基本介紹
- 中文名：冷凝器
- 外文名：Condenser
- 類別：換熱設備
- 性質：製冷系統的機件
- 過程：放熱
簡介,原理,組成,系統組成,製冷劑,種類,危險因素,質量控制,
簡介
製冷系統的機件，屬於換熱器的一種，能把氣體或蒸氣轉變成液體，將管子中的熱量，以很快的方式，傳到管子附近的空氣中。冷凝器工作過程是個放熱的過程，所以冷凝器溫度都是較高的。
發電廠要用許多冷凝器使渦輪機排出的蒸氣得到冷凝。在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的製冷蒸氣。石油化學工業中用冷凝器使烴類及其他化學蒸氣冷凝。在蒸餾過程中，把蒸氣轉變成液態的裝置也稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉的。
原理
氣體通過一根長長的管子（通常盤成螺線管），讓熱量散失到四周的空氣中，銅之類的金屬導熱性能強，常用於輸送蒸氣。為提高冷凝器的效率經常在管道上附加熱傳導性能優異的散熱片，加大散熱面積，以加速散熱，並通過風機加快空氣對流，把熱量帶走。
一般制冷機的製冷原理是壓縮機把工質由低溫低壓氣體壓縮成高溫高壓氣體，再經過冷凝器冷凝成中溫高壓的液體，經節流閥節流後，則成為低溫低壓的液體。低溫低壓的液態工質送入蒸發器，在蒸發器中吸熱蒸發而成為低溫低壓的蒸汽，再次輸送進壓縮機，從而完成製冷循環。
組成
在製冷系統中，蒸發器、冷凝器、壓縮機和節流閥是製冷系統中必不可少的四大件，這當中蒸發器是輸送冷量的設備。製冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實現製冷。壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送製冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設備，將蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機功所轉化的熱量一起傳遞給冷卻介質帶走。節流閥對製冷劑起節流降壓作用，同時控制和調節流入蒸發器中製冷劑液體的量，並將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。實際製冷系統中，除上述四大件之外，常常有一些輔助設備，如電磁閥、分配器、乾燥器、集熱器、易熔塞、壓力控制器等部件組成，它們是為了提高運行的經濟性、可靠性和安全性而設定的。
冷庫冷凝器
冷庫冷凝器空調機根據冷凝形式可分為：水冷式和空冷式兩種，根據使用目的可
分為單冷式和製冷制暖式兩種，不論是哪一種型式的構成，都是由以下的主要部件組合而成的。
冷凝器的必要性基於熱力學第二定律——根據熱力學第二定律，封閉系統內部熱能自發的流動方向是單向的，即只能從高熱流向低熱，在微觀世界表現為承載熱能的微觀粒子只能由有序變成無序。所以，一個熱機在有能量輸入做功的同時，下游也必須有能量放出，這樣上下游才會有熱能差距，熱能的流動才會成為可能，循環才會繼續下去。
所以，如果想讓承載物重新做功，就必須先把沒有完全釋放的熱能釋放乾淨，這時候就需要用到冷凝器。如果周圍的熱能比冷凝器中的溫度還要高的話，為了使得冷凝器降溫，就必須人為做功（一般來說是使用壓縮機）。冷凝後的流體重新回歸高有序、低熱能的狀態，可以重新做功。
冷凝器的選擇包括形式和型號的選擇，並確定流經冷凝器的冷卻水或空氣的流量和阻力。冷凝器型式的選擇要考慮當地的水源、水溫、氣候條件，以及製冷系統總製冷量的大小和制冷機房的布置要求。在確定冷凝器型式的前提下，根據冷凝負荷和冷凝器單位面積的熱負荷來計算冷凝器的傳熱面積，以此來選定具體的冷凝器的型號。
系統組成
製冷
液體製冷劑在蒸發器中吸收被冷卻的物體熱量之後，汽化成高溫低壓的蒸汽、被壓縮機吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽後排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(水或空氣)放熱，冷凝為高壓液體、經節流閥節流為低壓低溫的製冷劑、再次進入蒸發器吸熱汽化，達到循環製冷的目的。這樣，製冷劑在系統中經過蒸發、壓縮、冷凝、節流四個基本過程完成一個製冷循環。
冷凝器2
冷凝器2主要部件有壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥(或毛細管、過冷卻控制閥)、四通閥、複式閥、單向閥、電磁閥、壓力開關、熔塞、輸出壓力調節閥、壓力控制器、貯液罐、熱交換器、集熱器、過濾器、乾燥器、自動開閉器、截止閥、注液塞以及其它部件組成。
電氣
主要部件有電機(壓縮機、風機等用)、操作開關、電磁接觸器、連鎖繼電器、過電流繼電器、熱動過電流繼電器、溫度調節器、濕度調節器、溫度開關(除霜、防止結凍等用)。壓縮機曲軸箱加熱器，斷水繼電器，電腦板及其它部件組成。
控制
由多個控制器件組成，它們是：
製冷劑控制器：膨脹閥、毛細管等。
製冷劑迴路控制器：四通閥、單向閥、複式閥、電磁閥。
製冷劑壓力控制器：壓力開閉器、輸出壓力調節閥、壓力控制器。
電機保護器：過電流繼電器、熱動過電流繼電器、溫度繼電器。溫度調節器：
溫度位式調節器、溫度比例調節器。濕度調節器：濕度位式調節器。
除霜控制器：除霜溫度開關、除霜時間繼電器、各種溫度開關。
冷卻水控制：斷水繼電器、水量調節閥、水泵等。
報警控制：超溫報警、超濕報警、欠壓報警及火警報警、煙霧報警等。
其它控制：室內風機調速控制器、室外風機調速控制器等。
製冷劑
CF2Cl2
氟里昂12(CF2Cl2)代號R12 氟里昂12是一種無色、無臭、透明、幾乎無毒性的製冷劑，但空氣中含量超過80%時會引起人的窒息。氟里昂12不會燃燒也不會爆炸，當與明火接觸或溫度達到400℃以上時，能分解出對人體有害的氟化氫、氯化氫和光氣(CoCl2)。 R12是套用較廣泛的中溫製冷劑，適用於中小型製冷系統，如電冰櫃、冰櫃等。R12能溶解多種有機物，所以不能使用一般的橡皮墊片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡膠或丁睛橡膠片或密封圈。
CHF2Cl
氟里昂22(CHF2Cl)代號R22 R22不燃燒也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度雖比R12大，但仍可能使製冷系統發生“冰塞”現象。R22能部分地與潤滑油互相溶解，其溶解度隨著潤滑油的種類及溫度而改變，故採用R22的製冷系統必須有回油措施。
CHF2F3
四氟乙烷R134a（ch2fcf3)代號R13是一種無毒無污染安全性最高的製冷劑。TLV 1000pm,GWP 1300.廣泛套用於製冷設備中。特別是對製冷劑要求高的儀器中。
種類
蒸汽冷凝器
蒸汽冷凝器這種冷凝常套用於多效蒸發器末效二次蒸汽的冷凝，保證末效蒸發器的真空度。例（1）噴淋式冷凝器，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽從側面入口進入，蒸汽與冷水充分接觸後被冷凝為水，同時沿管下流，部分不凝汽體也可能被帶出。例（2）充填式冷凝器，蒸汽從側管進入後一上面噴下的冷水相接觸冷凝器裡面裝了滿了瓷環填料，填料被水淋濕後，增大了冷水與蒸汽的接觸面積，蒸汽冷凝成水後沿下部管路流出，不凝氣體同上部管路被真空泵抽出，以保證冷凝器內一定的真空度。例（3）淋水板或篩板冷凝器，目的是增大冷水與蒸汽的接觸面積。混合式冷凝器具有結構簡單，傳熱效率高等優點，腐蝕性問題也比較容易解決。
鍋爐用冷凝器
鍋爐用冷凝器，又稱煙氣冷凝器，鍋爐使用煙氣冷凝器後，可有效節約生產成本，降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率。使鍋爐運行符合國家節能減排標準。
節能減排是國家“十一五”規劃綱要轉變經濟發展方式的關鍵和保證，是落實科學發展觀和保證經濟又好又快發展的重要標誌，特種設備作為耗能大戶，同時也是環境污染的重要源頭、加強特種設備節能減排的任務任重道遠。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》確立了單位國內生產總能源消耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%為經濟社會發展的約束性指標。其是有著工業生產“心臟”之稱的鍋爐是我國能源消耗的大戶。高效能特種設備主要是指鍋爐、壓力容器中的換熱設備等。
《鍋爐節能技術監督管理規程》（以下簡稱《規程》）於2010年12月1日開始施行。並提出鍋爐排煙溫度不得高於170℃、節能燃氣鍋爐熱效率達到88%以上，未達到能效指標的鍋爐不能辦理使用登記。
在傳統鍋爐中，燃料在鍋爐燃燒後,排煙溫度相對較高，煙氣中的水蒸汽仍處於氣態,會帶走大量的熱量。在各類化石燃料中，天燃氣的氫含量最高,氫的質量百分比約為20%到25%,因此，排煙中含有大量的水蒸汽,據測算，燃燒1平方米天燃氣產生的蒸汽要帶走的熱量紙為4000KJ,約為其高位發熱量的10%以上。
煙氣冷凝餘熱回收裝置，利用溫度較低的水或空氣冷卻煙氣,實現煙氣溫度降低，靠近換熱面區域,煙氣中水蒸汽冷凝，同時實現煙氣顯熱釋放和水蒸汽凝結潛熱釋放,而換熱器內的水或空氣吸熱而被加熱，實現熱能回收,提高鍋爐熱效率。
鍋爐熱效率提高：1NM3天燃氣燃燒生產理論煙氣量約為10.3NM3(大約為12.5KG).以過量空氣係數1.3為例，產生煙氣14NM3(大約16.6KG).取煙氣溫度200攝氏度降低至70攝氏度,放出物理顯熱約1600KJ，水蒸汽冷凝率取50%,放出汽化潛熱約1850KJ,總計放熱3450KJ,約是天然氣低位發熱量的10%,若取80%煙氣進入熱能回收裝置，可以提高熱能利用率8%以上,節省天燃氣燃料近10%。
分體布置，安裝形式多樣,靈活可靠。
螺旋鰭片管作為熱面，換熱效率高,受熱面充足，煙氣側系統陰力小,滿足普通燃燒器的要求。
危險因素
可燃組分
堵塞組分
主要是二氧化碳、水分和氧化亞氮，尤其是氧化亞氮，日漸引起關注，他們結晶析出後，堵塞主冷通道，會引起主冷“乾蒸發”和“死端沸騰”，造成碳氫化合物濃縮、積聚、析出，引發主冷爆炸。
強氧化劑
液氯為強氧化劑。
冷凝器
冷凝器引爆因素
a.固體雜質微粒的機械撞擊引爆（乙炔微粒等摩擦、液氧衝擊）。
b.靜電，如二氧化碳微粒達到（200～300）×104ppm時，可產生靜電，電壓達3kV。
c.化學敏感性特強的物質（如臭氧和氮的氧化物）。
d.氣流衝擊、壓力衝擊、氣蝕現象引起的壓力脈衝，引起溫度升高引發爆炸。
質量控制
氧氣生產區應常年在上風向，距乙炔發生站300m以上，遠離有害氣體源，加強原料空氣品質控制，一旦污染嚴重，要採取相應措施。
積聚主要因素如下：
a.充分發揮液空液氧吸附器清除乙炔等碳氫化合物的作用，嚴格按期倒換吸附器和控制加熱再生溫度，提高吸附效率。
b.從主冷中排放1%的產品液氧，清除碳氫化合物。
c.定期對空分進行大加溫，以除去積聚在熱交換器和精餾塔內殘留的二氧化碳及碳氫化合物雜質。
d.液氧泵長期投入運行，採用分子篩吸附的，氧化亞氮吸附效果不好，可在分子篩吸附器內加一層5A分子篩。
這個工作要正常化、制度化、定期進行，若環境惡化，需隨時採取有效措施，把有害物質控制在標準之內，乙炔在0.5、甲烷120、總碳155、二氧化碳4、氧化亞氮100（數量級10-6）。
液面高、循環倍比大，二氧化碳及烴類化合物不易積累濃縮。武鋼燃氣廠採用全浸操作，經多年安全運行，全部工藝參數同未浸前一樣，並且仍有足夠的分離空間，換熱面積也滿足要求，取出的氧氣也沒有氣液夾帶現象，所以主冷全浸操作是有利無害的。
臨時停車再啟動，不可避免地存在一定時間的低液面操作，此階段易發生烴類的局部濃縮，同時重新啟動時，板式換熱器在一段時間內工況不正常，自清除效果不好，造成二氧化碳堵塞，再加上氣流衝擊，就有可能在主冷發生微爆，所以應最大限度的減少臨時停車的次數，或避免全排液，對主冷實行單獨加溫，有條件應全面加溫。
運轉2年或更長時間時，應對精餾塔及液氧循環系統進行清洗脫脂，主冷單元應浸泡8h，清洗後用足夠壓力的空氣徹底吹除，而後充分加溫乾燥。
1．經常檢查壓縮機皮帶是否良好，如果啟動空調時有“吱吱”的噪聲，說明皮帶打滑嚴重，應及時更換皮帶和皮帶輪；如果皮帶過松則會影響空調製冷。
2．經常清洗冷凝器，有些車主在夏天使用空調時往往會用水管對著冷凝器進行沖洗，這個方法不錯，可以防止灰塵泥巴等東西沉積後影響散熱。
3．每年都應該更換一次空調的濾網，濾網上經常沾著各種灰塵雜質，不光會影響出風，而且可能製造異味。
4．車子使用兩年以上要做蒸發箱的清洗，蒸發箱位於雨刮器下，每次開空調時，灰塵細菌容易沾染在蒸發箱上，因此最好用具備清洗功能的泡沫劑清洗。
液氧的單位電阻較大，易於產生靜電，在不接地情況下可產生數千伏的靜電電壓，所以要定期對空分裝置進行接地檢查。
電石渣中剩餘乙炔對空氣污染很大，特別是下雨天更為嚴重，應嚴格管理，最好遠遠埋於地下。
在操作上，對於清除有害雜質的環節要認真，如板式換熱器的溫度控制、主冷穩定控制、有害物質監測等。在維護上，監測用的儀器、儀表要定期校驗，保證檢測結果的準確性；超周期運行要慎重，要及時停車加熱吹除。在管理上，要嚴格遵守工藝紀律，加強設備管理，杜絕違章作業，保持設備的完好率，嚴格執行“四不放過”。
每年定期、不定期培訓，增強防爆意識，提高操作技能。
因冷卻水大多數含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當冷卻水流經金屬表面時，有碳酸鹽的生成。另外，溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐蝕，形成鐵鏽。由於銹垢的產生，冷凝器換熱效果下降。嚴重時不得不在殼體外噴淋冷卻水，結垢嚴重時會堵塞管子，使換熱效果失去作用。研究的數據顯示水垢沉積物對熱傳輸的損失影響巨大，隨著沉積物的增加會造成能源費用的加大。即使很薄的一層水垢就要增加設備中結垢部分40%以上的運行費用。保持冷卻通道中不含礦物沉積物可以很好的提高功效、節約能源、延長設備的使用壽命，同時節約生產時間和費用。
長期以來傳統的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學清洗(酸洗)等在對設備清洗時出現很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，酸液對設備造成腐蝕形成漏洞，殘留的酸對材質產生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導致更換設備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。
針對上述情況，國內外努力研製對金屬腐蝕性小的清洗劑，而目前研發成功的有福世泰克清洗劑。其具有高效、環保、安全、無腐蝕的特點，不但清洗效果良好而且對設備沒有腐蝕，能夠保證冷凝器的長期使用。福世泰克清洗劑（特有的添加濕潤劑和穿透劑，可以有效清除用水設備中所產生的最頑固的水垢（碳酸鈣）、銹垢、油垢、粘泥等沉澱物，同時不會對人體造成傷害，不會對鋼鐵、紫銅、鎳、鈦、橡膠、塑膠、纖維、玻璃、陶瓷等材質產生侵蝕、點蝕、氧化等其他有害的反應，可大大延長設備的使用壽命。
冷凝器在製作時，管板與列管的焊接一般採用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的複雜程度也會影響腐蝕形態。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等泡。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕。雙金屬腐蝕也是管板腐蝕的一種常見現象。
高分子材料對冷凝器做保護塗層
高分子材料對冷凝器做保護塗層針對冷凝器防腐問題，西方國家多採用高分子複合材料的方法進行保護，其中套用最多的是技術產品。其具有優異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，在封閉的環境裡可以安全使用而不會收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復部位的腐蝕滲漏，為冷凝器提供一個長久的保護塗層。
