蒸发式冷凝器蒸发量的测量计算.pdf

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1、312化工机械2014年蒸发式冷凝器蒸发量的测量计算刘百强刈陈良才2(1．中国石油化工股份有限公司武汉分公司；2．华中科技大学能源与动力工程学院)摘要针对喷淋区水风逆流的特点，应用可在喷淋区气水分离、采样湿空气并同时测量喷淋区干湿球温度的装置，编制了计算涅空气空气状态参数和迭代求解反函数的程序。工业实测表明，利用该装置能有效分离水和空气，准确测出喷淋区空气的干湿球温度，并能据此正确计算蒸发式冷凝器喷琳区蒸发量、管束区蒸发量和填料区蒸发量。关麓词蒸发式冷凝器蒸发量温度测量气水分离中圈分类号TQ051．6+l文献标识码A文章编号0254-609

2、4(2014)03旬312-04淋水与空气混合的两相流动广泛用于开式冷却塔、闭式冷却塔及蒸发式冷凝器等蒸发冷却设备中。目前，液滴和气体两相流的研究主要在数学模型的深入、数值计算方法的完善以及液滴光学测量技术的改进与开发等方面展开¨。，但在气液混合流场的温湿度测量方面，进展似乎不明显，这主要是因为液滴和气体混合在一起，一般的测量方法很难将二者分开旧。。。开式冷却塔内喷淋水与流动空气的换热主要是在填料区完成的，但喷淋区内喷淋水与流动空气的换热并非可以忽略不计。环境空气经过喷淋区时，淋水肯定有蒸发，空气湿度也会增加。填料区空气人口温湿度与环境空气

3、温湿度肯定不同，即喷淋区的换热会影响到填料区的空气入口边界条件。与此类似，闭式冷却塔和蒸发式冷凝器的换热虽然主要在管束区完成，但喷淋区的蒸发和换热也会影响到管束区空气人口边界条件。蒸发冷却设备常规传热设计时，通常将环境空气温湿度条件直接作为空气进入填料区或管束区的条件，忽略了空气经过喷淋区的温度变化和湿度的增大。也有的研究者或设计人员将管束换热特性乘以一个经验系数来反映填料区或管束区入口空气条件与环境空气条件的差异"1。这样简单处理的原因主要是喷淋区中空气与水滴混合在一起，测温传感器伸入喷淋区后，很难做到只接触空气而不接触水滴。若将测温传感

4、器放进一般的百叶窗，再伸入喷淋区，虽然百叶窗能阻挡下落水滴进入百叶窗，但阻挡不了上行风裹挟水滴进入百叶窗，打湿测温传感器。针对气水逆向流场的特点，笔者采用了能有效分离空气与喷淋水滴，可同时测量空气干湿球温度的装置M]，为计算冷却设备的蒸发量和蒸发换热量提供了可靠的测温数据。1测温装置本测温装置的设计思路是设法避免水滴接触测量气温的热电偶，同时尽量缩小采样器尺寸，以减少它对气水主流的干扰。测温装置如图1所示，其中的测气温装置主要由气水分离的湿空气采样器、测气温的热电偶、采样管和温度巡检仪组成。采样器主体是带有避雨集气罩的俯角进风格栅，装在其内

5、部的热电偶经过采样管与温度巡检仪相连。这样，就能测量喷淋区空气温度。+刘百强，男，1969年3月生，高级工程师。湖北省武汉市，430082。第41卷第3期化工机械313图l喷淋区气水分离和测温装置示意1——采样器；2——采样点气温热电偶；3——胶塞；4——温度巡检仪；5——干球温度热电阻；6——湿球温度热电阻；7——引风管；8——引风机；9——水盒由于水的密度远大于空气密度，空气在俯角进风口会折流而走，而水滴在离心力的作用下被冲到采样器壁面上，并在表面张力作用下聚集成大水滴，然后在重力作用下沿器壁向下流动，最后由采样器底孔排出。即使少数惯性

6、较小的小水滴附着在热偶杆表面，由于水滴稀疏和来量很少，热偶表面也不可能形成水膜，且在液固附着力和表面张力作用下，细小水滴基本不流动，不会打湿热偶的感温头，且会在流动空气的作用下蒸发消失。所以，该装置能对喷淋区空气温度tm进行准确有效的测量。该装置测量喷淋区内空气湿球温度tM的原理是：用风机将气水分离后采样器内的湿空气抽至引风管内的干湿球温度计；待系统工作稳定后，巡检仪记录引风管内的干球温度t：曲和湿球温度t：。。，输入到程序中，算出含湿量d：；根据质量守恒定律，从采样器到引风管干湿球温度计处若风量连续稳定，则含湿量不变，那么采样器处的含湿量

7、d。=d：；由采样器处的空气干球温度tm和含湿量d。，可利用程序算出采样器处的空气湿球温度t⋯。采样器放在不同位置，就可测出不同位置处的空气含湿量，进而算得空气流动路线上不同截面之间的含湿量之差和蒸发量。2蒸发量的计算图2所示的是石油化工厂制氢装置中的蒸发式冷凝器，首先采用上述测量方法测量喷淋区和管束区空气干湿球温度，然后计算喷淋区和管束区各自的蒸发量。图2蒸发式冷凝器及测量截面示意图l——环境截面；2——喷淋区空气出I：1截面；3——管束区空气出1：3截面蒸发式冷凝器的工况条件为：大气压100lOOPa水箱水温29。C环境气温25℃空冷器

8、换热管束迎面风速2．5m／s干空气质量流量Q。。65．0318kg／s314化工机械2014年因为空气干湿球温度与气压的高低有关，故需测出有关截面的气压值和对应的引风管气压值(表