杭州力夫机电制造有限公司 浙江杭州
摘要：本文以SLAD-10NW/100-B1为例，通过对高压管道了解，一般介质工作压力高于10.0MPa；中压管道，介质工作压力在1.0～10.0MPa之间；低压管道，介质工作压力在0.2～1.0MPa之间。所以，中高压冷干机应该是指压力高于1.0MPa的所有冷干机。但是，压力低于4.0MPa时，冷干机在结构设计上变化不是很大，只是每个零部件的承压能力有所提升。对此，在项目立项时，以定义压力高于4.0MPa的冷干机为中高压冷干机。又因条件有限，没有研究压力超过12MPa冷干机的条件，所以在这里，我们暂时讨论一下工作压力在4.0～12.0MPa之间的冷干机。
关键词：中高压；冷干机；分离器；性能研究
1、结构研究
1.1蒸发器
冷干机蒸发器是采用铜管套铝翅片的结构，铜管与铝翅片之间进行胀接，以减少它们之间的热阻。在冷干机的工作压力高了之后，我们依旧采用这种结构形式。但是，铜管的承压能力是有限的，即使你增加了它的壁厚。而且壁厚太厚对胀接造成困难，虽然你承受得了压力，但是不能胀接的铜管与铝翅片，其换热效果就大打则扣。所以，当冷干机工作压力超过4.0MPa以后，蒸发器换热管均采用不锈钢管为宜。不锈钢管承压能力强，相同的压力下其壁厚可以薄很多，薄的不锈钢管便可以与铝翅片进行胀接，虽然不锈钢管的换热效果相对铜管差一些，但比起不能胀接的铜管与铝翅片就要好很多。当压缩空气压力实在太大，以至于不锈钢管的厚度也不能胀接时，那就没有办法了，只能选择不胀接。但是铝翅片还是要有的，有总比没有强。
然后，折流板的设计对蒸发器也至关重要。折流板是控制蒸发器内压缩空气流速的关键，而压缩空气流速直接影响与制冷剂的换热效果。由于压力高，中高压冷干机的压缩空气体积流量大大缩小，折流板的间距也要相应的缩小很多，其具体间距大小应保证蒸发器迎面风速在合理范围之内。
1.2气液分离器
冷干机的气液分离器，大多采用立式丝网型分离器，其工作原理是：气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动通过丝网时，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截下来，从而达到分离。简单的说，就是液体颗粒太大，无法通过丝网的筛分。这种分离器中，气体流速对分离效率是一个重要影响因素。气体流速过高，聚集的液滴不易从丝网上落下，液体充满丝网，造成液泛，以致一度被捕集的液滴又飞溅起来，再次被气体携带出去，使分离效率急剧降低。气体流速太低，夹带的雾沫在气体中飘荡，未与丝网碰撞就随着气流通过丝网而被气体带走，降低了丝网的分离效率。所以，保证气体流速很重要。通过查阅文献：史永红[1]和《中国石化集团兰州设计院标准（SLDI 233A14-98）》中的《气—液分离器设计》[2]等相关资料。其中都有关于不锈钢丝网式气液分离器中气体极限流速的计算方法，如下（1）所示，气体极限流速（UG）的确定，用常数（KG）的计算方法
uG=KG（（ρL-ρG）/ρG）0.5 （1）
式中，
：与丝网自由横截面积相关的气体流速，m/s；
ρL、ρG：分别为液体和气体的密度，kg/m3；
KG___常数，通常KG=0.107。
如果气流中有较大的液体量被分离，则建议采用 KG=0.075。在高粘度液体、高压或高真空工艺中，KG可采用0.06。
以工作压力8MPa、蒸发器内压缩空气温度7度为设计基准，则
ρL=1000kg/m3
ρG=qm/qv
=（q0*1.205）/（q0*（273+7）/293/81）
=102.14kg/m3
uG=KG（（ρL-ρG）/ρG）0.5
=0.06（（1000-102.14）/102.14）0.5
=0.18m/s
式中，q0为环境温度20℃、常压状态下的空气流量，且该状态下空气密度为1.205kg/m3。
由此可见：高压冷干机气分内的气体流速不宜超过0.18m/s，相比常规0.7MPa压力下的气分内气体最大流速要小很多，这一点需要引起我们足够注意。但是，当压缩空气的压力超过8MPa时，根据以往的样机测试经验，光光有丝网型气液分离器还不够，最好在其后面增加一个分离效果更佳的微孔过滤型分离器。
1.3排水系统
冷干机的主要功能是用来除去压缩空气的水分的，而排水系统正是将水分从设备内部排到设备外部的关键所在，排水效果好不好将直接影响冷干机出口的露点温度。对于中高压冷干机，设计排水系统时主要考虑的还是系统的承压能力。常规冷干机的排水系统均采用镀锌管及镀锌管件配置而成，承压能力很低，工作压力不能超过1.0MPa，高于1.0MPa时则需将管子、管件换成不锈钢管或者碳钢管。对于工作压力1.0～7.0MPa之间的冷干机，排水管之间还可以用耐高压的螺纹管件相连，但工作压力超过7.0MPa以后就有些危险了，这时候还是用焊接连接比较保险。如果冷干机生产厂家没有高压管件焊接资质，就需要让有资质的厂家来制作，这是极危险也是极重要的事情，不能马虎。
2、性能研究
中高压冷干机项目自2014年11月开始立项研发，于今年7月完成样机（SLAD-10NW/100-B1）制作，并送达客户现场，完成客户要求的测试，顺利通过验收。在后续的使用过程中，也未曾收到客户对设备问题的反馈。今年11月下旬，在客户许可下，公司技术员再次到客户现场对设备进行性能测试。
该项目样机对应的空压机吸气量为10Nm3/min，在测试过程中一直是满流量运行。
注：技术部曾在公司实验室测试过，筒体外壁比内壁的温度高约5.5度。上表中的蒸发器出气温度（内壁）是以此方法推算。
测试结果显示：最低常压露点为-40.76度，约合压力露点4.3度，比蒸发器出口温度（内壁）高1.7度，在正常范围内；冷媒低压0.35MPa对应的制冷剂蒸发温度约-3度，与压缩空气在蒸发器出口的温度相差4.7度，在正常范围内；虽然测试时间在冬天，但设备最高进气温度也有35度，而且之前在夏天（今年7月）也测试过该样机，当时测试出的蒸发器出口温度与现在相差无几，则说明样机的制冷量充足，制冷效果即使夏天也满足要求。
综上所述，此次的测试数据可靠，测试结果符合要求。另外，对于这种高压的冷干机，现场调试时设备冷媒低压可以适当的调低（0.34～0.44MPa之间，对应蒸发温度为-4～2度）。因为设备的蒸发器换热管是壁厚较厚的不锈钢管，而且不锈钢管的换热效果较差，换热管两侧的换热介质温差相对较高，故不会产生冰堵。
3、结论
随着公司的发展，中高压冷干机的售出量也越来越多，我们对中高压冷干机的了解机会也越来越多。这对中高压冷干机项目，不论是设计、生产还是性能研究都有很大的帮助。我们也要尽可能多的把握这些机会，掌握设备现场使用的反馈信息，以便更及时的了解设备的问题并做出相应的改进。相信在未来的日子里，我司的中高压产品会越来越成熟，性能也会越来越好。
参考文献：
[1]史永红.丝网气液分离器分离性能和压力损失分析[J].石油化工设备，2006，35（3）：35-37
[2]中国石化集团兰州设计院标准（SLDI 233A14-98）气—液分离器设计
论文作者:许绿静
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/18
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