什么是冷凝器

冷凝器(Condenser),为 制冷系统的机件,属于换热器的一种,能把气体或蒸气转变成液体,将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气中。冷凝器工作过程是个放热的过程,所以冷凝器温度都是较高的。
发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝。在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的制冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中,把蒸气转变成液态的装置也称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。

简介

制冷系统的机件,属于换热器的一种,能把气体或蒸气转变成液体,将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气中。冷凝器工作过程是个放热的过程,所以冷凝器温度都是较高的。
发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝。在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的制冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中,把蒸气转变成液态的装置也称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。

原理

气体通过一根长长的管子(通常盘成螺线管),让热量散失到四周的空气中,铜之类的金属导热性能强,常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片,加大散热面积,以加速散热,并通过风机加快空气对流,把热量带走。
一般制冷机的制冷原理是压缩机把工质由低温低压气体压缩成高温高压气体,再经过冷凝器冷凝成中温高压的液体,经节流阀节流后,则成为低温低压的液体。低温低压的液态工质送入蒸发器,在蒸发器中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽,再次输送进压缩机,从而完成制冷循环。
单级蒸汽压缩制冷系统,是由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四个基本部件组成,它们之间用管道依次连接,形成一个密闭的系统,制冷剂在系统中不断地循环流动,发生状态变化,与外界进行热量交换。

组成

在制冷系统中,蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件,这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏,起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备,将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传

递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用,同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的量,并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中,除上述四大件之外,常常有一些辅助设备,如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成,它们是为了提高运行的经济性、可靠性和安全性而设置的。

空调机根据冷凝形式可分为:水冷式和空冷式两种,根据使用目的可
分为单冷式和制冷制暖式两种,不论是哪一种型式的构成,都是由以下的主要部件组合而成的。
冷凝器的必要性基于热力学第二定律——根据热力学第二定律,封闭系统内部热能自发的流动方向是单向的,即只能从高热流向低热,在微观世界表现为承载热能的微观粒子只能由有序变成无序。所以,一个热机在有能量输入做功的同时,下游也必须有能量放出,这样上下游才会有热能差距,热能的流动才会成为可能,循环才会继续下去。
所以,如果想让承载物重新做功,就必须先把没有完全释放的热能释放干净,这时候就需要用到冷凝器。如果周围的热能比冷凝器中的温度还要高的话,为了使得冷凝器降温,就必须人为做功(一般来说是使用压缩机)。冷凝后的流体重新回归高有序、低热能的状态,可以重新做功。
冷凝器的选择包括形式和型号的选择,并确定流经冷凝器的冷却水或空气的流量和阻力。冷凝器型式的选择要考虑当地的水源、水温、气候条件,以及制冷系统总制冷量的大小和制冷机房的布置要求。在确定冷凝器型式的前提下,根据冷凝负荷和冷凝器单位面积的热负荷来计算冷凝器的传热面积,以此来选定具体的冷凝器的型号。

系统组成

制冷

液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后,汽化成高温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热,冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化,达到循环制冷的目的。这样,制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀(或毛细管、过冷却控制阀)、四通阀、复式阀、单向阀、电磁阀、压力开关、熔塞、输出压力调节阀、压力控制器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。
电气
主要部件有电机(压缩机、风机等用)、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度开关(除霜、防止结冻等用)。压缩机曲轴箱加热器,断水继电器,电脑板及其它部件组成。
控制
由多个控制器件组成,它们是:
制冷剂控制器:膨胀阀、毛细管等。
制冷剂回路控制器:四通阀、单向阀、复式阀、电磁阀。
制冷剂压力控制器:压力开闭器、输出压力调节阀、压力控制器。
电机保护器:过电流继电器、热动过电流继电器、温度继电器。温度调节器:
温度位式调节器、温度比例调节器。湿度调节器:湿度位式调节器。
除霜控制器:除霜温度开关、除霜时间继电器、各种温度开关。
冷却水控制:断水继电器、水量调节阀、水泵等。
报警控制:超温报警、超湿报警、欠压报警及火警报警、烟雾报警等。
其它控制:室内风机调速控制器、室外风机调速控制器等。

制冷剂

CF2Cl2
氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂,但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。氟里昂12不会燃烧也不会爆炸,当与明火接触或温度达到400℃以上时,能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。 R12是应用较广泛的中温制冷剂,适用于中小型制冷系统,如电冰箱、冰柜等。R12能溶解多种有机物,所以不能使用一般的橡皮垫片(圈),通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。
CHF2Cl
氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸,其毒性比R12稍大,水的溶解度虽比R12大,但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。R22能部分地与润滑油互相溶解,其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变,故采用R22的制冷系统必须有回油措施。
R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8℃,常温下冷凝压力不超过15.68×105 Pa,单位容积制冷量与比R12大60%以上。在空调设备中,大都选用R22制冷剂
CHF2F3
四氟乙烷R134a(ch2fcf3)代号R13是一种无毒无污染安全性最高的制冷剂。TLV 1000pm,GWP 1300.广泛应用于制冷设备中。特别是对制冷剂要求高的仪器中。

种类

编辑

蒸汽冷凝器
蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝,保证末效蒸发器的真空度。例(1)喷淋式冷凝器,冷水从上部喷嘴喷入,蒸汽从侧面入口进入,蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水,同时沿管下流,部分不凝汽体也可能被带出。例(2)充填式冷凝器,蒸汽从侧管进入后一上面喷下的冷水相接触冷凝器里面装了满了瓷环填料,填料被水淋湿后,增大了冷水与蒸汽的接触面积,蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出,不凝气体同上部管路被真空泵抽出,以保证冷凝器内一定的真空度。例(3)淋水板或筛板冷凝器,目的是增大冷水与蒸汽的接触面积。混合式冷凝器具有结构简单,传热效率高等优点,腐蚀性问题也比较容易解决。
锅炉用冷凝器
锅炉用冷凝器,又称烟气冷凝器,锅炉使用烟气冷凝器后,可有效节约生产成本,降低锅炉的排烟温度,提高锅炉热效率。使锅炉运行符合国家节能减排标准。
节能减排是国家“十一五”规划纲要转变经济发展方式的关键和保证,是落实科学发展观和保证经济又好又快发展的重要标志,特种设备作为耗能大户,同时也是环境污染的重要源头、加强特种设备节能减排的任务任重道远。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》确立了单位国内生产总能源消耗降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%为经济社会发展的约束性指标。其是有着工业生产“心脏”之称的锅炉是我国能源消耗的大户。高效能特种设备主要是指锅炉、压力容器中的换热设备等。
《锅炉节能技术监督管理规程》(以下简称《规程》)于2010年12月1日开始施行。并提出锅炉排烟温度不得高于170℃、节能燃气锅炉热效率达到88%以上,未达到能效指标的锅炉不能办理使用登记。
在传统锅炉中,燃料在锅炉燃烧后,排烟温度相对较高,烟气中的水蒸汽仍处于气态,会带走大量的热量。在各类化石燃料中,天燃气的氢含量最高,氢的质量百分比约为20%到25%,因此,排烟中含有大量的水蒸汽,据测算,燃烧1平方米天燃气产生的蒸汽要带走的热量纸为4000KJ,约为其高位发热量的10%以上。
烟气冷凝余热回收装置,利用温度较低的水或空气冷却烟气,实现烟气温度降低,靠近换热面区域,烟气中水蒸汽冷凝,同时实现烟气显热释放和水蒸汽凝结潜热释放,而换热器内的水或空气吸热而被加热,实现热能回收,提高锅炉热效率。
锅炉热效率提高:1NM3天燃气燃烧生产理论烟气量约为10.3NM3(大约为12.5KG).以过量空气系数1.3为例,产生烟气14NM3(大约16.6KG).取烟气温度200摄氏度降低至70摄氏度,放出物理显热约1600KJ,水蒸汽冷凝率取50%,放出汽化潜热约1850KJ,总计放热3450KJ,约是天然气低位发热量的10%,若取80%烟气进入热能回收装置,可以提高热能利用率8%以上,节省天燃气燃料近10%。
分体布置,安装形式多样,灵活可靠。
螺旋鳍片管作为热面,换热效率高,受热面充足,烟气侧系统阴力小,满足普通燃烧器的要求。

危险因素

可燃组分
主要是乙炔等碳氢化合物,乙炔最为危险,在液氧中的溶解度很低(5.6×10-6mg/L),很容易以固态析出并引发爆炸。
堵塞组分
主要是二氧化碳、水分和氧化亚氮,尤其是氧化亚氮,日渐引起关注,他们结晶析出后,堵塞主冷通道,会引起主冷“干蒸发”和“死端沸腾”,造成碳氢化合物浓缩、积聚、析出,引发主冷爆炸。
强氧化剂
液氯为强氧化剂。
引爆因素
a.固体杂质微粒的机械撞击引爆(乙炔微粒等摩擦、液氧冲击)。
b.静电,如二氧化碳微粒达到(200~300)×104ppm时,可产生静电,电压达3kV。
c.化学敏感性特强的物质(如臭氧和氮的氧化物)。
d.气流冲击、压力冲击、气蚀现象引起的压力脉冲,引起温度升高引发爆炸。

质量控制

氧气生产区应常年在上风向,距乙炔发生站300m以上,远离有害气体源,加强原料空气质量控制,一旦污染严重,要采取相应措施。
积聚主要因素如下:
a.充分发挥液空液氧吸附器清除乙炔等碳氢化合物的作用,严格按期倒换吸附器和控制加热再生温度,提高吸附效率。
b.从主冷中排放1%的产品液氧,清除碳氢化合物。
c.定期对空分进行大加温,以除去积聚在热交换器和精馏塔内残留的二氧化碳及碳氢化合物杂质。
d.液氧泵长期投入运行,采用分子筛吸附的,氧化亚氮吸附效果不好,可在分子筛吸附器内加一层5A分子筛。
这个工作要正常化、制度化、定期进行,若环境恶化,需随时采取有效措施,把有害物质控制在标准之内,乙炔在0.5、甲烷120、总碳155、二氧化碳4、氧化亚氮100(数量级10-6)。
液面高、循环倍比大,二氧化碳及烃类化合物不易积累浓缩。武钢燃气厂采用全浸操作,经多年安全运行,全部工艺参数同未浸前一样,并且仍有足够的分离空间,换热面积也满足要求,取出的氧气也没有气液夹带现象,所以主冷全浸操作是有利无害的。
临时停车再启动,不可避免地存在一定时间的低液面操作,此阶段易发生烃类的局部浓缩,同时重新启动时,板式换热器在一段时间内工况不正常,自清除效果不好,造成二氧化碳堵塞,再加上气流冲击,就有可能在主冷发生微爆,所以应最大限度的减少临时停车的次数,或避免全排液,对主冷实行单独加温,有条件应全面加温。
运转2年或更长时间时,应对精馏塔及液氧循环系统进行清洗脱脂,主冷单元应浸泡8h,清洗后用足够压力的空气彻底吹除,而后充分加温干燥。
1.经常检查压缩机皮带是否良好,如果启动空调时有“吱吱”的噪声,说明皮带打滑严重,应及时更换皮带和皮带轮;如果皮带过松则会影响空调制冷。
2.经常清洗冷凝器,有些车主在夏天使用空调时往往会用水管对着冷凝器进行冲洗,这个方法不错,可以防止灰尘泥巴等东西沉积后影响散热。
3.每年都应该更换一次空调的滤网,滤网上经常沾着各种灰尘杂质,不光会影响出风,而且可能制造异味。
4.车子使用两年以上要做蒸发箱的清洗,蒸发箱位于雨刮器下,每次开空调时,灰尘细菌容易沾染在蒸发箱上,因此最好用具备清洗功能的泡沫剂清洗。
液氧的单位电阻较大,易于产生静电,在不接地情况下可产生数千伏的静电电压,所以要定期对空分装置进行接地检查。
若油被带入空分装置,会污染吸附剂,影响对乙炔的吸附,所以应取消易使空气带油的罗茨风机,加强膨胀机的检修和维护。
电石渣中剩余乙炔对空气污染很大,特别是下雨天更为严重,应严格管理,最好远远埋于地下。
在操作上,对于清除有害杂质的环节要认真,如板式换热器的温度控制、主冷稳定控制、有害物质监测等。在维护上,监测用的仪器、仪表要定期校验,保证检测结果的准确性;超周期运行要慎重,要及时停车加热吹除。在管理上,要严格遵守工艺纪律,加强设备管理,杜绝违章作业,保持设备的完好率,严格执行“四不放过”。
每年定期、不定期培训,增强防爆意识,提高操作技能。
因冷却水大多数含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经金属表面时,有碳酸盐的生成。另外,溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀,形成铁锈。由于锈垢的产生,冷凝器换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水,结垢严重时会堵塞管子,使换热效果失去作用。研究的数据显示水垢沉积物对热传输的损失影响巨大,随着沉积物的增加会造成能源费用的加大。即使很薄的一层水垢就要增加设备中结垢部分40%以上的运行费用。保持冷却通道中不含矿物沉积物可以很好的提高功效、节约能源、延长设备的使用寿命,同时节约生产时间和费用。
长期以来传统的清洗方式如机械方法(刮、刷)、高压水、化学清洗(酸洗)等在对设备清洗时出现很多问题:不能彻底清除水垢等沉积物,酸液对设备造成腐蚀形成漏洞,残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀,最终导致更换设备,此外,清洗废液有毒,需要大量资金进行废水处理。
针对上述情况,国内外努力研制对金属腐蚀性小的清洗剂,而目前研发成功的有福世泰克清洗剂。其具有高效、环保、安全、无腐蚀的特点,不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀,能够保证冷凝器的长期使用。福世泰克清洗剂(特有的添加湿润剂和穿透剂,可以有效清除用水设备中所产生的最顽固的水垢(碳酸钙)、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物,同时不会对人体造成伤害,不会对钢铁、紫铜、镍、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应,可大大延长设备的使用寿命。
冷凝器的材料一般以碳钢、不锈钢和铜为主,其中碳钢材质的管板在作为冷却器使用时,其管板与列管的焊缝经常出现腐蚀泄漏,泄漏物进入冷却水系统会造成污染环境及物料的浪费。

冷凝器在制作时,管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊,焊缝形状存在不同程度的缺陷,如凹陷、气孔、夹渣等,焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分与工业冷却水接触,而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种

分子材料对冷凝器做保护涂层

离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等泡。以海水为介质时,还会产生电偶腐蚀。双金属腐蚀也是管板腐蚀的一种常见现象。

针对冷凝器防腐问题,西方国家多采用高分子复合材料的方法进行保护,其中应用最多的是技术产品。其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能,在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩,特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能,从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏,为冷凝器提供一个长久的保护涂层。
冷凝器与蒸发器是家用除湿机和工业除湿机行业最最重要的组件之一。

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