1 液氨蒸发器的工作原理和一般结构
液氨蒸发器为螺旋盘管式结构，其工作原理如下：盘管内介质为液氨、盘管外介质为水，用蒸汽直接喷入水中加热盘管外水至40℃，管外温水与管内液氨通过盘管进行换热，直至管内液氨汽化。液氨蒸发器的一般结构如图1所示。
鉴于设备的经济性考虑，盘管公称直径与弯曲半径均不宜过大，故采用螺旋盘管式结构的液氨蒸发器适用于液氨蒸发量较少的场合；设备上下平盖与中心缓冲扩管焊接连接，螺旋盘管无法成为独立部件；蒸汽通过筒体上的管嘴直接加热筒体内的水，蒸汽对水的冲击使设备振动噪音均较大。我公司优化设计后的液氨蒸发器诣在解决这些问题。
2 液氨蒸发器的优化设计
图2为我公司优化设计后的液氨蒸发器整体结构形式。主要优化结构为采用多重螺旋盘管结构代替螺旋盘管式结构，并在最底部及最顶部设置集液管；改变盘管的螺旋方向，介质流向由原来的自上向下改为自下向上；壳体上端部采用角钢法兰连接形式，同时中心扩管底部端采用管帽封头形式，且与壳体下平盖不再焊接连接，同时液氨抽出口设置在设备上平盖处，盘管可随上方平盖整体抽出；蒸发器底部设置了蒸汽进口分布管。
（1）本公司优化设计后的液氨蒸发器，其最主要的变化就是由原来的螺旋盘管结构变为多重螺旋盘管结构。此结构的优化可增加液氨蒸发器的液氨蒸发量，其最大液氨处理量可达到700kg/h以上。相较于原结构350kg/h的处理量，增加了一倍。
（2）内部螺旋盘管结构变为多重螺旋盘管结构后，同样处理量的液氨蒸发器，如保证其流通面积和换热面积均不变，其盘管公称直径可由2”缩小直1”，盘管长度则减少50%，这样计算下来，盘管金属材料消耗量降低30%，盘管加工费用可减少10%，设备筒体长度可减少30%以上，综合计算下来设备制造成本至少可降低30%以上。
（3）内部螺旋盘管结构变为多重螺旋盘管结构后，液氨通过集液管被均匀分散至螺旋盘管内，同时由于盘管直径缩小了，液氨在内部的流速可保持不变。但盘管直径减小后，管内的液氨与管外的温水浴接触更加充分，实际换热效果更优。根据用户现场反映，换热效果可增加20%以上。
（4）改变盘管的螺旋方向后，介质流向由原来的自上向下改为自下向上，这样管内部分先蒸发的氨气由于比重较轻，可快速往上进入上部集液管，并进入中间缓冲扩扩管内，减少了氨气对液氨的阻滞，管内压降可降低50%以上。
（5）本公司优化设计后的液氨蒸发器，其另一重大变化就是盘管成为一个独立部件，可随上平盖整体抽出进行清理、维护甚至更换。设备检修更加方便，其维护费用可降低15%。此外盘管和壳体内部定期按照石化企业的检修周期进行清洗，可有效减少了污垢热阻的影响，提高了设备的传热效率，并降低污垢对设备的腐蚀。实际使用效果证明，使用1年后的传热效率可提高5%左右，使用2年后的传热效率可提高15%左右，而盘管的使用寿命保守估计至少增加5年。
（6）设备底部采用蒸汽分布器结构，虽然少许增加了设备的制造费用，但却可以有效降低蒸汽对筒体内水的冲击，由此产生的噪音可达到环保要求。而且，蒸汽分布器使蒸汽对水的加热更加均匀，液氨蒸发器运行平稳。
3 设备制造过程中的难点和解决方案
多重螺旋盘管结构的液氨蒸发器在我公司的设计及制造过程中遇到以下技术难点：（1）多重盘管的加固及防振措施；（2）多重盘管的之间的定距。
根据多重盘管液氨蒸发器的结构特点、运行要求，我公司设计、技术及生产部门经过研究和讨论，提出如下解决方案：
根据盘管直径的大小，可布置如图3所示的圆钢悬吊结构2～4件，圆钢悬吊结构可使各层盘管螺旋方向的间距、相互盘管之间的定位间距均可以得到有效控制。而且实践证明，间隔一层盘管设置一层圆钢固定结构，亦可有效减少盘管的振动，多重盘管的整体性得到加强。
4 结语
多重螺旋盘管结构的液氨蒸发器，不仅解决了传统液氨蒸发器液氨处理量较小的问题，而且可以减少金属原材料的使用量，制造成本得到降低，同时盘管的传热效果得到了改善。内部多重盘管作为独立部件可使设备维护更加方便高效，盘管可单独进行维修及更换，增加了设备的使用寿命，降低了设备的维护成本。优化设计后的液氨蒸发器，兼顾了设备经济性、实用性、环保性。
参考文献
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[2]秦叔经，叶文邦．化工设备设计全书[M]．北京：化学工业出版社，2002．
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[5]孙克勤．火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M]．北京：化学工业出版社，2007年
（作者平建刚系宁波远成设备制造有限公司中级工程师）
