空氣冷卻器淺談

王 震

（金陵石化煉油運行四部，江蘇 南京210033）

某煉油運行部800 萬噸/年常減壓有空冷風機31 臺、10 萬噸/年硫磺18 臺、350 萬噸/年催化66 臺、180 萬噸/年渣油加氫22 臺， 由此可見空冷運行的“長、滿、優”的確值得重視、研究。 空氣冷卻器是以空氣為冷卻介質，橫掠翅片管外壁，使管內高溫工藝流體得以冷卻的設備， 采用空氣冷卻器代替其他冷卻器冷卻工藝介質不僅可以節約成本，還可以減少污染，此外還具有維護費用低、使用壽命長、運轉安全可靠等優點。 在石化行業尤其煉油廠的冷換設備中。 空冷器成為必不可缺的一類設備。其應用范圍包括塔頂、蒸汽、溶劑、汽油、柴油冷卻的各種不同工況。在冶金、電力及化工等行業，空氣冷卻器也有著及其廣泛的應用[1]。

1 空冷器的基本部件

空冷器的主要構件有軸流風機、管束、構架、附件等，具體結構見圖1。

圖1 空氣冷卻器的基本結構

1.1 風機

空冷器通過一個或多個為一組的軸流風機， 帶動空氣的流動，從而完成換熱過程。

風機的主要性能參數：

1） 風量—單位時間內流經風機（或管束）的空氣容積；

2） 壓力—升壓（相對于大氣壓力），即氣體在風機內壓力升高值，或者說是風機進出口處氣體壓力之差。

3） 軸功率—驅動風機葉輪所需的功率， 或者說是單位時間內傳給風機軸的能量；

4） 全壓效率—風機所做的有用功（風量與全壓的乘積）與輸入功的比值。

風機的標準進口狀態：

最常見的風機分為：引風式與鼓風式兩種

1）引風式風機

空氣先經過管束再引入風機。

2）鼓風式風機

空氣先經過風機再至管束，某石化100kt/a 硫磺裝置18 臺空冷均為鼓風式風機。

1.2 管束

管束由框架、管箱和翅片管的組合件組成，需要冷卻的工藝流體在管內流動，空氣在管外橫掠流過翅片管束，從而對流體進行冷卻換熱。

管箱

管箱一般就是列管兩側和管程相連接的部分，由法蘭、短接及封頭組成。

2) 翅片管

翅片管，是為了提高換熱效率，通常在換熱管的表面通過加翅片，增大換熱管的外表面積（或內表面積），從而達到提高換熱效率的目的一種換熱管。

1.3 其它部件

1）構架：管束及風機的支撐部件。

2）附件：梯子、平臺、百葉窗等。

2 空冷器的分類

按照不同的分類方法劃分，空氣冷卻器類型多種多樣，而按管束布置、通風方式、冷卻方式三種方法，空氣冷卻器分類如下：

1）空冷器按管束的布置類型主要分為：①圓環式空冷器；②斜頂式空冷器；③立式空冷器；④水平式空冷器。

2）按空冷器通風方式分類：①鼓風式空冷器；②引風式空冷器；③自然通風式空冷器。

3）按空冷器冷卻方式分類：①濕式空冷器；②干式空冷器；③干-濕聯合空冷器；④兩側噴淋聯合空冷器。

3 結構形式及特點

空氣冷卻器各部件不同形式的組合就形成了多樣的結構形式，每個結構形式也具有其相應的特點及使用場合，下面對不同的結構形式進行介紹。

3.1 水平式

水平式主要有水平鼓風式與水平引風式，結構見圖2。

圖2 水平式引、鼓風機的結構形式示意圖

圖3 垂直式的結構形式示意圖

1）水平引風式：適用于任何場合，葉輪置于上方，進入葉片的是熱空氣，管束有3°的傾斜。

2）水平鼓風式：葉輪置于下方，進入葉片的是冷空氣，管束有3°的傾斜。

水平式優點：結構簡單，安裝方便，換熱分布較均勻。

缺點：占地面積較大，管內介質流動阻力較大

3.2 直立式

直立式主要指管束直立放置，結構見圖3。

與風機水平放置相比，直立式多用于干濕聯合空冷，一般用于氣體、真空系統的冷凝冷卻。 進入葉片的是熱空氣或增濕后的熱空氣。

優點：占地面積小、管內流體阻力較小。

缺點：換熱分布不均勻，易受自然風干擾，結構略微復雜。

3.3 斜置式

斜置式主要指管束斜置呈人字形，夾角一般在60°，結構見圖4。

圖4 斜置式的結構形式示意圖

優點：換熱較均勻，管內流動阻力小，占地面積小。

缺點：結構較復雜

4 維護要點

4.1 常見失效形式及處理

4.1.1 葉片損壞：主要原因是葉片安裝不當和葉片材質缺陷[2]

葉片是空冷關鍵部件，其運行狀態關系到空冷效果。 2013 年煉油四部100kt/a 硫磺裝置1 臺空冷風機出現葉片斷裂，當時DCS 顯示風機超電流跳停，設備及檢修到達現場后發現風機葉片嚴重損壞，風機入口濾網劃開約1 米， 所幸反應及時無人員傷亡也未影響裝置生產。此次風機故障主要原因為： 十字頭的葉片夾和連接螺栓處發生斷裂，導致風機葉片脫落打在其它葉片及濾網。 此次故障屬于材質問題，在空冷器的應用中，很多企業為了節省成本對于其構件材質的選擇不夠重視， 忽略了風機在高速旋轉下的構件摩擦等因素所帶來的損害，葉片的葉軸質量不過關，很容易造成斷裂，加之維修難度很高，對生產運行造成很大的影響。

處理措施：葉片材質升級、軸承座改進、減少風機的振動、科學安裝。

4.1.2 換熱管、管束泄露

主要原因是腐蝕、材質缺陷和管束使用周期較長

處理措施：對普通漏點化學粘補或打卡補膠；嚴重的需要更換管束及換熱管

4.1.3 空冷器效果差

主要原因是翅片管內壁結垢、彎曲堵塞和翅片變形

處理措施：對空冷器切除進行吹掃或清洗，并檢查修復損傷的翅片

4.1.4 風機系統故障

常見的風機系統故障主要包括：電流表指示異常、氣流量低、傳動部件異常振動、異響和轉動部件溫度較高

處理措施：重新校正平衡安裝、檢查皮帶松緊、緊固螺栓、更換軸承并定期添加或更換潤滑脂，開停切換要嚴格遵守動設備管理規定。

由于煉廠灰塵大、環境氣候格外惡劣，導致現場聯組皮帶老化斷裂較頻繁，因此皮帶預緊力的控制尤為重要，因為它直接影響到空冷的冷卻效果：

煉油四部所轄裝置基本都是用的5-V 聯組皮帶， 較單根皮帶有更高的傳動效率。為了保證皮帶正常高效傳動工作皮帶必須要有適當的預緊力可以通過電機座調整螺栓把電機拉到一定位置，以達到皮帶的預期張緊程度。檢查預緊力是通過在皮帶與兩皮帶輪的切點跨距中點M 加載荷（見圖5）測量皮帶的撓度y，跨距a 每100mm 產生的撓度為1.66mm 時的預緊力為最恰值，載荷G 計算方法如下：

Z 為皮帶根數

圖5 皮帶預緊力示意圖

4.2 檢修維護

4.2.1 日常維護內容

1）清掃檢查管束和管箱以及翅片的保護

2）檢查維修相關法蘭、堵絲及管線

3）檢查風機系統各部件運行狀態

4）校驗安全附件

4.2.2 注意事項

1）使用環境應經常保持整潔，風機表面保持清潔，進、出風口沒有雜物，定期清除風機及管道的灰塵等雜物。

2）根據使用環境條件下不定期對軸承補充或更換潤滑脂，為保證風機在運行過程中良好的潤滑，加油次數不少于1000 小時/次封閉軸承和電機軸承，加油用鋰基潤滑油脂填充軸承內外圈的1/3,嚴禁缺油運轉。

3）風機在運行過程中發現風機有異常聲、電機嚴重發熱、外殼帶電、開關跳閘、不能啟動等現象，應立即停機檢查。為了保證安全，不允許在風機運行中進行維修，檢修后應進行試運轉五分鐘左右，確認無異常現象再正常運行。

4）風機應貯存在干燥的環境中，避免電機受潮。 風機在露天存放時，應有防護措施。

5 結語

通過對空氣冷卻器結構特點及維護注意事項的深入了解，在生產實踐中可以對空氣冷卻器出現的常見故障進行提前預防維護，降低空冷故障對裝置正常運行造成的影響。 同時，還可以提高空氣冷卻器使用效果，促進裝置的優化運行。

［1］包振軍.PK2801 風機程序控制系統的改造[C]//中國化工學會2005 年石油化工學術年會論文集.2005.

［2］符艷軍.低壓軸流通風機降噪的優化設計[J].風機技術，2001，3.

［3］B.埃克.通風機[M].機械工業出版社，1983.