隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用不但能節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。水冷冷凝器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用工藝設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中所用水冷冷凝器的投資大約占設(shè)備總投資的30%在煉油廠中換熱器占全部工藝設(shè)備的40%左右，海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。上個世紀(jì)70年代初發(fā)生的世界性能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。因此，研究換熱設(shè)備有著相當(dāng)重要的意義。

換熱器種類很多，按熱量交換原理和方式，可將水冷冷凝器分為混合式、蓄熱式和問壁式三類。其中間壁式水冷冷凝器按傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)可分為:管殼式、板式、管式、液膜式、板殼式與熱管。目前，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器。管殼式換熱器又稱列管式換熱器，該類換熱器具有可靠性高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最廣泛的應(yīng)用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進(jìn)其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位。列管式換熱器可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。

滿液式蒸發(fā)的基本方式是蒸發(fā)器內(nèi)的內(nèi)外強(qiáng)化傳熱管浸沒在制冷劑液體中,制冷劑吸收管內(nèi)水的熱量后蒸發(fā),它所進(jìn)行的是一種池沸騰換熱。專業(yè)專業(yè)常被設(shè)計成在運(yùn)行時有1～3排管子露在液面以上,以防止液滴帶出,液體沸騰時這幾排管子會被蒸氣帶上來的液體潤濕,仍能起傳熱管的作用。降膜式水冷冷凝器的基本方式是制冷劑通過設(shè)計在滿液式蒸發(fā)器頂部的分配器被均勻分配噴淋到蒸發(fā)器內(nèi)的內(nèi)外傳熱管上,吸收管內(nèi)的熱量蒸發(fā)。相對滿液式蒸發(fā)器而言,降膜式蒸發(fā)具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)。①提高換熱性能：降膜式蒸發(fā)器具有極好的換熱性能,特別是在部分負(fù)載情況下。主要表現(xiàn)在兩方面:一方面充分利用了所有高效傳熱管的換熱面積;另一方面在蒸發(fā)壓力較低時,滿液式蒸發(fā)器中液體的靜液柱使底部飽和蒸發(fā)溫度升高(局部飽和壓力升高導(dǎo)致飽和溫度升高),傳熱溫差減小,導(dǎo)致傳熱性能下降,降膜式蒸發(fā)則不存在這種情況。

換熱器溫度控制過程有如下特點(diǎn)：水冷冷凝器溫度控制系統(tǒng)是由溫度變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和被控對象組成的閉合回路。被調(diào)參數(shù)經(jīng)檢測元件測量并由溫度變送器轉(zhuǎn)換處理獲得測量信號，測量值與給定值的差值送入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器對偏差信號進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出控制作用。水冷冷凝器溫度控制系統(tǒng)的工藝流程如下：冷流體和熱流體分別通過換熱器的殼程和管程，通過熱傳導(dǎo)，從而使冷流體的出口溫度升高。冷流體通過循環(huán)泵流經(jīng)換熱器的殼程，出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。熱流體通過多級泵流經(jīng)換熱器的管程，與冷流體熱交換后流回蓄水池，循環(huán)使用。從控制任務(wù)要求可知，換熱器溫度控制系統(tǒng)是單點(diǎn)、恒值控制。且題目要求用單回路控制系統(tǒng)，控制范圍和控制精度要求一般，功能上無特殊要求，采用廣泛使用的PID控制。

載冷劑凍結(jié)的可能性。如果蒸發(fā)溫度低于載冷劑凝固溫度，則載冷劑就有凍結(jié)的可能性。在載冷劑的最后一個流程中，載冷劑的溫度最低其凍結(jié)的可能性最大，當(dāng)用水作為載冷劑時，從理論上來說，管內(nèi)壁溫度可以低到0℃。但為了安全起見，通常使最后一個流程出口端的管內(nèi)壁溫度保持在0.5℃以上。對于鹽水作載冷劑的情況，根據(jù)同樣的道理，應(yīng)該使管內(nèi)壁溫度比載冷劑的凝固溫度高1℃以上。制冷劑在水冷冷凝器中的壓力損失。制冷劑流經(jīng)水冷冷凝器時引起壓力損失，必然使蒸發(fā)器出口處制冷劑的壓力P2低于入口處的壓力P1，從而降低了壓縮機(jī)的吸氣壓力，致使制冷能力下降。

臥式蒸發(fā)器又稱為臥式殼管式蒸發(fā)器，其與臥式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)基本相似。按供液方式可講水冷冷凝器分為殼管式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。臥式殼管式蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器。即水冷冷凝器載冷劑以1~ms的速度在管內(nèi)流動，管外的管束間大部分充滿制冷劑體，二者通過管壁進(jìn)行充分的熱交換。吸熱蒸發(fā)的制冷劑蒸汽，經(jīng)蒸發(fā)器上部的液體分離器，進(jìn)入壓縮機(jī)。為了保證制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行，這種蒸發(fā)器中制冷劑的充滿高度應(yīng)適中。液面過高可能使回氣中夾帶液體而造成壓縮機(jī)發(fā)生液擊；反之，液面過低會使得部分蒸發(fā)管露出液面而不起換熱作用，從而降低蒸發(fā)器的傳熱能力。因此，對于氨蒸發(fā)器其充滿高度一般為筒體直徑的70~80%，對于氟利昂蒸發(fā)器充滿高度一般為筒體直徑的55~65%。