制冷装置用两种蒸发器的设计比较

1、 制冷装置用两种蒸发器的设计比较 摘要：制冷系统中蒸发器是其重要组成部分，蒸发器效果的好坏影响整个系统的换热效率。根据不同工况，不同需求合理正确选择蒸发器型式，是制冷系统设计的重要一环。随着行业发展，各种型式的蒸发器在结构性能方面均有改善。但仍有些不足之处，需要继续探讨。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化

2、，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。在制冷循环中，蒸发器的作用是通过制冷剂蒸发，吸收载冷剂的热量，从而达到制冷目的。在实际设计过程中需要注意设计工况、工作介质、结构型式等方面。按制冷剂的供液方式，蒸发器可分为满液式、干式、循环式及淋激式四种类型。这里主要讨论满液式蒸发器和干式蒸发器。一、结构型式在设计和制造方面，干式蒸发器比满液式蒸发器复杂。主要体现在筒体内筒体与折流板或支撑板间的间隙、管箱或水盖与管板的密封以及制冷剂的均液三个个方面。干式蒸发器内的折流板作用是增加载冷剂扰动，增加液体横掠管束的流速，以增强换热。在设计过程中，需要考

3、虑筒体与折流板之间的间隙产生的流路损失、折流板管孔与换热管间的流路损失、最外边缘换热管与筒体内壁的流路损失等，多流程的还需考虑流程间的损失。而满液式蒸发器内的支撑板主要作用是对换热管的支撑。基于以上考虑，干式蒸发器的折流板外圆与筒体内壁的间距相比满液式蒸发器更小，公差要求更严；干式蒸发器折流板管孔外径公差同样严格规定；这无疑增加了制造过程中的难度。考虑到现场工艺实际情况，又需要对设计参数进行严格控制。另外，干式蒸发器折流板还需要考虑防流程间短路的防短路设计，增加挡流管。一般，干式蒸发器内折流板数量较多，而满液式蒸发器内支撑板数量较少，因此干式蒸发器折流板组拼装时，需要工装保证其圆度及直线度，增

4、加了制造困难。满液式蒸发器采用水盖与管板密封，干式蒸发器的管箱分别与管板、平盖密封。两者比较干式蒸发器密封面较多。考虑到两者介质不同，采用密封垫材料也不相同，满液式蒸发器的密封垫用一般工业橡胶板，采用宽面法兰密封型式即能满足密封要求；小型干式蒸发器用耐油无石棉橡胶板，平面密封型式，大型的蒸发器由于密封垫片厚度1.5mm，在管板与筒体焊接变形较大时无法完全密封，有泄漏风险，需要考虑聚四氟乙烯垫片并更改为凹槽密封型式。干式蒸发器在设计时还需要考虑将管板、管箱两端、平盖三者的密封面加工至粗糙精度6.3，以保证密封效果。二、设计工况为了安全、经济、合理地选型，压力容器应按其使用要求各自分类，任何一类压

5、力容器使用的范围应考虑：腐蚀性、介质温度和压力、使用目的、工作环境等因素。本文要讨论的制冷装置用蒸发器一般属于类压力容器。在设计选材时需要注意介质对制冷装置用蒸发器的腐蚀性。例如，无论干式蒸发器还是满液式蒸发器，换热管均与两种介质接触，在设计时要全面考虑。如干式蒸发器中，制冷剂走管程，可选用黄铜管；若壳程载冷剂为氯化钙溶液，则应考虑氯化钙溶液对于黄铜管的腐蚀，而改用镍铜管等。若选用不锈钢作为壳程材料时，设计干式蒸发器时还需注明载冷剂中氯离子含量超过一定限量。在选取蒸发器设计温度与设计压力时，首先要确认设计标准。gb151热交换器与nb/t47012制冷装置用压力容器中对于低压侧设计温度的选取是

6、不一样的。gb151中规定，设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高 温度，对于0 以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度 。而nb/t47012中规定低压侧若满足“低温低应力工况”，设计温度则按使用温度加50选取，且不低于38。设计压力则根据设计温度下制冷剂的饱和蒸汽压力选取，不低于其设计温度下的饱和蒸汽压力。同时，这两个标准对于气压试验的系数值也不一样，在应用时需注意，gb151中此系数取1.1，而nb/t47012中取值1.15。对于水侧设计压力，满液式蒸发器应注意，小于1.0mpa时水盖可用翻遍封头，大于1.0mpa时，则必须用法兰加封头型式。三、工作介质满

7、液式蒸发器壳程走制冷剂，管程走载冷剂，载冷剂一般为水。壳程充满液态制冷剂，可使传热面与液态制冷剂充分接触，因此，沸腾换热系数更高；但是，这种蒸发器需充入大量制冷剂，而且，若采用能溶于润滑油的制冷剂，则润滑油难以返回压缩机。干式蒸发器管程走制冷剂，壳程走载冷剂，载冷剂一般为乙二醇溶液、氯化钙溶液等。蒸发器内制冷剂处于气液共存状态，克服了满液式蒸发器的缺点，但是，有较多的传热面与气态制冷剂接触，所以传热效果不如满液式蒸发器。在设计蒸发器时需注意管壳层介质，当蒸发器为多流程时，干式蒸发器是增加制冷剂侧流程数，制冷剂在换热管内逐步气化，增加水侧换热有利于整体效果，；满液式蒸发器是增加水侧流程数，制冷剂

8、在管簇外面蒸发，所以传热面基本上都是与液体制冷剂接触。当采用多流程时，干式蒸发器气、液两相制冷剂在端盖内转向时会出现分离，从而造成了下一流程中各管子中制冷剂流量分配不均匀的不利现象。含气量越多，分配越不均匀，甚至会使有些管内无液体或液体很少，从而使这些管子失去了蒸发冷却的作用。而满液式蒸发器不存在这个问题，满液式蒸发器的管箱内设有分程隔板，将换热管按一定的数量和流向分隔成多个流程，使载冷剂按规定的流速和流向在换热管内往返流动。制冷剂按一定的充装高度充灌在壳体内，在管间吸收载冷剂的热量而汽化，使载冷剂降温。四、两种蒸发器在换热系统内的优缺点满液式蒸发器的最大特点就是靠液态制冷剂淹没大量换热管束，

9、并且在管束表面从而使冷冻水降温。采用表面高度强化的满液式蒸发管，蒸发管完全浸泡在制冷剂中，所以传热效率高；而且制冷剂蒸汽无需过热度，从而使蒸发温度可以大幅度提升。但是满液式蒸发器需要注入大量的制冷剂，并且在采用氟利昂时，回油也是一个问题。干式蒸发器当采用多流程时，会造成下一流程换热管中制冷剂分配不均，含气量越多，分配越不均，甚至会使有些管内无液体或者液体很少，从而使这些管子市区了蒸发冷却的作用。另外，水侧漏流点比较多，降低了水侧换热效果。但是，干式蒸发器相比满液式蒸发器，制冷剂的充注量很少，也无需回油装置将润滑油带回压缩机。五、总结综上所诉，满液式蒸发器与干式蒸发器的明显区别在于制冷剂流程的不同。满液式蒸发器制冷剂走壳程，制冷剂从壳体下部进入，在换热管外流动并受热沸腾，蒸汽从壳体上部排出。干式蒸发器中制冷剂走管程，即制冷剂从平盖下部进入管束，在管内流动，受热蒸发，蒸汽从平盖上部排出。制冷装置用到的这两种蒸发器各有优缺点