【壓縮機網(wǎng)】蒸汽壓縮機蒸發(fā)裝置與所用的工藝過(guò)程和設備有關(guān)，一套裝置的設計需要滿(mǎn)足其經(jīng)濟性、運行可靠性及操作維護方便等要求。其中，經(jīng)濟性要求較低的設備投資和操作運行費用；運行可靠性要求穩定生產(chǎn)、運行周期長(cháng)；操作維護方便要求操作控制簡(jiǎn)便易行，易于檢修，節省人力。

 

　　一、設計的總體考慮

　　1.蒸汽壓縮機提供蒸發(fā)的推動(dòng)力

　　要實(shí)現蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統的完好正常運行必須消耗外功，此外功即為熱能回收再利用的推動(dòng)力。任何氣體被壓縮時(shí)期溫度就會(huì )隨壓力的升高而升高。蒸汽壓縮機蒸發(fā)裝置就是把蒸發(fā)器內沸騰溶液所產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機的壓縮提高壓力、溫度，再送回蒸發(fā)器加熱室管束的殼程間，同時(shí)放出蒸汽的汽熱潛能，并傳遞給加熱室管束內的溶液，使其繼續蒸發(fā)。由于二次蒸汽的潛熱得到反復的利用，蒸汽壓縮機蒸發(fā)僅需從壓縮機供給較少的能量，就可提供使熱量傳遞給蒸發(fā)溶液所需要的推動(dòng)力，保持蒸發(fā)器內溶液連續不斷的沸騰蒸發(fā)。在蒸汽壓縮機蒸發(fā)過(guò)程中利用壓縮功的熱當量使溶液不斷地蒸發(fā)，不需要從別處供給加熱蒸汽，無(wú)論采用何種類(lèi)型的壓縮機，在相同的吸入壓力和排出壓力的情況下其對蒸汽所做的壓縮功都是相同的。在蒸汽壓縮機蒸發(fā)操作中要以最小的輸入功達到最大的蒸發(fā)效率，而最小輸入功則以最高的傳熱速率來(lái)達到。當傳熱系數和溫差經(jīng)過(guò)試算初定后，問(wèn)題就變成了在最小輸入功的條件下，滿(mǎn)足總傳熱量所需要而湊合傳熱面積的問(wèn)題了。例如，在海水蒸餾中必須使傳熱系數最大，溫差最小以便使壓縮功率最小。然而，在化工生產(chǎn)中，有許多其他因素也是和設備的熱平衡算有關(guān)的，這些因素在設計時(shí)都要考慮進(jìn)去。

　　最經(jīng)濟操作的關(guān)鍵是使壓縮機盡可能超過(guò)的壓力范圍最小，以達到在高的傳熱速率下操作。顯然，溫度推動(dòng)力越大，蒸發(fā)器所需的傳熱面積就越小，因而必須在操作費和設備費之間進(jìn)行核算。幾乎如何具體化狀態(tài)都可以從熱力學(xué)進(jìn)行相當準確的計算。一般都假定壓縮機的無(wú)用功可以抵消輻射熱損失加上正常預熱所需要的能量，而蒸汽壓縮機的范圍越大，越會(huì )生成過(guò)熱過(guò)高的蒸汽，影響壓縮機的單位能量的蒸發(fā)量，使其劇減。

　　2.沸點(diǎn)升高消耗壓縮功

　　處理的溶液沸點(diǎn)升高會(huì )帶來(lái)一些不利的因素。沸點(diǎn)升高將消耗克服沸點(diǎn)升高所需的壓縮功，還會(huì )降低溫差。為了保證有利條件下的正常操作，就得按比例擴大蒸發(fā)器的傳熱面積。在化學(xué)工業(yè)中，效率遞減的轉折點(diǎn)就出現在每千克生蒸汽能蒸發(fā)10～15kg蒸汽的時(shí)候，這時(shí)，蒸汽的用量已減少到超過(guò)單效的90%，可以認為這就是能夠預期的特別高的經(jīng)濟性。生蒸汽的節約超過(guò)這一點(diǎn)，則費用便多過(guò)其所值。如果要求更高的節約，問(wèn)題就會(huì )困難得多，這時(shí)要有盡可能高的傳熱速率和最小的溫度差。任何妨礙這些需要因素勢必導致效率的降低。沸點(diǎn)升高越大則壓縮機出口壓力就越高，相應的過(guò)熱度也升得很高，這樣耗功就越多。

　　3.回收二次蒸汽冷凝液熱量達到最好經(jīng)濟效果

　　把蒸汽壓縮方法用于某種生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，由于從蒸發(fā)器加熱室排出的二次蒸汽冷凝液的熱量沒(méi)有再加以回收利用，會(huì )使熱效率降低不少，運行費用就有所增加，不是很經(jīng)濟，對生產(chǎn)不利。任何污物和溶質(zhì)都可能在蒸發(fā)過(guò)程中隨二次蒸汽夾帶，因而沾污冷凝液。如果冷凝液作為產(chǎn)品，顯然其質(zhì)量就有問(wèn)題；如果溶質(zhì)作為產(chǎn)品，由于夾帶原因而會(huì )使產(chǎn)率降低。在放射性廢水的凈化處理中，即便是極微量放射性物質(zhì)的夾帶，也會(huì )造成排放水很難達到排放標準，為了把二次蒸汽中所夾帶的物質(zhì)和液滴去除掉，裝上除沫器是完全必要的。

　　4.操作壓力及不凝性氣體的排放

　　由于某些物料的特性，如食品工業(yè)及醫藥工業(yè)中的廠(chǎng)家，都要求蒸發(fā)器在真空條件下操作，這樣可以保證避免高溫使產(chǎn)品變質(zhì)。設計中，根據工藝條件對壓縮機提出具體要求，壓縮比要保持在最適宜的1.5:1，不要超出2:1的范圍，確保最佳經(jīng)濟效果。在真空條件下，蒸汽的比容會(huì )增大很多，在吸入同等質(zhì)量的蒸汽必然要加大壓縮機的容積，同時(shí)外界空氣也容易向蒸發(fā)系統內滲漏，從而導致生產(chǎn)量的下降和操作條件的惡化。因此，蒸汽壓縮機蒸發(fā)一般沒(méi)有特殊要求，采用常壓蒸發(fā)操作最為適宜。

　　在整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中，存在水中的不溶解性氣體會(huì )隨著(zhù)蒸汽的流動(dòng)而積累在蒸發(fā)器加熱室的管殼的空間里，因蒸汽在此放出汽化熱而被冷凝成水，不凝性氣體則越積越多占據一定空間，必然使傳熱面積減少，蒸發(fā)量下降。所以，設計時(shí)一定要考慮不凝性氣體的排放問(wèn)題。在放射性廢水的蒸發(fā)處理中，其中不凝性氣體就不能直接排入環(huán)境，應排入氣體凈化裝置。而沒(méi)有污染性的不凝氣體是可以直接排放的。

　　5.蒸汽壓縮機入口蒸汽的適當過(guò)熱和出口蒸汽的消除過(guò)熱

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)過(guò)程中，如果采用離心式壓縮機，要求吸入蒸汽不允許含有液滴，因為高速液滴在壓縮機內會(huì )損壞旋轉葉片，除去壓縮機吸入蒸汽的液滴可采用兩種方式：一是在壓縮機前設置一臺除沫器，把蒸汽中的霧滴除掉后進(jìn)壓縮機；另一方法是把壓縮機出口的過(guò)熱蒸汽返回少量使液滴汽化，以保證壓縮機吸入的蒸汽為干飽和蒸汽。

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)均為干飽和蒸汽的壓縮機出口的蒸汽必然過(guò)熱，壓縮范圍越大，則過(guò)熱的程度就越高。過(guò)熱度應加以消除，否則會(huì )影響傳熱效果。其原因是在過(guò)熱條件下傳熱時(shí)會(huì )在液相側的傳熱壁上形成一層氣泡，氣體的傳熱系數比液體的傳熱系數小，因而傳熱速率下降影響蒸發(fā)效果。消除過(guò)熱的辦法是在壓縮機出口管線(xiàn)上的適當位置噴入二次蒸汽冷凝水，也就是把從蒸發(fā)器收集的二次蒸汽冷凝水用泵送入到那個(gè)過(guò)熱管線(xiàn)上的適當位置，而這段管線(xiàn)，應向蒸發(fā)器方向具有一定的傾斜度，這樣可以保證噴水時(shí)一旦過(guò)多時(shí)，能自動(dòng)流入加熱室同那里的冷凝水一起流入二次蒸汽冷凝水收容器而不會(huì )流入壓縮機中。

 

　　二、蒸汽壓縮機蒸發(fā)生產(chǎn)流程設備配置的考慮

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)裝置的利用主要是為了節能，那么在蒸汽壓縮蒸發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，凡是排出系統之外帶有一定熱量的介質(zhì)或物料，都應通過(guò)某種方式將其熱量加以回收利用，充分做到熱量損失越小越好。因此，設備布置的越緊湊越好，設備之間管線(xiàn)越短越好。

　　各個(gè)設備所處的位置與流通介質(zhì)在運行循環(huán)點(diǎn)的需要相匹配，這樣以需要就近安排設備，管線(xiàn)不長(cháng)，設備緊湊，有利于提高熱效率。下面是蒸發(fā)裝置中的主要設備及功能：

　　1.原槽液：槽內始終保持有一定量溶液，以確保能連續不斷地向系統供料。槽內設有高、中、低檢測液位計，并設有供料泵，泵的出口設有流量計及壓力表。

　　2.熱交換器：第一預熱器設置的目的就是為了回收二次蒸汽冷凝液中的熱量。進(jìn)入系統的冷料液在此得到第一次預熱，熱源為壓縮后的二次蒸汽。在預熱冷料的同時(shí)二次蒸汽也得到了冷卻。

　　第二預熱器是為了回收排出的不凝性氣體及其所夾帶的蒸汽中的熱量。進(jìn)入系統的冷料液在第一次預熱器得到第一次預熱后又得到了第二次預熱。

　　3.蒸發(fā)器：是壓縮機蒸發(fā)過(guò)程中生產(chǎn)濃縮物料或結晶的固體產(chǎn)品的關(guān)鍵設備，在此處理的溶液再次受熱沸騰蒸發(fā)使其中的溶劑水分從溶液中分離出去，所形成的二次蒸汽通過(guò)壓縮機的壓縮再作為蒸發(fā)器的加熱熱源，濃縮液或固體產(chǎn)品從蒸發(fā)器底部排出。

　　4.霧沫分離器：一是除去二次蒸汽中霧滴以確保進(jìn)入壓縮機的蒸汽的干飽和蒸汽。二是將二次蒸汽夾帶的溶質(zhì)捕集回收以減少產(chǎn)品的損失。

　　5.蒸汽壓縮機：是蒸發(fā)過(guò)程中形成節約熱能的重要設備。通過(guò)壓縮機回收二次蒸汽的熱量，由此形成了投入少而收獲多的條件；同常規單效蒸發(fā)相比節約蒸汽達90%左右。

　　6.電熱水箱：用作整個(gè)系統冷啟動(dòng)的熱源，在正常運行情況下系統因熱輻射損失熱量的補償和作為收集系統中連續不斷地產(chǎn)生二次蒸汽冷凝液，并將共用泵連續不斷地送入第一預熱器加熱進(jìn)入系統的冷料液，而自身則被冷卻。

　　7.濃縮液收集槽：熱泵生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品再次得到收集并送出系統。

 

　　三、系統啟動(dòng)熱源和補充熱源

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)過(guò)程是在一個(gè)熱平衡過(guò)程中進(jìn)行的，由于過(guò)程的散熱損失，必須補充熱量以保持系統的熱平衡。蒸汽壓縮機蒸發(fā)在正常運行中其熱源主要靠系統自身所產(chǎn)生的二次蒸汽熱量。但是，系統運行開(kāi)始時(shí)蒸發(fā)器中的料液還沒(méi)有蒸發(fā)，即沒(méi)有二次蒸汽，這樣蒸發(fā)系統就運行不起來(lái)。當蒸發(fā)系統正常運行后，從理論上講，系統就可以自行運轉了，即只要由壓縮機輸入一定量的外功，就會(huì )產(chǎn)生不需要的外加熱源，蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統就可以運行了?？墒?，在實(shí)際生產(chǎn)中，盡管設備、管線(xiàn)保溫的再好也不是絕熱的。這必然與周?chē)h(huán)境存在著(zhù)熱交換，使系統產(chǎn)生散熱損失，排出系統之外的物料也會(huì )帶走部分熱量。這些損失到系統之外的熱量若不加補充，蒸發(fā)系統的熱量就不平衡，運轉就會(huì )慢慢停下來(lái)。因而，蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統只有通過(guò)補償熱源給系統補償損失的熱量，保持熱平衡，才能維持正常運行。

　　1.借用已有熱力管網(wǎng)中的蒸汽

　　啟動(dòng)熱源時(shí)，將熱力管網(wǎng)中的蒸汽引入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內的溶液沸騰蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，啟動(dòng)壓縮機將二次蒸汽壓縮提高溫度壓力后代替從管網(wǎng)引入的蒸汽，同時(shí)慢慢減少管網(wǎng)的蒸汽，待系統運行正常穩定后，如果壓縮機做功可以維持正常運行又能彌補系統的散熱損失時(shí)，即可關(guān)閉管網(wǎng)供蒸汽。作為補償熱源，如果蒸發(fā)過(guò)程正常后，壓縮機做的功只能維持系統的正常運行，沒(méi)有多余能量補償系統的散熱損失時(shí)，可利用熱力管網(wǎng)中的少量蒸汽作為系統的散熱損失的補償。

　　2.柴油機組

　　蒸汽壓縮蒸發(fā)器和一臺能回收廢熱的柴油機組結合起來(lái)，可以得到很高的效率——相當于8效蒸發(fā)器的效率。但經(jīng)常要求把柴油機的冷卻水維持在較高的壓力下操作，以獲得最大的經(jīng)濟效益。這樣的系統還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，即它可以自己?jiǎn)?dòng)，不需要另加的加熱熱源。在海水淡化過(guò)程中，柴油發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)蒸汽壓縮機以及料液泵和蒸餾液泵，發(fā)動(dòng)機的冷卻及排氣兩系統的熱傳給進(jìn)入系統的冷海水，但蒸發(fā)器中的水達到沸點(diǎn)后，壓縮機吸入蒸發(fā)器所產(chǎn)生的二次蒸汽；壓縮后并返回到蒸發(fā)器的加熱室。有壓縮機做功給系統提供附加熱。通過(guò)增加壓力來(lái)提升蒸汽的溫度，這便導致蒸發(fā)器內的海水進(jìn)一步沸騰蒸發(fā)，返回蒸發(fā)器加熱室殼程中壓縮的二次蒸汽被冷凝，作為飲用水而排出。

　　3.蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統自身配備小型的啟動(dòng)點(diǎn)熱水鍋

　　配備電鍋爐電功率的大小完全由要求啟動(dòng)時(shí)間的長(cháng)短而定，功率大當然啟動(dòng)的時(shí)間就短。其優(yōu)點(diǎn)是省去鍋爐房設施及運行維修人員，不燒煤或天然氣，減少污染，可以自身啟動(dòng)，獨立運行，不受外界條件的干擾，操作靈活，隨時(shí)可以啟動(dòng)，也可以隨時(shí)停止運行。

 

　　四、選用適宜的壓縮機及驅動(dòng)裝置

　　在機械壓縮式蒸發(fā)過(guò)程中，從啟動(dòng)到進(jìn)入正常運行狀態(tài)后，系統啟動(dòng)熱源就可以關(guān)閉。維持系統連續不斷地正常運行的推動(dòng)力來(lái)自壓縮機的做功。無(wú)論采用何種類(lèi)型的壓縮機，在相同的吸入壓力和排出壓力的情況下，對壓縮機來(lái)說(shuō)所做的理論功都是相同的。但是，隨著(zhù)壓縮機的類(lèi)型和結構的不同存在著(zhù)不同的容積效率、機械效率、傳動(dòng)效率以及對外界的熱損失等因素，因此對壓縮一定量的蒸汽而言，其實(shí)際所需要的功率大有出入，而這所消耗的能量對蒸汽壓縮機蒸發(fā)的經(jīng)濟價(jià)值有很大的影響，為了節約動(dòng)力，提高經(jīng)濟價(jià)值，應根據具體情況合理地選擇適宜的壓縮機是很必要的。目前，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽壓縮機蒸發(fā)過(guò)程中所用的壓縮機根據蒸發(fā)量多選用羅茨式壓縮機、螺桿式壓縮機和離心式壓縮機等。

　　蒸汽壓縮機的驅動(dòng)裝置根據實(shí)際情況，會(huì )選用電動(dòng)機、柴油發(fā)動(dòng)機和工業(yè)汽輪機作為原動(dòng)機。

 

　　五、蒸發(fā)器考慮選用要點(diǎn)以及蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統的運行與控制

　　1.蒸發(fā)器的設計要根據所濃縮蒸發(fā)的物料的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行考慮。

　?。?）蒸發(fā)器的類(lèi)型多采用外加熱自然循環(huán)型、中央循環(huán)列管式、升膜或降膜式以及強制循環(huán)蒸發(fā)器等。

　?。?）蒸發(fā)器材質(zhì)的選擇要根據蒸煮溶液的腐蝕性來(lái)確定。

　?。?）蒸發(fā)器內操作壓力，在食品和藥物的濃縮過(guò)程中要求蒸發(fā)器內沸騰溶液在負壓條件下操作，但在廢水處理及無(wú)機鹽的濃縮蒸發(fā)時(shí)，最好在常壓下操作。

　?。?）要考慮設備費用和運行費用的經(jīng)濟合理性。

　　2.蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統的運行及控制

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)與其他化工單元的操作一樣，系統的啟動(dòng)、運行和停車(chē)都必須嚴格按操作程序進(jìn)行。一般步驟有：?jiǎn)?dòng)供料泵，開(kāi)啟啟動(dòng)電源，啟動(dòng)壓縮機，調節電熱水箱，啟動(dòng)熱水泵和濃縮液泵，打開(kāi)不凝性氣體排放閥門(mén)和停車(chē)等，但必須根據現場(chǎng)工況進(jìn)行調整。

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統的操作，可采用自動(dòng)或手動(dòng)，也可用作處理機進(jìn)行程序控制，很容易實(shí)現全自動(dòng)化操作。蒸發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中的監測和其它產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程里的監測一樣，生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)監測點(diǎn)的測量數據可判別產(chǎn)品在過(guò)程和終端是否符合設計質(zhì)量指標，保證生產(chǎn)過(guò)程能夠正常穩定地運行。在蒸發(fā)過(guò)程中監控的主要項目有溫度、壓力、流量、液位以及壓縮機的轉速和功率，這些項目的參數在啟動(dòng)后，進(jìn)入正常狀態(tài)后應維持在相對恒定值的條件下。

　　總之，設計工作最終必須滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。在蒸汽壓縮機蒸發(fā)這個(gè)專(zhuān)業(yè)上的設計內容里還必須把節約能源、節約用水和環(huán)境保持這幾個(gè)方面，尤其節能這一重點(diǎn)作以認真考慮，盡量做到完善。

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