液氯蒸發器

液氯蒸發器是一種為了取得比正常液氯在鋼瓶中產氯量大的裝置。液氯蒸發器各個生產廠家設計方法稍有不同，系統的配置或者某些部件結構上也有些差異，但基本原理一致，即蒸發器缸(蒸發室)從熱媒中獲取熱量並有效地傳送給液相氯，使之變成帶有飽和熱的氣體。傳熱的媒質很多，主要是電加熱水，如：美國Wall&Tieman ( W&T)公司，Fischer & Porter ( F&P)公司，首都公司等。

基本介紹

• 中文名：液氯蒸發器
• 外文名：Liquid chlorine evaporator
• 學科：土木工程
• 領域：建築工程
• 範圍：水資源
• 作用：取得比正常液氯在鋼瓶中產氯量大

液氯蒸發器設定的目的及依據

氯主要以液態、氣態兩種狀態存在，是液態還是氣態由溫度和壓力兩個參數決定。在一定的飽和蒸氣壓下，氯的溫度高於其汽化臨界溫度時，氯就呈氣態。因此，供給熱源可幫助液氯汽化。單憑從大氣環境中吸收熱量自然蒸發，將受到當地常年的氣溫條件的影響。據美國氯氣協會規範：一隻噸級氯瓶，4℃時，憑自然蒸發獲得的供氣量只有8kg/h-10kg/h，而不至於結霜。我國尚無一權威單位可提供氯瓶的有關可靠數據，參考美國、日本等國家的規範及多年的運行經驗，我國的LP800 It氯瓶出氣量約為7噸/h，由於有些地區水質較差，相應氯投加量較大，加之水廠規模大，因此大容量加氯場合是經常遇到的。例如：上海地區，前加氯量有的達到8mg /L,後加氯量4mg/L。對於一個20萬m³/d的水廠，經計算加氯量為100kg /h。倘若採用自然蒸發來滿足100kg /h的需氣量，每邊必須掛上15隻噸級氯瓶(按照美國規範也得需要10隻瓶)。這樣，不但要增加並氯瓶的個數，擴大加氯間建築面積，而且由於管道連線接頭過多，增加了氯泄漏的機會。因此，對於這種大容量加氯的場合，必須考慮設定液氯蒸發器來解決對氯源的需求。

對於大容量加氯必須設定液氯蒸發器，還沒有一個統一的界限。美國首都控制公司(簡稱首都公司)選擇標準大致以100kg /h的需氣量為分界；德國等歐洲國家認為：當需氣量大於40kg /h或從大容量儲存系統中供應液氯時，一般採用液氯蒸發器；日本《水道設施設計指南》中指出：對液氯使用量在20kg /h以上的設施，原則上都要設定蒸發器。

液氯蒸發器的內部結構及功能

液氯蒸發器各個生產廠家設計方法稍有不同，系統的配置或者某些部件結構上也有些差異，但基本原理一致，即蒸發器缸(蒸發室)從熱媒中獲取熱量並有效地傳送給液相氯，使之變成帶有飽和熱的氣體。傳熱的媒質很多，主要是電加熱水，如：美國Wall&Tieman ( W&T)公司，Fischer & Porter ( F&P)公司，首都公司等。就水作傳熱媒質而言，W&T公司50-200系列，採用外部加熱器，用一水泵強制循環被加熱水。F& P公司的71V 1100B系列，首都公司的VAX4600系列，W&T公司德國分部E-2000系列均採用直接將電加熱器浸入水箱中，利用對流的自然傳熱方式，簡化了內部結構。也有採用電加熱油的，如ALLDOS公司的RV 171系列使用一種礦物油。

上述各種系列的蒸發器內部結構大致相似，都置於一櫃體中，櫃體材料與加氯機櫃相同，有的是採用高強度玻璃鋼，有的是壓製成型ABS及結構泡沫塑膠。

蒸發器櫃內主要包括電加熱器、蒸發室、熱水箱、陰極保護裝置、控制盤及各種自控儀表、熱水循環泵等部分。(1)電加熱器裝在熱水箱外部，用水泵強制循環熱水，可防止蒸發室局部過熱，更易保證水溫均勻。(2)蒸發室是蒸發器的主要部件，浸泡在熱水箱中。液氯進入蒸發室底部，經熱傳導，蒸發為過熱的氯氣，由蒸發室上部出氣口送出。蒸發室內設有檢測氯的溫度和壓力的感測器。(3)熱水箱是儲存傳熱媒質的地方。裡面還包括控制水位、水溫狀態的感測部件。(4)陰極保護裝置是利用鎂棒作犧牲陽極插入熱水箱中，以適量的硫酸鈉溶於水中，以保持恆定導電性，達到水箱壁和蒸發室壁防腐的目的。(5)控制盤設在蒸發器的上方。上面設有電源接線端子，容納了所有控制功能及各種檢測儀表。

71V 1100B系列和VAX4600系列蒸發室內部還設有過熱緩衝裝置，使氯氣離開蒸發器出口時過熱，即在給定壓力下超過沸點最少5. 5℃，使其具有更多的熱焙，減小其流出後重新液化的可能性。

液氯蒸發器的操作原理

液氯蒸發器基本上是一個被傳熱媒質水環繞的蒸發室，熱水箱中的水被電加熱器加熱。液氯進入管伸入蒸發室的底部，通過蒸發室壁吸收熱量而汽化，氯氣上升，從上部的氣體排出管中引出。熱水箱中設有水溫恆溫控制器，由它來控制電加熱器的加熱或停止。因此，不管蒸發量的大小，熱水箱中溫度總是保持恆定。另外，熱水箱中還設有低水位開關或恆水位開關，通過水位開關控制熱水箱給水管線上的電磁閥的啟停，或配以電磁閥及限流閥進水，高水位時自動溢流，亦可保證熱水箱的恆水位。

由於熱水箱中水溫、水位可保持相對穩定，蒸發器進液管、出氣管的特殊位置設計，使得蒸發室中的壓力受到氯瓶中壓力的限制，液氯可以進入蒸發室，也可以離開蒸發室，流回氯瓶，蒸發室中的液位根據需氣量可自動調整。因此，蒸發器蒸發量的大小僅取決於加氯系統的需氣量。當加氯機投加量恆定時，蒸發器中的液位保持不變。此時，液氯進入蒸發室受熱汽化量與加氯機的投加量剛好相等，即進多少液氯便能及時蒸發成氯氣，處於一個動態平衡狀態。倘若需氣量增加，在其它條件未變的情況下，蒸發室中蒸發速率不變，這樣，蒸發量小於需氣量，於是蒸發室中的氣體壓力降低，氯瓶中的液氯進入蒸發室的速度加快，液位隨之上升。液氯接受熱媒質傳熱面積增大，蒸發量相應增大，氣體的壓力回升，直至與氯瓶中壓力相近。這樣，液面又在一個新的位置上達到了平衡，反之亦然。

液氯蒸發器管道系統及其設計

完整的蒸發器系統配置還包括重要的管線系統，即液氯管線，氯氣管線，以及蒸發器熱水箱的給排水管線。

1.液氯管線

液氯管線一般為厚壁的碳鋼管(無縫鋼管或鍛鋼管)，接自匯流排(header)，經過液氯壓力自動切換系統(若採用)接至蒸發器的進液管。由於液氯的熱膨脹係數很大，氯從液態變成氣態時，體積增大約460倍。假如液氯(不含氣泡)被關閉在兩個閥門之間，當溫度升高時，將產生很高的壓力，會因靜壓導致液氯管道破裂。因此，在液氯管道設計時，應考慮到溫度變化，管道堵塞，誤操作等可能破壞因素，在兩個閥門之間的液氯管道上設定膨脹室保護。膨脹室保護包括爆破膜，壓力開關及膨脹室。爆破膜為一種高強度耐蝕鎳銅(錳鐵)合金，破壞壓力為400psi( 2. 8MPa)，壓力開關應為膜片保護式，並且壓力開關設定值可調節，一般設定在40psi ( 0. 28MPa)左右(首都公司規定)。膨脹室的工作壓力很高，各個廠家有不同的尺寸，對應的膨脹室與液氯管線都有一定的保護長度，若管道長度超過要求，需增設一個膨脹室組。

在超壓時(大於2.8MPa) ,爆破膜片破裂，高壓液氯沖入膨脹室泄壓，壓力開關輸出信號報警，壓力表也可指示膨脹室內已充壓。

2.氯氣管線

氯氣管線上應設有防超壓的保護措施，即泄壓閥組件。並且應設在蒸發器氣體出口與第一個手動閥門之間，在蒸發器誤操作中被閥門隔斷或管道堵塞的情況下，可自動釋放超壓氣體。壓力釋放閥為彈簧式，釋放壓力可人為調節，但通常放置在250psi(1. 75MPa)(首都公司產品規定)。泄放管線應接至室外，以防氣體造成人員傷害和設備損失，其末端必須朝下，出口設細孔塑膠網罩，防止進水或昆蟲等異物。管線避免出現U型敷設，防止水蒸氣在U型低位處冷凝駐留。泄壓管線還應設定壓力報警開關，與液氯管線上的壓力開關原理及結構相同，其輸出信號接至報警裝置。泄壓閥旁路上的閥門通常關閉，只在清洗蒸發器前排空蒸發室及管線中的氯氣時才打開。

氯氣管線上的另外一個重要部件是自動關閉閥，該閥與蒸發器的低水溫開關聯鎖自動控制。當蒸發器中傳熱媒質的溫度低於水溫開關的設定值時，該閥自動關閉，可防止液氯未汽化而竄入氯氣管線中。在一定的汽化臨界溫度下，氯的壓力低於其飽和蒸汽壓時，氯就呈氣態。降低管線上氯氣的壓力，相當於其再液化溫度下降，可以防止再液化現象的出現。因此，自動關閉閥多設計為電動減壓閥的型式。蒸發器氣出口處，氯氣溫度比周圍環境溫度要高得多，很容易散熱，所以自動關閉減壓閥的設定離蒸發器越近越好，一般控制在1. 5m以內。若空間條件限制滿足不了這個要求，建議在減壓閥的上游增設電加熱液氯捕集器，並且將氯氣管線坡向蒸發器，可讓冷凝的氣體流回蒸發器蒸發室中。

另外，在氯氣進入自動關閉閥前，應設定氯氣過濾器，還可以在蒸發器出口與泄壓閥裝置之間選擇性地設定壓力開關，設定值為200psi(1.4MPa)，可防止氯氣管線超壓但未達到泄壓閥釋放時動作，起到預報警作用。

3.給排水管線

蒸發器的給排水管線包括熱水箱的給水管，溢流管，蒸氣管和放空管。給水管上設有進水電磁閥，蒸發器的恆水位開關或低水位開關自動控制其開啟，保持熱水箱中水位恆定。溢流管和放空管合併一根管排入下水道，蒸氣管宜接至室外，或接入溢流管，使水蒸氣在其中冷凝。給排水管線的連線，可根據蒸發器的布置現場確定。需要注意的是，要防止水管滴漏，保持房間乾燥。

電氣及儀表控制系統

蒸發器系統的用電負荷不大，主要用於電加熱器的供電，一般多採用三相電源。容量為120噸/h,160kg /h, 200kg /h的加熱器的功率分別為：12kW,15kW, 18kW。供電還包括各種報警觸點和控制迴路，還應考慮蒸發器系統的各種報警輸出的設計。

控制盤、儀錶盤的設計，各種型號差別不大。50-200系列的控制盤設在蒸發器的上方，上面設有電源接線端子，納入所有控制功能和報警接點的印刷電路板，控制開關，電源指示燈，報警燈(高水溫紅色，低水溫為拍色，低水位為紅色)，水位觀測窗，氣溫表，氣壓表，水溫計，陰極保護電流計，陰極保護控制按鈕和電源熔斷開關等。設備內部輸入、輸出迴路在該控制盤中已經接好，我們需要再做的工作是將3個報警信號(低水位，低水溫，高水溫)輸出接至PLC中，另外，蒸發器前後的超壓泄放報警信號也要接至PLC中。VAX4600系列，71V 1100B系列的設計思想與50-200系列大致相同。E2000型的儀錶盤與控制盤分開，儀錶盤設在蒸發器上方前面板上，包括水位計、水溫計及陰極保護電流計。控制盤單獨設於牆上，包括全部蒸發器和報警的自動迴路，所有重要的操作及報警信號以信號光的形式顯示在控制盤上。另外，還可以將蒸發器系統的控制集中設計在整個加氯單元的中心控制系統中。