m。图3-1预冷翅片示意图(1)当量翅高[11]（3-1）式中：—翅片顶部直径，=0.078m；—翅片根部直径，=0.038m；—实际翅高，=0.02m。(2)肋化系数根据文献[11]，翅片面积可由式（3-2）计算得到，为。（3-2）式中为翅片间距，=0.016mm。(3)露管面积[11]（3-3）(4)翅化系数[11]（3-4）其中—光管面积，。(5)计算翅片效率流体横向流过绕片管翅片管簇的换热系数为①用管簇进出空空气的平均温度作为定性温度，取t=34℃空气物性16.9×10㎡/s0.026=1.116=0.71②由最窄面的空气流速做为计算速度，取迎风风速=4m/s（3-5）（3-6）③翅片节距做为定型尺度，，代入雷诺数计算公式得到（3-7）确定常数C和指数n的数值由于雷诺数在（3~25）×10内。由参考文献[11]中表7-7可知，当采用叉排，圆翅片时，C=0.223n=0.65所以（3-8）翅片系数m（3-9）式中：—为Q235的导热率，=45。④翅片效率（3-10）是由参考文献[11]第179页表7-12得到⑤翅片管的表面效率（3-11）⑥一米翅片管的换热量（3-12）⑦翅片管的迎风面积⑧管的总长⑨总传热量盘管的规划冷却排管采用ф25×2.0mm螺纹管，管簇呈叉排排列，横向管间距为s=52mm，纵向间距s=60。盘管的冷凝热负荷为进口空气干球温度。进口空气湿球温度。初步估计单位面积热流量为=4000，则：F0=×=182式中：F0—蒸发式冷凝器的盘管面积；—单位面积热流量。取配水量为配风量总喷水量（3-13）式中：—冷凝热负荷，kW。总风量（3-14）实验测的一米长的螺纹管表面积为0.0845所需螺纹管长度为：L==2153结构规划为有两个模块，那么，单个模块的长宽为：宽：×=1.144长：24.5每个模块初步规划为叉排管簇10排44组，所以，每组排管长度为24.5米。图3-2冷凝盘管示意图每列排管有9个弯头，则弯头长为：3.14×0.06=0.1884m所以直管部分为：24.5-9×0.1884=22.8044m每排直管长为2.28m所以模块迎风面长为：2.28+0.145=2.425m所以模块迎风面为：2×2.425×1.144=5.55取迎风面风速：ω= 所以总风量为：5.55×4×3600=79896.96〈80000此方法配风量是ε=19.3，符合要求。所以风机的选型为风量80000；功率5.5kW；型号为16#。每排排管传热面积为：A==9.1所以每排排管长度为：L==107.7§3.1.2传热系数的计算：氨蒸气在管内冷凝时的换热系数计算为：==×4000=4695.7（3-15）式中：—冷凝器热流密度；—盘管外径；—盘管内径。参考文献[11]第197页表7-76得到=8688×4695.7×=5561.7式中：—传热系数。图3-3冷凝盘管组示意图在叉排管簇中喷淋水在第一，第二两排管子上，受淋水直接喷淋管长为2L。所以当喷淋水温度为30℃时：=217（=217（（3-16）=4236.7根据参考文献[11]第185页表7-44，取管内污垢热阻=4.0×10-4，管外水侧污垢热阻为6×10-4，则：=（3-17）==659式中：—管子最大外径，m；—管子最小内径，m。§3.1.3当量换热系数及传热系数的计算首先计算显热换热系数。设空气平均温度t=34℃，由空气热物性表查得：。（3-18）空气横向流过螺纹管时的换热系数可由公式计算，其中系数C按参考文献[11]表7-5查。范围内，，，对于气体，，按公式（3-19）可得到为。（3-19）根据参考文献[11]，为了计算，需要先求出，并用试凑法计算和。查附录中湿空气的焓湿图，在，和情况下，，。干空气进口比容：干空气流量：故空气出口焓：再用试凑法列表计算如下：表3-1试凑数据表计算公式单位假设(℃)33.53434.535169.6183.7200.4220.5下的饱和空气焓121.0122.75125.93129.1812.4415.2419.5623.52=—（—108.56107.51105.37105.66由I—d图查的℃33.433.333.033.08182.995012.4857.77773.57=609.7582.42372.7355.85160.5180.2290.93408.3§3.1.4确定传热面积将列表计算结果画在-图上，图表如下图3-4试凑数据图图中两条曲线的交点给出与初步规划的182？基本接近，考虑实际运用过程中可能产生难以估算的原因，所以在实际生产过程中适当的加几组盘管。§3.2风机、水泵的选择及校核§3.2.1风机的选型计算空气横向流过冷凝盘管时的压力损失：空气横向流过冷凝盘管时的流动阻力可按下式计算：（3-20）式中：—由于水膜存在使流动阻力增加得系数，；—局部阻力系数，对于=；—湿空气的比热。以上数值代入上式得所以选用一台风量为80000，风压为148.8的风机即可满足要求。§3.2.2水泵的选型：水泵选取KQL125-/150-3/4，功率为5.5kW，扬程为7米，流量为每小时87立方米。§3.3压力校核圆管的应力校核应按下式计算：（3-21）式中：—设计温度下圆管的计算应力，；—计算压力，；—圆管的内径，；—圆管的有效厚度，﹪=0.58；—设计温度下圆管材料的许用应力，；—焊接接头系数，对于热套圆管=1。所以：（3-22）计算得到为40.31，查钢管许用应力表得，=130。因为40.31≤130×1=130，所以管道应力是符合要求的。§3.4主要部件及技术参数§3.4.1蒸发式冷凝器的主要部件(1)换热盘管：蒸发式冷凝器一般采用光滑盘管，不用外加肋片形式增加换热面积，但现在有的厂家采用低内肋以增加换热面积。材料多为圆形无缝钢管，外表面经热浸渡锌处理以防腐蚀，对镀锌厚度有严格要求。有的制造厂采用椭圆形盘管沿空气流动方向错排，不但增大了有效的换热面积，具有较高的膜状换热系数，而且结构紧凑，降低了空气流过盘管的阻力，增强了换热效果，是一种值得推荐的做法。(2)风机：目前国内蒸发式冷凝器的产品多为上吸风式，其风机装在箱体顶上，优点是箱体内维持负压，水的蒸发温度比较低，但风机处于潮湿的气流中，容易发生腐蚀，故均采用铝合金风叶和全封闭电机。通风机一般有离心式和轴流式两种，大多采用宽叶片和低嘈音的铝合金风叶，有直接连马达或通过皮带轮传动的。风机的风量配置一般取80-120（/h）/kW，增大风量，有利于增大传热系数，但配风量与进风湿球温度有关，湿球温度高时，配风量一般应较大，但风量增大，风机的电耗也增加，同时不适当的增加风量，会使带走的水滴增加，即水的飞溅损失加大，导致冷却水消耗量增大。(3)水喷淋管和喷嘴：喷淋水的水量配置和均匀分布水对蒸发式冷凝器盘管的换热效果有很大影响。根据经验，喷淋水量以能全部润湿盘管表面，形成连续的水膜为最佳，以获得最大的传热系数，并减少水垢。水量过大，反而不利于热交换，同时会造成水泵功率增大。多数厂采用大型防堵式淋嘴（由ABS塑料制成）和PVC制成得布水管，以提高效率，且使用可靠。(4)高效脱水器（挡水板）：挡水板能将热湿空气中带的水滴挡住，减少水耗。挡水板通常由耐腐蚀的PVC材料制成，分组装于机组内，易于拆卸。目前各厂的挡水板效率均较高，据称，水的飘逸率仅为0.001-0.002%。(5)补充水消耗量：蒸发式冷凝器是利用水的蒸发潜热带走冷凝热负荷，因此应设置补充水管，以不断补充循环水。同时考虑到喷淋水在循环使用过程中，当大量水分蒸发后，使存水盘中的水日益浓缩，矿物质浓度增加，会促使冷凝盘管表面结垢。根据国外经验数据，其蒸发水量为1.5L/kwh冷凝热负荷，加上水的飘逸，存水盘的一流泄水等，其冷却水消耗量为2.2L/kwh冷凝热负荷。工程实践中也有按冷却水量百分比来配置补充水量的，虽然理论上耗水量只有循环水量的0.5%左右，但实用中为了改善水质，往往按循环水量的5%配置补充水量。第四章蒸发式冷凝器盘管热浸镀锌研究进展§4.1蒸发式冷凝器盘管热浸镀锌机理研究蒸发式冷凝器是一种高效节能的换热设备，主要利用水蒸发时吸收潜热进行换热。由于其具有传热效率高、节能、结构紧凑等优点，在制冷装置和石油化工等行业有着广泛的应用。随着冷凝技术的发展，作为蒸发式冷凝器基本冷却元件的换热盘管，亦得到不断发展，但是其腐蚀问题已成为制约蒸发式冷凝器发展的关键因素，它不仅导致整套设备的传热性能变差，而且严重缩短设备的使用寿命，因此蒸发式冷凝器盘管防腐蚀研究势在必行，热浸镀锌就是现今蒸发式冷凝器盘管防腐处理的主要措施之一。热浸镀锌是古老的热浸镀锡发展而来的，应用最广泛和最有效的金属防锈方法之一，自应用于工业生产以来已有近170年的发展历史了。蒸发式冷凝器性能要求和使用环境的特殊性，决定了该盘管热浸镀锌处理工艺及质量控制的特殊性。热浸镀锌是蒸发式冷凝器盘管表面防腐处理的一种方法，属于化学热处理范畴。该过程中的物理化学反应可以分为以下几个阶段：(1)锌原子通过盘管钢铁表面扩散到钢铁材料的亚表而，形成锌铁固溶体；(2)以此固溶体为界，铁原子和锌原子进行相反方向的扩散，锌原子继续向传热管钢铁内表面扩散，使同溶体层增厚，同时固溶体中的铁原予溶解在构件表面吸附在熔锌中，铁和锌生成Fe-Zn合金层；(3)当工件从锌锅中提出的时候，锅中的纯锌熔融体粘附在Fe-Zn合金层表面，经冷却后形成纯锌结晶层。研究报道表明，合金层与钢铁以及合金层与纯锌层之间均为冶金结合，比漆类与钢铁的结合更牢固，而且即使镀锌层有小的裂纹或损坏，合金层表面的纯锌都将以牺牲阳极的形式防止裂纹或损坏处的钢铁生锈，合金层含锌量最高可达90％以上，对钢铁有较强的电化学保护作用，这就是镀锌层比其它镀层更优越的主要特点。在腐蚀环境中能在钢铁表面形成耐腐蚀性良好的薄膜，这不仅保护了镀层本身，而且保护了钢基体，因而大大地延长了盘管的使用寿命，同时合金层的硬度接近于纯铁，故镀层的抵抗碰撞和防刮损的能力也较高。§4.2蒸发式冷凝器热浸镀锌研究状况热浸镀锌已有多年的历史，镀锌工艺和镀锌产品质量已有了不断的改进，特别是在工艺控制和技术应用方面的进步更大。热浸镀锌作业线的研究，最早的镀锌工艺中钢件进入热镀锌线之前，先在罩式退火炉中进行再结晶退火，然后经过酸洗、涂熔剂，最后进入锌锅巾浸锌。钢件进入锌锅时，首先接触的是熔融熔剂，然后是铅层，只是在锌锅出口处，钢件才在短时间内和锌液接触，所以称作铅一锌法热浸镀锌。该方法过程中不能向锌液中加铝，因为铝很容易和熔剂发生化学反应，相对于铝而言较不活泼的金属锌会被较活泼金属钒所代替，生成，而即使在123℃的低温也能沸腾，因此很快从熔剂中蒸发出来被消耗掉，同时也可能和反应生成，而在400℃就会沸腾。由于熔剂法热镀锌只能在无铝的情况下镀锌，所以镀层的合金层很厚且粘附性很差。另外，因为锌渣的比重大于锌液而小于铅液，形成的锌渣都积存在锌液和铅液的界面处，能沉积锅底，这样钢件因穿过渣层，表面受到污染。该作业线的特点是产量低、质差、劳动强度大、工作环境差、镀层厚度难控制和锌层粘附性不好等，所以此热浸镀锌方法已基本被淘汰。1931年森吉米尔在波兰建成了第一条带钢连续热镀锌作业线，这种镀锌方法被称为森吉米尔法镀锌。该工艺是将带钢在氧化性气氛内加热到400℃烧掉带钢上的轧制油，然后在带有还原性保护气的辐射管的加热段继续加热，带钢表面经过还原后进人铁锌锅浸锌，浸锌后的钢板还要经过平整和钝化处理。该作业线的产量一般在l0～15t／h之间，热浸镀锌产品也只用于建筑行业。20世纪50年代末期，明火加热段的燃烧技术有了新的发展，出现了火焰垂直于和平行于带钢的燃烧技术，这使得带钢的加热速度大大提高。在炉内形成还原性气体，明火段与带保护气的辐射管段被一个喉部连接起来，在明火加热段的出口带钢可以加热到600～700℃，同时增加了喷冷段，以便快速冷却带钢，最大线速度高达120～130m／min，产量达25～35t／h。该工艺是从森吉米尔法镀锌工业改良而来，因此被称为改良森占米尔法镀锌工艺。20世纪70年代初，出现了气，占米发展成压缩空气，以控制镀锌层厚度，气刀的出现使镀锌线的速度提高到l6～170m／min，接近了现在的水平。在同一时期，光整机也进入了镀锌线中，产品的质量得到很大提高。镀锌线最重要的发展就是陶瓷锌锅的使用，它解决了锅体严重腐蚀的问题，同时使锌液中A1(锌渣面积)含量增加到0.2％。后来发展到Aluminized产品，A1(锌渣面积)含量达到55％，锌渣开始浮在锌液上，可以随时清理，镀锌产品的附着性也有了很大提高。2O世纪8O年代到现在，汽车市场和其它工业市场的发展要求更薄、质量更好的镀锌层，使镀锌产品有了进一步发展，镀锌线配备有清洗段、带冷却段的退火炉、合金化处理、气刀、光整机、化学处理段及各种检查设备等。§4.3蒸发式冷凝器盘管热浸镀锌研究蒸发式冷凝器是压缩制冷系统的核心部件之一，而换热盘管又是蒸发式冷凝器的关键部件，其性能好坏、使用寿命的长短，严莺影响着整个制冷系统，特别是在这种冷热交换的环境中，盘管的耐腐蚀性也就显得非常重要，尤其是由钢管制作的换热盘管。2002年张烈等研究了椭圆翅片管的热浸镀锌质量控制，通过对原材料牌号的选取控制、对锌液温度及时间的控制以及对锌液元素含量的控制，椭圆翅片管的热浸镀锌质量有了很大改观，完全能满足需方的质量要求。对于钢管盘管的热浸镀锌研究报道并不多。华南理工大学朱冬牛教授课题组对蒸发式冷凝器盘管热浸镀锌进行了大量研究，总结出了在这种特殊环境中使用的换热盘管的热浸镀锌工艺流程为脱脂处理、水洗、酸洗、水洗、浸助镀液、烘干、热浸锌、冷却、钝化、水洗、烘干、修整，而且盘管在热浸镀锌之前进气口必须封闭，出液口必须安装排气管，焊接部分必须采用专门的压力容器焊接法，并进行水压和溶剂压测试，以确保工艺标准，锌液温度控制在470℃左右，热浸锌时应选用重量适中的加压件，进行整体热浸镀锌。§4.4存在问题蒸发式冷凝器盘管作为冷换元件，其热浸镀锌质量要求比一般工件的防腐处理高得多，目前主要问题是盘管整体热浸镀锌工艺设计、锌液温度和浸镀锌时间的控制。在制冷压缩系统中，制冷压缩机排出的过热制冷剂蒸汽进入冷凝盘管内，冷却循环水喷淋在盘管外侧；另外，空气由下而上吹过盘管外侧，利用蒸发潜热，达到冷却、冷凝盘管内蒸汽的目的。因此，冷凝器盘管热浸镀锌时一定不能开孔，否则将引起制冷剂泄漏或盘管焊接处腐蚀等问题，必须采取整体作业，同时由于高温情况下盘管在锌液中受到较大的浮力，所以需要一定重量的加压件，在热浸镀锌处理后，盘管必须经过双重试压检测，以确保整体的不泄漏性。相关方面的研究还不够深入，具备该方面生产能力的厂家非常少。锌液温度是热镀锌工艺中至关重要的工艺参数，该参数选择得恰当与否，不仅关系到盘管热浸镀锌的质量，而且还直接影响着生产成本和锌锅的寿命。有些资料中把450℃称作“标准热镀锌温度”，但在实际生产中，很多企业往往采用了较高的锌液温度，其理由有二，首先采用较高的锌液温度，可以缩短镀锌时间，提高产量；其次较高的锌液温度会加快溶剂的分解，有利于被镀件的浸润作用，而且锌液流动性较好，可获得较薄而均匀的纯锌层，从而减少了锌耗。但温度太高又将会导致铁损，同时钢铁损耗速率随着浸锌时间的延长而增大，所以在保证锌层的质量下，浸镀锌温度和时间应该严格控制，但目前还缺乏相关标准，以待完善。§4.5展望蒸发式冷凝器糯管整体热浸镀锌是一种较新型的工艺，关于这方面的理论基础和加工生产等仍不是很完善，有待进一步提高。蒸发式冷凝器盘管热浸镀锌进一步研究将主要集中在以下几方面：(1)锌液成分的改进。研制出高性能换热盘管热锌液，如添加少量铝可以提高镀层光亮性、减少锌液中锌的氧化，并且抑制脆性的形成，从而获得粘附性好的镀层。(2)研制开发环保型钝化剂，从而实现无铅、无铬等绿色加工与生产工艺。(3)研究蒸发式冷凝器盘管整体热浸镀锌工艺，以及锌液温度和浸锌时间对热浸锌质量影响的机理和实际应用研究，为蒸发式冷凝器盘管产业化提出理论和技术支持。第五章结论本文主要是关于NZFL-870逆流蒸发式冷凝器的设计，面对当前我国在蒸发式冷凝器方面的设计参考资料很不齐全，而各方面对于蒸发式冷凝器的设计选型标准不一，为使本设计更完善，本文参考了国内外很多中设计方案，由于国家在蒸发式冷凝器这一行业制定的相关标准已经不能准确表达当前蒸发式冷凝器的实际现状，所以本文很多参数的