【壓縮機網(wǎng)】蒸汽壓縮機蒸發(fā)裝置與所用的工藝過程和設(shè)備有關(guān)，一套裝置的設(shè)計需要滿足其經(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(shè)備投資和操作運行費用；運行可靠性要求穩(wěn)定生產(chǎn)、運行周期長；操作維護方便要求操作控制簡便易行，易于檢修，節(jié)省人力。

 

　　一、設(shè)計的總體考慮

　　1.蒸汽壓縮機提供蒸發(fā)的推動力

　　要實現(xiàn)蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統(tǒng)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力。任何氣體被壓縮時期溫度就會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(nèi)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，同時放出蒸汽的汽熱潛能，并傳遞給加熱室管束內(nèi)的溶液，使其繼續(xù)蒸發(fā)。由于二次蒸汽的潛熱得到反復(fù)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)溶液所需要的推動力，保持蒸發(fā)器內(nèi)溶液連續(xù)不斷的沸騰蒸發(fā)。在蒸汽壓縮機蒸發(fā)過程中利用壓縮功的熱當(dāng)量使溶液不斷地蒸發(fā)，不需要從別處供給加熱蒸汽，無論采用何種類型的壓縮機，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達到。當(dāng)傳熱系數(shù)和溫差經(jīng)過試算初定后，問題就變成了在最小輸入功的條件下，滿足總傳熱量所需要而湊合傳熱面積的問題了。例如，在海水蒸餾中必須使傳熱系數(shù)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(shè)備的熱平衡算有關(guān)的，這些因素在設(shè)計時都要考慮進去。

　　最經(jīng)濟操作的關(guān)鍵是使壓縮機盡可能超過的壓力范圍最小，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(shè)備費之間進行核算。幾乎如何具體化狀態(tài)都可以從熱力學(xué)進行相當(dāng)準(zhǔn)確的計算。一般都假定壓縮機的無用功可以抵消輻射熱損失加上正常預(yù)熱所需要的能量，而蒸汽壓縮機的范圍越大，越會生成過熱過高的蒸汽，影響壓縮機的單位能量的蒸發(fā)量，使其劇減。

　　2.沸點升高消耗壓縮功

　　處理的溶液沸點升高會帶來一些不利的因素。沸點升高將消耗克服沸點升高所需的壓縮功，還會降低溫差。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(zhuǎn)折點就出現(xiàn)在每千克生蒸汽能蒸發(fā)10～15kg蒸汽的時候，這時，蒸汽的用量已減少到超過單效的90%，可以認(rèn)為這就是能夠預(yù)期的特別高的經(jīng)濟性。生蒸汽的節(jié)約超過這一點，則費用便多過其所值。如果要求更高的節(jié)約，問題就會困難得多，這時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(dǎo)致效率的降低。沸點升高越大則壓縮機出口壓力就越高，相應(yīng)的過熱度也升得很高，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)過程時，由于從蒸發(fā)器加熱室排出的二次蒸汽冷凝液的熱量沒有再加以回收利用，會使熱效率降低不少，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)量就有問題；如果溶質(zhì)作為產(chǎn)品，由于夾帶原因而會使產(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，也會造成排放水很難達到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(yī)藥工業(yè)中的廠家，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(shè)計中，根據(jù)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，同時外界空氣也容易向蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)滲漏，從而導(dǎo)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)一般沒有特殊要求，采用常壓蒸發(fā)操作最為適宜。

　　在整個蒸發(fā)過程中，存在水中的不溶解性氣體會隨著蒸汽的流動而積累在蒸發(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(jù)一定空間，必然使傳熱面積減少，蒸發(fā)量下降。所以，設(shè)計時一定要考慮不凝性氣體的排放問題。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(yīng)排入氣體凈化裝置。而沒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(dāng)過熱和出口蒸汽的消除過熱

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)過程中，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(nèi)會損壞旋轉(zhuǎn)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(shè)置一臺除沫器，把蒸汽中的霧滴除掉后進壓縮機；另一方法是把壓縮機出口的過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熱，壓縮范圍越大，則過熱的程度就越高。過熱度應(yīng)加以消除，否則會影響傳熱效果。其原因是在過熱條件下傳熱時會在液相側(cè)的傳熱壁上形成一層氣泡，氣體的傳熱系數(shù)比液體的傳熱系數(shù)小，因而傳熱速率下降影響蒸發(fā)效果。消除過熱的辦法是在壓縮機出口管線上的適當(dāng)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過熱管線上的適當(dāng)位置，而這段管線，應(yīng)向蒸發(fā)器方向具有一定的傾斜度，這樣可以保證噴水時一旦過多時，能自動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流入壓縮機中。

 

　　二、蒸汽壓縮機蒸發(fā)生產(chǎn)流程設(shè)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(jié)能，那么在蒸汽壓縮蒸發(fā)生產(chǎn)過程中，凡是排出系統(tǒng)之外帶有一定熱量的介質(zhì)或物料，都應(yīng)通過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(shè)備布置的越緊湊越好，設(shè)備之間管線越短越好。

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

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

　　2.熱交換器：第一預(yù)熱器設(shè)置的目的就是為了回收二次蒸汽冷凝液中的熱量。進入系統(tǒng)的冷料液在此得到第一次預(yù)熱，熱源為壓縮后的二次蒸汽。在預(yù)熱冷料的同時二次蒸汽也得到了冷卻。

　　第二預(yù)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。進入系統(tǒng)的冷料液在第一次預(yù)熱器得到第一次預(yù)熱后又得到了第二次預(yù)熱。

　　3.蒸發(fā)器：是壓縮機蒸發(fā)過程中生產(chǎn)濃縮物料或結(jié)晶的固體產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)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)過程中形成節(jié)約熱能的重要設(shè)備。通過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(guī)單效蒸發(fā)相比節(jié)約蒸汽達90%左右。

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

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

 

　　三、系統(tǒng)啟動熱源和補充熱源

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)過程是在一個熱平衡過程中進行的，由于過程的散熱損失，必須補充熱量以保持系統(tǒng)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(tǒng)自身所產(chǎn)生的二次蒸汽熱量。但是，系統(tǒng)運行開始時蒸發(fā)器中的料液還沒有蒸發(fā)，即沒有二次蒸汽，這樣蒸發(fā)系統(tǒng)就運行不起來。當(dāng)蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行后，從理論上講，系統(tǒng)就可以自行運轉(zhuǎn)了，即只要由壓縮機輸入一定量的外功，就會產(chǎn)生不需要的外加熱源，蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統(tǒng)就可以運行了。可是，在實際生產(chǎn)中，盡管設(shè)備、管線保溫的再好也不是絕熱的。這必然與周圍環(huán)境存在著熱交換，使系統(tǒng)產(chǎn)生散熱損失，排出系統(tǒng)之外的物料也會帶走部分熱量。這些損失到系統(tǒng)之外的熱量若不加補充，蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量就不平衡，運轉(zhuǎn)就會慢慢停下來。因而，蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統(tǒng)只有通過補償熱源給系統(tǒng)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

　　啟動熱源時，將熱力管網(wǎng)中的蒸汽引入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內(nèi)的溶液沸騰蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，啟動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，同時慢慢減少管網(wǎng)的蒸汽，待系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定后，如果壓縮機做功可以維持正常運行又能彌補系統(tǒng)的散熱損失時，即可關(guān)閉管網(wǎng)供蒸汽。作為補償熱源，如果蒸發(fā)過程正常后，壓縮機做的功只能維持系統(tǒng)的正常運行，沒有多余能量補償系統(tǒng)的散熱損失時，可利用熱力管網(wǎng)中的少量蒸汽作為系統(tǒng)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(jié)合起來，可以得到很高的效率——相當(dāng)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(tǒng)還有一個很大的優(yōu)點，即它可以自己啟動，不需要另加的加熱熱源。在海水淡化過程中，柴油發(fā)動機驅(qū)動蒸汽壓縮機以及料液泵和蒸餾液泵，發(fā)動機的冷卻及排氣兩系統(tǒng)的熱傳給進入系統(tǒng)的冷海水，但蒸發(fā)器中的水達到沸點后，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(tǒng)提供附加熱。通過增加壓力來提升蒸汽的溫度，這便導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)的海水進一步沸騰蒸發(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(tǒng)自身配備小型的啟動點熱水鍋

　　配備電鍋爐電功率的大小完全由要求啟動時間的長短而定，功率大當(dāng)然啟動的時間就短。其優(yōu)點是省去鍋爐房設(shè)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，獨立運行，不受外界條件的干擾，操作靈活，隨時可以啟動，也可以隨時停止運行。

 

　　四、選用適宜的壓縮機及驅(qū)動裝置

　　在機械壓縮式蒸發(fā)過程中，從啟動到進入正常運行狀態(tài)后，系統(tǒng)啟動熱源就可以關(guān)閉。維持系統(tǒng)連續(xù)不斷地正常運行的推動力來自壓縮機的做功。無論采用何種類型的壓縮機，在相同的吸入壓力和排出壓力的情況下，對壓縮機來說所做的理論功都是相同的。但是，隨著壓縮機的類型和結(jié)構(gòu)的不同存在著不同的容積效率、機械效率、傳動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)濟價值有很大的影響，為了節(jié)約動力，提高經(jīng)濟價值，應(yīng)根據(jù)具體情況合理地選擇適宜的壓縮機是很必要的。目前，在實際生產(chǎn)過程中，蒸汽壓縮機蒸發(fā)過程中所用的壓縮機根據(jù)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(qū)動裝置根據(jù)實際情況，會選用電動機、柴油發(fā)動機和工業(yè)汽輪機作為原動機。

 

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

　　1.蒸發(fā)器的設(shè)計要根據(jù)所濃縮蒸發(fā)的物料的性質(zhì)來進行考慮。

　?。?）蒸發(fā)器的類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。

　　（2）蒸發(fā)器材質(zhì)的選擇要根據(jù)蒸煮溶液的腐蝕性來確定。

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

　?。?）要考慮設(shè)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(tǒng)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(tǒng)的啟動、運行和停車都必須嚴(yán)格按操作程序進行。一般步驟有：啟動供料泵，開啟啟動電源，啟動壓縮機，調(diào)節(jié)電熱水箱，啟動熱水泵和濃縮液泵，打開不凝性氣體排放閥門和停車等，但必須根據(jù)現(xiàn)場工況進行調(diào)整。

　　蒸汽壓縮機蒸發(fā)系統(tǒng)的操作，可采用自動或手動，也可用作處理機進行程序控制，很容易實現(xiàn)全自動化操作。蒸發(fā)生產(chǎn)過程中的監(jiān)測和其它產(chǎn)品生產(chǎn)過程里的監(jiān)測一樣，生產(chǎn)過程中各個監(jiān)測點的測量數(shù)據(jù)可判別產(chǎn)品在過程和終端是否符合設(shè)計質(zhì)量指標(biāo)，保證生產(chǎn)過程能夠正常穩(wěn)定地運行。在蒸發(fā)過程中監(jiān)控的主要項目有溫度、壓力、流量、液位以及壓縮機的轉(zhuǎn)速和功率，這些項目的參數(shù)在啟動后，進入正常狀態(tài)后應(yīng)維持在相對恒定值的條件下。

　　總之，設(shè)計工作最終必須滿足生產(chǎn)需要。在蒸汽壓縮機蒸發(fā)這個專業(yè)上的設(shè)計內(nèi)容里還必須把節(jié)約能源、節(jié)約用水和環(huán)境保持這幾個方面，尤其節(jié)能這一重點作以認(rèn)真考慮，盡量做到完善。

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