[发明专利]一种立式冷凝器的汽液分离方法及冷凝器

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷凝器，特别是关于一种立式冷凝器的汽液分离方法及冷凝 器。

背景技术

传统的空冷式汽液相变冷凝器包括外壳100、换热管101、进汽口102、三通 管103和冷凝液出口104(如图1所示)，其中换热管101多采用蛇形管，依靠空 气在换热管101外对流换热，使换热管101内的蒸汽冷凝。在凝结换热过程中， 随着冷凝的进行，壁面凝结液逐步增加，随后成膜阻碍了蒸汽与壁面的接触，是 凝结换热的主要热阻所在。凝结过程中液膜逐渐增厚，在以后相当长的管程内为 液体逐步增多的复杂两相流，热阻逐渐增加，冷凝效果严重变差；同时随着蒸汽 的凝结，蒸汽量逐渐降低，管内蒸汽流速明显下降，凝结效果急剧退化，换热系 数减小；单一管内流程冷凝过程也导致了复杂的汽液两相流，对系统运行稳定性、 流动阻力和系统的调控等，都有很不利的影响。空气侧，由于管内冷凝换热热阻 增加，外管壁温度下降，导致肋片的利用率下降。为解决上述存在的问题，传统 的空气冷却式冷凝器以加大换热面积来满足换热量的需求，从而导致体积、重量 较大，且制作和运行成本高。

此外，本申请人在专利号为ZL200610113304.4，名称为“分液式空气冷凝器” (如图2所示)，以及专利申请号为200710064952.X，名称为“多级冷却中间分液 式空气冷凝器”(如图3所示)的发明专利中提出了采用多级蒸汽冷凝、中间自 动汽液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷的技术方案，从而保证了各管程都以纯 蒸汽进入并被冷却，有效减小了凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型。 同时充分利用了短换热管，使各管程均能处于短管珠状或不稳定的薄液膜凝结， 或通过蒸汽对液膜的影响作用促进液膜失稳与断裂，形成膜状凝结与珠状凝结共 存的溪流状凝结，增强膜状凝结换热效果，提高管内凝结换热系数。

上述两专利中的联箱200都是使用单根排液管201作为漏液阻汽装置，这种 较细的排液管201可以较好地防止联箱200中分离的气体从排液管201泄漏，但 是这种结构又带来以下问题：首先排液管201直径比联箱200直径小，冷凝液流 量范围受到较大的限制，有时还会出现排液不畅的问题。尽管在后一项专利中采 用了由实心顶盖202、多孔芯体203和排液管壁204组成的分液装置(如图4所示)， 但是由于分液装置上表面采用实心顶盖202，冷凝器运行中冷凝液与分液装置接触 面为多孔介质侧表面，因此分液装置的分液驱动力主要是多孔芯体203的毛细抽 吸力，而抽吸力的大小是由所选用多孔介质的结构参数决定，自主调节能力较弱， 当冷凝液量较大时，可能会存在抽吸力不够的问题，影响到分液的效果；另外分 液装置结构比较复杂，在工业生产中规模化生产以及后续的安装工作都会带来一 定的困难。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种能够更有效地进行汽液分离的立式 冷凝器的汽液分离方法及冷凝器。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种立式冷凝器的汽液分离 方法，其包括以下内容：1)设置多组竖直递减排列的换热管，各组换热管通过两 端安装的多级联箱连通，在与联箱相连通的集液导流管内均设置一漏液阻汽装置， 使各级联箱的集液导流管形成独立的分液空间，漏液阻汽装置上设置有至少一个 当量主孔和若干个当量辅助孔；2)蒸汽顺序进入各组换热管进行冷凝，冷凝液则 流入各级联箱的集液导流管，当一个分液空间内的积液较少时，主孔和辅助孔顶 部形成的液膜可阻止蒸汽从集液导流管漏出；3)当一个分液空间内的积液积累较 多时，在压力作用下积液会首先穿破孔径较大的主孔流出，而直径较小的辅助孔 继续由顶部形成的液膜封住；4)当一个分液空间内的积液层厚度增大，在压力作 用下会逐步穿破孔径较小的辅助孔，同时从主孔和辅助孔流出。

所述的主孔当量直径为2～5mm，辅助孔当量直径小于2mm。

所述漏液阻汽装置的流通能力由孔隙率S表征：

S＝A_p/A_t

其中A_p，A_t分别为主孔和辅助孔总流通面积与漏液阻汽装置表面积的比值，孔隙 率S为汽液相变换热器系统循环流量的20～50％。