現在所有的企業都是以節能降耗和污染減排為目標，并作為約束性指標。堅定不移地實現這兩個約束性目標，對于推動經濟增長方式轉變、加強節能環保工作具有十分重要的意義。充分認識節能工作的重要意義，進一步做好節能降耗工作。制冷行業的能耗問題也越來越受到重視，對制冷系統進行節能設計與節能改造并制定了一系列的能效標準，對節約能源是十分重要的。根據公司工作會精神，做好節能降耗工作。按照公司的節能降耗指標，對冷凍、制冷系統進行節能改造。
1、制冷系統改造前的情況
冷凍站是供冷凍水的關鍵崗位，直接關系到安全和生產。總制冷量1.3萬kW，為PVC糊樹脂生產提供5℃冷凍水。為了確保冷凍水的正常供給，工藝指標合格，必須優化制冷系統，提高系統運行效率。以前用的冷凝器是建廠初期的設備，長期滿負荷運行，腐蝕老化，換熱管結垢，換熱效果差。特別是夏季高溫天氣冷凝溫度、壓力升高，導致制冷量下降。還使氨制冷系統處于高壓危險狀態。為此，必須對制冷系統冷凝器做節能改造，提高制冷效率。通過把冷凍站的立式冷凝器改為蒸發式冷凝器，使制冷系統運行工況大大改善，降低冷凝壓力，提高制冷效率，達到節能降耗的目的。
2、蒸發式冷凝器的工作原理
蒸發式冷凝器是一種高效節能的換熱設備。由于傳熱效率高、結構緊湊和安裝方便等優點，目前已經在制冷系統中得到廣泛的應用。根據調查美國和加拿大62 個公用冷庫制冷裝置中，蒸發式冷凝器的應用約占81%。
上世紀8O年代起，我國的化工行業和食品冷庫工程也開始采用蒸發式冷凝器代替水冷式冷凝器，二十多年來的應用實踐證明它有明顯的節能效果。
蒸發式冷凝器的優點：
①可使介質冷卻至環境濕球溫度5℃：
② 占地面積節省1倍以上；
③操作費用節省35．5％；
④投資費用節省15％：
⑤傳熱效率提高40％以上：
⑥適用于溫度<170℃ ，壓力<20 MPa”的場合：
⑦節水、節電效果顯著：
⑧特別適合于目前全球氣溫變暖、水源緊張的情況；
⑨適用于石油化工、食品冷藏、醫藥衛生、化工化肥生產、煤炭開采、水利建設等眾多領域。
蒸發式冷凝器是以水和空氣共同作為冷卻介質，主要是利用部分水蒸發時吸收制冷劑氣體的熱量實現制冷劑的冷凝。主要由冷凝管組、淋水裝置、擋水柵、集水盤、循環水泵及風機等組成。其工作原理是：制冷系統中壓縮機排出的制冷劑高壓過熱氣體經過蒸發式冷凝器中冷凝排管，使高壓高溫氣態的制冷劑與排管外的噴淋水和空氣進行熱交換。相當于把殼管式冷凝器和水冷卻塔系統，水泵綜合為一體。能耗低，安裝簡便，阻垢性能好。
蒸發式冷凝器原理示意圖
3、蒸發式冷凝器選型的方法
目前蒸發式冷凝器選型方法主要有兩個：一是依據冷凝器的熱負荷進行選擇；二是依據制冷系統的制冷量進行選擇。目前常用的方法主要是依據冷凝器熱負荷選型，其步驟為：
a) 確定系統所需的總排熱量，總排熱量為壓縮機制冷量與電機耗功之和；
b) 確定設計條件、冷凝溫度和濕球溫度；
c) 根據排熱系數圖表（由冷凝溫度和濕球溫度確定）查出負荷修正系數；
d) 系統的總排熱量乘以排熱系數，確定修正后的排熱負荷，選擇合適的型號；
本選型方法只適用于活塞式或螺桿式制冷壓縮機組成的制冷系統。如果螺桿式制冷壓縮機的油冷卻器的冷卻水是獨立的，則上面的總排熱量應減去油冷卻器的熱量，然后再選型。
4、蒸發式冷凝器節能分析
一般情況下，立式水冷式冷凝器的進出口水溫差為2～3℃，臥式水冷式為4～6℃。理論上，在水冷式冷凝器中，1kg 的冷卻水能帶走8.37～25.12kJ 的熱量，而1 kg 水在35℃的常壓下汽化潛熱為2418kJ/kg。因此，蒸發式冷凝器所需的理論耗水量只為水冷式冷凝器的0.3％～1％。同時它省去了冷卻水在冷凝器中顯熱傳遞階段，使冷凝溫度有可能更接近空氣的濕球溫度，其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統低3～5℃，比風冷式冷凝器低8～11℃，這大大降低了壓縮機功耗。
蒸發式冷凝器制冷系統與風冷式冷凝器制冷系統相比，壓縮機的動力消耗可節約30%以上；與冷卻塔-水冷式冷凝器制冷系統相比壓縮機的動力消耗可節約10%以上 。同時，由于循環水量的減少，水泵的動力消耗也明顯降低。蒸發式冷凝器的風機動力消耗，與水冷式的冷卻塔相近。由于降低了水泵的揚程與流量，泵的動力消耗約為冷卻塔和管殼式冷凝器相結合的系統的四分之一。文獻[5]指出，蒸發式冷凝器相對于立式水冷式冷凝器可節電80％以上，相對于臥式水冷式冷凝器可節電10％左右。因此，蒸發式冷凝器受到國內外工業制冷用戶的普遍青睞。
為了節能降耗，降低冷凝壓力，提高制冷效率, 我廠把冷凍站6臺立式冷凝器改用3臺蒸發式冷凝器。冷凝壓力下降了近0.4 MPa，提高了制冷效率。
4.1制冷系統性能曲線圖
以一臺LG25螺桿冷凍機組系統為列，冷凝溫度35℃，蒸發溫度0℃；
LG25螺桿冷凍機組系統性能曲線圖
如上圖所示：
當冷凝壓力P1 =1.07 Mpa,冷凝溫度TK1 =30℃時,制冷量Q1 =2850kW，
當冷凝壓力P2=1.46 Mpa,冷凝溫度TK2 =40℃時,制冷量 Q2 =2600kW，
可以得出：降低冷凝壓力，制冷量明顯提高。
冷凝壓力的高低對系統運行的效率影響很大。通常來講，冷凝壓力過高，會使得壓縮機排氣溫度上升，壓縮比增大，制冷量減少，功耗增加，甚至有可能引發安全事故；所以適當降低冷凝壓力可以提高制冷效率。
改造前制冷工藝系統示意圖
改造后制冷工藝系統示意圖
改造前后、xx年12月—xx年5月制冷系統運行的數據進行統計分析
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月份 |
最高冷卻水溫 |
最高冷凝溫度 |
最高系統壓力 |
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改造前 |
改造后 |
改造前 |
改造后 |
改造前 |
改造后 |
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12月 |
28℃ |
21℃ |
34℃ |
31℃ |
1.2 MPa |
1.1MPa |
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1月 |
29℃ |
20℃ |
36℃ |
28℃ |
1.30 MPa |
1.0 MPa |
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3月 |
32℃ |
22℃ |
38℃ |
34℃ |
1.37 MPa |
1.2 MPa |
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4月 |
32℃ |
23℃ |
39℃ |
34℃ |
1.42 MPa |
1.2 MPa |
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5月 |
32℃ |
24℃ |
40℃ |
35℃ |
1.45 MPa |
1.25 MPa |
改造前后的能耗比較表
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改造前 |
改造后 |
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設備 |
6臺立式殼管式冷凝器，循環水冷卻塔系統2組水泵，2組風機 |
3臺蒸發式冷凝器(只開兩臺) |
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能耗電費 |
2組132kW、90kW水泵，3OkW風機，年耗電費149.68萬元 |
按開兩臺計算，2臺7.5kW水泵，8臺4.5kW風機，年耗電費13.2萬元 |
改造后制冷系統運行工況大大改善，降低冷凝壓力，提高制冷效率，降低能耗,年節約電費130多萬元。
5、運行管理
(1). 應盡量降低冷凝溫度
制冷機運行與管理中，應盡量降低冷凝溫度。蒸發溫度不變，冷凝溫度越高，制冷機的單位耗功越大，單位制冷量越小。在制冷機實際操作和管理中，可采用以下方法降低冷凝溫度：對于蒸發式冷凝器，可增加冷卻水量或增加冷卻風量。冷凝器應定期清潔除垢，經常放空氣、放油。因為不凝性氣體會占據一定的空間，減少冷凝器換熱面積，影響傳熱。水垢和油的導熱系數都較小，在傳熱表面形成熱阻，會使冷凝溫度升高。
降低冷卻水溫度可以提高蒸發式冷凝器換熱系數，資料表明：在相同的 操作條件下循環冷卻水溫度降低1.1～2.0℃，蒸發式冷凝器傳熱系數分別提高了7.2%～16.9%。[6]所以運行中盡量降低冷卻水溫度，也可以提高制冷效率。
(2) 腐蝕和結垢處理
蒸發式冷凝器是靠水的蒸發吸熱，然而水中的礦物質會逐漸吸附在換熱器表面形成水垢，而水垢的導熱系數僅為1.7 W/ (㎡.℃)。據實驗數據，當結垢厚度為0．5㎜時，冷凝壓力會增加 O.15 MPa，增加耗電19％，結垢厚度為 1㎜，冷凝壓力上升0．22 MPa，增加耗電39%。[6]空氣中的雜質經常進入循環水，使危害更加嚴重，如果這些雜質和污物不能有效控制，會引起結垢、腐蝕和泥漿積聚，從而降低傳熱效率，增加運行成本。
因此，蒸發式冷凝器的用水應軟化處理，還應定期沖洗PVC填料，進行除垢。冷卻水PH值在6.5～8.0范圍內，冷卻水盤每一月換水清洗一次。
防止設備“白銹”，白銹就是積聚在鍍鋅鋼表面上的白色、蠟狀和破壞鋅層的腐蝕物。可以通過從系統中定期放出一部分循環水來控制濃縮周期，排出的污水可以通過用新鮮水重新補足，從而控制雜質的積聚，排污可根據水質情況來確定。
6 結語
蒸發式冷凝器具有系統運行費用低、節省初投資、節約場地等優點，制冷系統改用蒸發式冷凝器后，優化了制冷冷系統，降低了冷凝壓力，提高了制冷系統的安全性和制冷效率。確保了公司生產連續穩定運行，為公司節能降耗做出了貢獻。
蒸發式冷凝器要按要求定期維護清洗，提高設備的換熱效率和延長使用壽命，這樣讓才能更好的達到節能的效果。
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