喷淋蒸发冷却器及其在循环水系统中存在问题的处理

解决方案工艺/工柴1峻霄/诊断/检测/维筋/2造GoLUnON喷淋蒸发冷却器及其在循环水系统中存在问题的处理朱注潮(上海梅山钢铁有限公司能源环保部,南京210039 )摘要:介绍了喷淋蒸发冷却器的工作原理、组成及相应的作用、重要的影响因素,归纳了其在闭式循环水系统使用中存在的问题.并提出了一些处理措施或改进建议。关键词:喷淋蒸发冷却器:循环水系统;使用;问题中圄分类号:TB657文献标识码:A文章编号: 1002- -2333( 2012 )05- -0145. 031.引言层管排。与此同时.空气流从管束底部上升与水膜逆流运喷淋蒸发冷却器是近年来国内冶金工业闭式循环水动,加速了管束表面水膜的蒸发,产生对流换热。在此过程系统所采用的一-种新型换热冷却设备。由于它在节水降中,水膜被管壁加热,并在管束气液界面处蒸发.从而使管耗换热效率方而比常见凉水塔具有很强的优势.被用于内热水受到冷却。由于常温常压下水具有较高的汽化潜热冶金工业各种闭式循环水系统,用来冷却诸如转炉炉壳、(水在25C-35"心范围内.一个大气压下的汽化潜热平均值连铸结晶器等循环水。梅钢自2002年开始在RH机械冷为2256.25kJ/kg2).因此.喷淋水的蒸发带走了管内热介却水系统应用喷淋蒸发冷却器以来.巳逐渐推广到炼铁、质传递到换热管束外壁的大量热量,并产生大量水蒸气。炼钢热轧各冶金工序循环水系统。水蒸气使向上运动空气的湿度迅速增大.并接近饱和。饱2喷淋蒸发冷却器的工作原理和的湿空气在穿过喷嘴上方的收水器时,其夹带的水滴被2.1 三种工作介质及其运动过程去除后从风简流出。其次,由于管内热水与管外空气和喷在喷淋蒸发冷却器中,有三种工作介质,即来自用户淋水之间存在温度差.因此,水和空气与换热管束之间也的热流体、受风机驱动的空气和用于换热元件表面蒸发会发生显热传递。大量试验研究表明.在喷淋蒸发冷却器冷却的喷淋水。中.管束内热流体的冷却主要是通过喷淋水膜与管内热流如图1所示,喷体的潜热传递来实现的.热流体与管外空气和喷淋水之间淋蒸发冷却器工作的显热传递所产生的冷却效果是次要的。总之，喷淋蒸发时，被冷却的热水从冷却器的换热冷却过程是一个包括管束间降膜、水冷与空管箱的上端流入,然冷.传热与传质的复杂物理过程。后分配到多排错落相3喷淋蒸发冷却器的基本结构及各部分的作用L ,6间布置且与水平方向喷淋燕发冷却器的基本结构包括蒸发换热子系统.有小坡度傾斜(坡度通风子系统、循坏喷淋子系统.电气控制子系统和框架及圈1喷淋蒸发冷却器 工作原理通常大于lmm/m. 以附件等。示意图便于设备检修或停用蒸发换热子系统主要由换热管束管箱、支架.管堵1.风机2.收水器 3.噢头 4.换热时管内的余水能排等组成。它是整台设备的心脏,热介质与喷淋水和空气的管柬5.进风格栅 6.水箱 7.管道空)的换热管中,经汇传热传质主要依托它完成。常用换热元件材质有铜管.不泵8.止同阀 9.手动阀集后从另一管箱的下锈钢管、碳素钢或碳素钢镀锌.镀铬等。据有关研究表明",端流出。在换热管外,来自设备所携带的管道泉将水箱内其以不锈钢管寿命最长,以10钢表面热浸锌管成本最低冷却水(俗称喷淋水)增压后,通过布水管的喷头连续地(寿命约3年)。向换热管束喷淋。同时.在设备顶部轴流式抽风机或侧面通风子系统主要包括风机、风简格栅收水器等。风离心式鼓风机的作用下，四周的空气经格栅后从换热管机是蒸发传热的重要设备.由于换热管束喷淋水流对空与水箱之间的流入并由下向上.运动.依次通过换热管束、气流动的阻力不大.所以- -般选用轴流式或离心式通风收水器后.从设备的顶部排出。机。格栅的作用主要是避免日光直射.阻止空气中尘埃和2.2喷淋蒸发冷却器的工作原理杂质进入水箱。收水器则主要是去除饱和空气所夹带的由t述喷淋蒸发冷却器中介质的T.作流程可知.喷淋水滴中国煤化工水被均匀地喷淋到第-层换热管排项部.喷淋水在管束间泵及其驱动电机水下降的过程中受重力表面张力和粘性力的作用,在换热泵进MHCNMHG嘴等。这一部分的管外侧滑落形成一层水膜,水膜在管底积聚并脱落到下一主 要作用是通过喷淋水的循环流动，强化管束內热介质机械工程师2012年第5期 I 145解决方案EoLuTON工艺/工蔡/黄/创厉/检潮/维箱/古造与管外水膜和湿空气的传热，它是湿式空冷器的关键步一段时间后 ,在淋水系统各种设备上沉积的水垢(一般呈骤和主要特征。灰白色)产生各种不良后果。具体设备故障有:框架主要由支柱.横梁侧板等部分组成。它是整个(1 )淋水泵机械密封失效泄漏(主要由于沉积在机械空冷器的骨架和支撑部分。密封动环.静环密封面和弹簧上水垢引起)。电气控制子系统主要包括风机和水泵的电气控制元(2)设备換热效率下降(主要由于换热管東外部积垢器件及线路等。它是设备自动运行的重要组成部分。降低换热效果);4影响喷淋蒸发冷却器传热传质的重要因素(3)补水阀阀体结垢卡死;据国内研究成果以表明,影响喷淋蒸发冷却器传热传(4)淋水泵出口过滤网网孔堵塞。质的主要因素包括换热元件的截面形状、换热管束的迎对于上述问题,要从根本上解决,需改善喷淋水质.面风速、水流的喷淋密度和设备周围空气的湿球温度及如采用软化水或除盐 水作为喷淋水。对于空冷器使用量相对湿度。较大的系统,也叮以考虑采用喷淋水集中供应的办法,这4.1换热管的截面形状样取消了分散的喷淋泵和补水阀，可以从根本上消除上换热管是喷淋湿式蒸发空气冷却器的核心元件。不述故障， 如何均匀地分配喷淋水量和满足必要的喷淋压同的换热管截面形状.直接影响换热管束降膜过程(包括力是一个有待解决的问题。水膜在换热管上.的形成、增大.下降、脱落的过程时间和5.2 使用 环境引起的问题不稳定性波长。因此，可以说换热管截面形状是决定换热由于喷淋蒸发冷却器安装在多尘的环境，如安装位管束上下间距的主要设计因素之一。置靠近石灰石堆场污泥脱水间或运输主干道等,空气中4.2 换热管束的迎面凤速的尘土和杂物容易被风机吸人。并导致:(1 )水池积淤快;换热管束的迎面风速是指垂直于换热元件的空气流(2)格栅孔堵塞。动速度。实验证明,在其余条件相同的情况下.增大管束因此,格栅、水池需要经常冲洗.运行维护的工作量的迎面风速.换热管束总传热系数增大。对于光滑圆管，非常 大而且耗水量也大。有鉴于此.喷淋蒸发冷却器在安迎面风速超过2.5m/s后总传热系数增加缓慢。装位置的选择上充分考虑环境因素，要避免安装在灰尘4.3水流喷淋密度较多的场地。水流喷淋密度是指单位时间内喷酒在换热管管束单5.3 因设计考 虑不周引起的问题位长度上的喷淋水的质量。不同的水流喷淋密度直接影响(1 )热空气回流。由于相邻空冷器间的间距小,轴流换热管束间的水膜分布流动型式和脱落特性。实验证明,在风机抽出 的湿热空气容易被相邻的风机吸人，导致湿热其他操作条件保持不变的情况下.换热管束的水膜传热系空 气回流.影响设备的换热效果。数随喷淋密度的增大而增大,但喷淋密度超过0.05kg(m.s)(2)通风不畅。由于空冷器- -侧或周围存在高大的构后,水膜传热系数基本保持不变甚至略有减小。筑物,直接影响设备进风面空气的水平流动,也影响设备4.4空 气的湿球溫度和相对湿度的换热效果。除上述三个与其结构和操作因素外，还与其使用环(3 )喷淋泵电机设计裕量偏小。由于喷淋泵机械密封境的空气湿球温度和相对湿度紧密相关。据有关研究结部位积垢增大了转 动摩擦阻力、外部尘埃等溶人水箱后果表明0,空气的湿球温度对喷淋蒸发冷却器的传热传质增大了喷淋水密度和水泵叶轮流道表面锈蚀引起泉效率影响最大,根据其定义的传热传质影响因子估算,空气湿下降 等原因，喷淋泵电机在使用- -段时间后 就纷纷出现球温度的影响是水流喷淋密度的10倍，是迎面风速的运行电 流超额定值,并引起电机绕组过热烧坏的故障。事表1喷淋蒸发冷却嚣的传热传质影响因子4.4倍。空气后 ,通过在喷淋泵出水管路上增加手动阀,用调节阀门开变化范国影响因子F的相对湿度度来控制电机运行电流使问题得到 了解决。迎面风速ud/m'sr+1.2-3.70.034的影响也仅上述这些问题，都是设计时考虑不周所引起。因此，喷淋密度T'kg*(m's)- 0.03-0.0750.015次于空气湿在设 备设计和安装地点选择时必须慎重考虑，避免影响湿球温度wC11.4-23.30.150球温度、迎设 备的使用和效能发挥。相对湿度1%50-800.018面风速和水5.4 设备本身值得完善的问题流喷淋密度。其实验数据见表1。(1)缺乏必要的状态参数检测,设备自适应调节能力5喷淋蒸 发冷却器在使用中出现的问题及改进方法差,限制了设备节能降耗的作用。从目前国内生产的喷淋喷淋蒸发冷却器作为-种高效换热冷却设备，在国蒸发冷却器样 本来看，对进出设备的流动介质普遍缺乏内许多钢铁企业的闭式循环水系统中的获得了广泛的使状态 监测,如缺乏对热循环介质进出口温度喷淋水泵流用,并且在节水降耗方面发挥了重要作用。但在实际使用量压力中国煤化工因此,不能自动调中仍存在一-些问题。归纳起来,主要有以下几个方面。节凤机造成电能和补充水CNMHG5.1喷淋水质 引起的问题由于喷淋水采用回用水,水的硬度高,因此,在使用(2)换热管束管间距小,重量大,清洗除垢难。146 I机械工程师2012年第5期解决方案I艺/工藁/顺具/诊断/检测/维馅/改造SOLUTON压力容器用钢的特殊要求李伟民(哈药集团制药总厂,哈尔滨150086)摘要:根据压力容器对所使用的钢材在强度焊接性及韧性方面的基本要求,并以Q345R( 16MnR )和Q345( 16Mn)两个典型钢号为例，通过对比两种钢的制造标准,找出了压力容器用钢和普通结构钢之间在性能和质量上的主要差别，使压力容器选材更加合理、经济。关键词:压力容器用钢;S、P含量;韧性;选材中图分类号:TH49文献标识码:A文章编号: 1002-2333( 2012)05- -0147-021引言置.钢材应具有较高的热强性.高韧性.良好的抗氢性能随着工艺的进步和生产的发展,压力容器早已经广泛以及低的回火脆性;对于低温T.作压力容器,钢材不但应地应用于化工制药领域。压力容器作为- -种特种设备,它具有优良的低温冲击韧性，还要有一定的抗起裂和抵抗的设计.制造、检验和运行全过程都必须遵循国家相应的裂纹扩展的能力。法律.法规和标准的要求。基于压力容器的特殊性以及制压力容器对钢材的要求主要取决于它的用途和T.作环造工艺的成熟性.用于制造压力容器的材料主要为金属材竟。 而随着压力容器的用途和工作环境不同,对钢材性能的料一钢材。压力容器选材是-一个复杂的问题,材料选择要求也各不相同。由于压力容器自身承压的特点及金属材的好坏会对压力容器的安全性寿命和设备价格产生直接料的工艺要求。压力容器对钢材有如下三项基本要求:的影响。作为压力容器设计、制造及检验方面的技术人员，(1)高强度。材料强度是保证压力容器安全、可靠使不但要掌握各种法规和标准中对压力容器用钢的要求,同用的基本条件。高强度可以减少材料用量,这在经济上也时也要了解压力容器用钢和普通结构钢的主要差别,只有比较合理。在这个基础上,才能在压力容器选材时更合理、更经济。(2)良好的焊接性。压力容器的特点决定了焊接是压2压力容 器对钢材的要求力容器制造中主要的连接方法。这使得良好的焊接性对力容器是否安全可靠，与其所选用的钢材密切相保证压力容器的安全性有重要的意义。关。它要求钢材有一定的力学性能加工工艺性能以及使(3)良好的冲击韧性。通过对压力容器事故的分析发用性能。当设备承受载荷时,应有足够的强度和稳定性，现.大多数的事故原因是材料发生脆性断裂。而良好的韧钢材要有-定的强度.塑性和韧性;制作容器及其受压元性是防止压力容器发生脆性破坏的重要因素。件时,需经各种成型工序,钢材应具有良好的冷作热锻、3 压力容 器用钢的特殊要求焊接和热处理等性能;在腐蚀介质中运行的化工设备,相在确定了压力容器对钢材的具体要求后，怎样来选应条件下钢材应能耐腐蚀;在高温高压下工作的加氢装撣具体的钢号以及怎样从几个相近的钢号中选择出适用5.5设备运行值得 重视的问题广泛使用的一种新型换热设备.它有热循环水消耗小运(1)由于喷淋蒸发冷却器对多数水处理运行维护人行稳定 、换热效率较高、维护简单等优点.但由于在喷淋员来说.是一种新型的设备。加之设备本身的可靠性和稳水质和使用环境选择、设备和T.业设计上考虑不周等原定性也很高.故障较少。实践证明.在日常检查中.根据换因,在实际应用中存在诸如换热管容易结垢、喷头和进风热管束降膜形态，及时调整喷淋水量和定期检查与疏通格栅容易堵塞换热效能不能正常发挥,以及框架结构腐喷淋水管道喷头。对保持设备的冷却性能有着十分重要蚀块换热管束整体更换难等问题,都值得在今后的实践的作用。尤其是对喷淋水量的调节.实际运行中常常被人中探索 和解决。们忽视。[参考文献](2 )喷淋湿式空冷器是一种季节性设备,它在气温高[1]韩卓, 马军.王春晖.表面蒸发式京冷器管外腐蚀成囚及防护措的季节投人的数鼠较大.风机和淋水泵需要满负荷运转;施[]石油化工设备.2005(7):64-66.在气温低的季节投人的量就显著减少,风机和淋水泵可[2] 董其伍,张森,等換热器[ M].北京:化学T业出版社.2008.以部分运转甚至停运。因此.根据系统温度要求.合理调[3] 朱冬牛 佛r旅植呢站尤乃讲匡IM.北京:中国石化出中国煤化工(编辑立明)配淋水泵和风机投人运行的数量,可以显着降低运行成本。6结语:THCN MH G.设备技术和管理工作。喷淋蒸发冷却器作为冶金工业闭式循环水系统日益收稿日 期:2012-02-20机械工程师2012 年第5期I 147