復(fù)合型高效空冷器在水冷系統(tǒng)改造升級(jí)中的應(yīng)用

田國華

（洛陽隆華傳熱節(jié)能股份有限公司，河南洛陽，471132）

復(fù)合型高效空冷器在水冷系統(tǒng)改造升級(jí)中的應(yīng)用

田國華

（洛陽隆華傳熱節(jié)能股份有限公司，河南洛陽，471132）

為克服傳統(tǒng)水冷系統(tǒng)普遍存在的能耗大、水耗高、檢修難等問題，研制了將傳統(tǒng)空冷器、水冷器、涼水塔等設(shè)備融合于一體的復(fù)合型高效空冷器，并應(yīng)用于多套水冷系統(tǒng)改造升級(jí)項(xiàng)目中。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：復(fù)合型高效空冷器節(jié)能50%以上，年均綜合節(jié)水率超過60%，節(jié)約成本60%左右。復(fù)合型高效空冷器被發(fā)改委列入《國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄》（第五批、第六批），將更好、更廣泛地為節(jié)約能源而服務(wù)。

復(fù)合型空冷器；節(jié)能；水冷系統(tǒng)

引言

水冷系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍。隨著裝置大型化的發(fā)展，水冷系統(tǒng)面臨著能耗高、水耗大、檢修難度增加等一系列問題。為適應(yīng)國家節(jié)能、節(jié)水的大趨勢(shì)和大環(huán)境，我公司研制了復(fù)合型高效空冷器，冷凝效率高，相比傳統(tǒng)水冷系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水效果明顯，被國家發(fā)改委列入《國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄》（第五批、第六批）。

1 大型裝置中水冷系統(tǒng)面臨的主要問題

化工生產(chǎn)的大型化是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，近年來尤為明顯[1,2]。以甲醇生產(chǎn)為例，2006～2016僅僅10年間，甲醇主流裝置的生產(chǎn)規(guī)模從10萬噸/年增加到100萬噸/年，裝置的大型化在帶來規(guī)模效益的同時(shí)，也對(duì)相應(yīng)輔助系統(tǒng)帶來了一系列的挑戰(zhàn)。

圖1 水冷系統(tǒng)示意圖

水冷系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中被采用的歷史超過了百年，其主要組成部分如圖1所示。該系統(tǒng)屬于一種二次重復(fù)冷卻系統(tǒng)：被冷卻介質(zhì)在水冷器里與循環(huán)水先完成第一次熱交換，被冷介質(zhì)被冷卻或冷凝，同時(shí)循環(huán)水升溫6～10℃；隨后，循環(huán)水再長途跋涉到?jīng)鏊羞M(jìn)行二次熱交換，循環(huán)水把熱量擴(kuò)散到空氣中，其自身降溫6～10℃后，再被加壓循環(huán)至主裝置中的水冷器內(nèi)重復(fù)利用。裝置大型化后，一系列問題凸顯出來：

（1）能耗高。主裝置距離涼水塔的距離越來越遠(yuǎn)，其距離從10年前的幾十米增加到幾百米甚至幾千米，輸送距離的增加必然帶來循環(huán)水泵能耗的增加；

（2）水耗大。循環(huán)水量一般是根據(jù)夏季最熱月的平均溫度來確定的，但是隨著一年四季氣溫的變化，帶走同樣熱量所需的循環(huán)水量卻得不到相應(yīng)減少，造成低溫環(huán)境中大量水資源的浪費(fèi)，如在很多地方經(jīng)常看到?jīng)鏊詷渲Φ撵F凇現(xiàn)象（如圖2所示）；

圖2 冬季涼水塔旁樹枝的“霧凇現(xiàn)象”

（3）維修難。裝置的大型化帶來設(shè)備的大型化，水冷器的直徑已經(jīng)從1 m以下增加為2 m以上。循環(huán)水走管內(nèi)時(shí)造成的沉積或偏流易引起管內(nèi)結(jié)垢速度的加快，從而造成水冷器換熱能力的下降（如圖3所示），而大型水冷器管束的抽芯、維修、更換難度則更大。

2 復(fù)合型高效空冷器解決的主要問題

復(fù)合型高效空冷器在某種意義上是將傳統(tǒng)空冷器、水冷器、涼水塔等幾種設(shè)備復(fù)合在一起的高效傳熱設(shè)備[3-6]，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以替代傳統(tǒng)的水冷系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的集成效果：

圖3 大型水冷器管內(nèi)的結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象

（1）能耗低。復(fù)合型空冷器在主裝置區(qū)內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行一次性冷凝或冷卻，不需將熱量再循環(huán)到?jīng)鏊?nèi)進(jìn)行二次冷卻，故主裝置區(qū)與涼水塔之間的循環(huán)水泵可被取消，節(jié)能率超過50%；

（2）水耗小。復(fù)合型空冷器可以根據(jù)四季溫差的變化進(jìn)行噴淋水量的調(diào)節(jié)，在冬季北方地區(qū)基本可依靠自帶翅片管束實(shí)現(xiàn)無水干運(yùn)行。在平時(shí)噴水運(yùn)行時(shí)，可通過雙重收水、均勻布風(fēng)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本消除白霧現(xiàn)象，其綜合年均耗水量可節(jié)約60%以上；

（3）維護(hù)易。復(fù)合型空冷器通過對(duì)管束的模塊化、柔性化設(shè)計(jì)和整體熱浸鋅防腐處理，管束的壽命得以延長，檢維修更換傳熱模塊更加便捷。

圖4 復(fù)合型高效空冷器結(jié)構(gòu)簡圖

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

案例1：在山西省某100萬噸/年甲醇裝置上針對(duì)原水冷系統(tǒng)進(jìn)行改造，并對(duì)現(xiàn)復(fù)合型高效冷凝器的節(jié)能、節(jié)水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1 山西省某甲醇裝置改造前后對(duì)比表

案例2：在廣東省某20萬噸/年煤制氫裝置上針對(duì)原水冷系統(tǒng)進(jìn)行改造，并對(duì)現(xiàn)復(fù)合型高效冷凝器的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)成本等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 廣東省某煤制氣裝置改造前后對(duì)比表

4 結(jié)論

復(fù)合型高效空冷器由于設(shè)備緊湊、高效，相對(duì)于龐雜的水冷系統(tǒng)，在完成相同傳熱要求的前提下，經(jīng)過各工位的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比表明：

（1）復(fù)合型高效空冷器節(jié)能50%以上，年均綜合節(jié)水率超過60%，節(jié)約成本60%左右；

（2）復(fù)合冷高效空冷器通過自備的水箱和水泵可實(shí)現(xiàn)免拆卸不停機(jī)在線清洗，解決了水冷器易堵塞、結(jié)垢快等問題，保障了工藝生產(chǎn)的滿負(fù)荷、安全、穩(wěn)定運(yùn)行；

（3）復(fù)合型高效空冷器管束通過模塊化、柔性化地優(yōu)化設(shè)計(jì)，在焊接成型后再進(jìn)行整體熱浸鋅防腐處理，設(shè)備使用壽命長，安全可靠，檢修維修更加便捷。

[1]王永榮, 范書勝. 新型蒸發(fā)式空冷器在氯乙烯裝置的應(yīng)用[J].齊魯石油化工, 2009, 37(1): 42-44.

[2]李樹勛, 楊亞峰. 蒸發(fā)管管子與翅片間的異種鋼焊接[J]. 石油化工設(shè)備, 1998(4): 46-47.

[3]Tian G, Junsu Jin A, Zhang Z. Prediction of Solubility of the Aromatic Compounds in Supercritical CO2 Using Molecular Topology [J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2007, 46(19): 6326-6331.

[4]Tian G, Jin J, Jianjian Guo A, et al. Mixed Solubilities of 5-Sulfosalicylic Acid and p-Aminobenzoic Acid in Supercritical Carbon Dioxide [J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 2007, 52(5): 1800-1802.

[5]Tian G, Jin J, Zhang Z, et al. Solubility of mixed solids in supercritical carbon dioxide [J]. Fluid Phase Equilibria, 2007, 251(1): 47-51.

[6]田國華. 復(fù)合型高效空冷器在石化領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新, 2014, 1(5): 600-603.

Applications of Compound High Efficiency Air Cooler on Transformation and Upgrading for Water Cooling System

TIAN Guo-hua
(Luoyang Longhua Heat-transfer & Energy-saving Incorporated Company, Luoyang, Henan,471132, China)

In order to overcome the difficulties such as huge energy consumption, high water consumption and troublesome maintenance commonly existed in the traditional water cooling system, a compound high efficiency air cooler is developed by fusion of traditional devices such as air cooler, water cooler and cooling towers. Also, it is applied into several projects for transformation and upgrading for water cooling systems. The field data show that, the compound high efficiency air cooler can save energy of 50% or above, water annually and comprehensively of 50% or above, and cost of 60% or so. The compound high efficiency air cooler is indexed by NDRC into the 5th and 6th batches of National Key Energy Conservation Technology Promotion Catalog, making it better and more widely serve for the big trend of energy saving in China.

Compound Air Cooler; Energy Saving; Water Cooling System

U262.23+1

A

2095-8412 (2016) 06-1185-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.035

田國華，男，工程師，博士。研究方向：高壓和超臨界流體的傳熱、傳質(zhì)研究。E-mail: tianguohua03@163.com