空冷器的設(shè)備布置及管道布置設(shè)計(jì)

任亮

摘 要：空冷器具有節(jié)水、環(huán)保的優(yōu)勢，在水資源匱乏地帶廣泛的應(yīng)用。為了達(dá)到良好的冷卻效果，空冷設(shè)備一般采用成組的布置方法。本文結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際狀況等進(jìn)行了空冷器布置方法的分析，并結(jié)合空冷器管系特點(diǎn)，針對管道布置要素等進(jìn)行了分析，從防偏流出發(fā)進(jìn)行探討，旨在提高構(gòu)架、管道布置的合理性。

關(guān)鍵詞：空冷器；設(shè)備布置；管道布置；構(gòu)架

中圖分類號：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

作為當(dāng)下較為常見的熱交換設(shè)備，空冷器是將空氣作為冷介質(zhì)進(jìn)行換熱，高溫介質(zhì)一般從管內(nèi)流通，通過換熱元器件與空氣形成對流熱交換，與傳統(tǒng)水冷卻相比，空冷器具有節(jié)水、環(huán)保的特點(diǎn)，可大幅降低工業(yè)廢氣廢水的排放，且設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本較低，其中干式空冷器具有占地小、投資少、操作簡單的優(yōu)勢，是當(dāng)下石化行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的空冷形式。從空冷器平面布置、占地、空間限制等考慮，需要加強(qiáng)管道布置、平臺布置方面的管理。一般狀況下空冷器管束分為斜頂、水平兩種形式，管程包括單管程、雙管程等。本文從空冷器布置方法、管道走向等進(jìn)行了分析，旨在為設(shè)計(jì)工作奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 空冷設(shè)備布置分析

1.1 避免熱風(fēng)循環(huán)

空冷器是借助環(huán)境中空氣進(jìn)行冷卻的設(shè)備，因此空氣入口溫度的影響極為突出，對整體換熱效果具有不可低估的作用，必須加強(qiáng)熱風(fēng)循環(huán)現(xiàn)象的防治。從避免外界熱風(fēng)、高溫設(shè)備影響的角度出發(fā)，空冷器一般需要布置在全年最小頻率的下風(fēng)向。

對于多臺空冷器進(jìn)行處理中，一般是采用成組布置的方法，不可在其間留有空隙。多組同類空冷設(shè)備如果無法進(jìn)行同時布置處理中，盡量將其維持在同一海拔高度，這是避免熱風(fēng)循環(huán)的常規(guī)舉措。此外，需要引起重視的是引風(fēng)式、鼓風(fēng)式空冷設(shè)備運(yùn)行機(jī)理不同，一般不建議混合布置，如果受場地要求等必須混合布置時，需要保證引風(fēng)空冷設(shè)備的管束與鼓風(fēng)設(shè)備的風(fēng)扇維持在一個高度上。此外，需要將引風(fēng)空冷器布置在鼓風(fēng)空冷器的最小頻率下風(fēng)向上。

1.2 空冷器布置及梯子平臺布置的分析

空冷器選型環(huán)節(jié)中，需考慮設(shè)備是布置在管廊之上，還是構(gòu)架之上。為了保證布置合理，水平空冷器的本體方面，需要保證其構(gòu)架柱腳跨度與下部支撐吻合，這對管道走向、進(jìn)出口布置、平臺設(shè)計(jì)等均具有積極的影響，可提高下部支撐結(jié)構(gòu)受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要對管道布置的特殊性進(jìn)行分析，如塔頂和空冷器的管道連接中，需要考慮低布置的方法，避免“U”形結(jié)構(gòu)的發(fā)生，還要縮減管道長度、拐彎等狀況，同時豎向布置方面，需要加強(qiáng)塔頂、空冷器之間以及空冷器到冷換構(gòu)架之間的優(yōu)化。前期總體設(shè)計(jì)中，需要對管道進(jìn)行全面規(guī)劃，這是保證進(jìn)出口管應(yīng)力滿足基本要求的方法。

空冷器構(gòu)架方面，需要保證其四周平臺寬度在800mm～1200mm，這是從設(shè)備維護(hù)、檢修便利度出發(fā)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，管箱需要在進(jìn)出口位置設(shè)置對應(yīng)閥門，閥門處的平臺寬度需要適當(dāng)加寬。且空冷平臺與管箱的間距需要不低于600mm，以能看到管道閥門為基本原則。對于空冷器構(gòu)架平臺進(jìn)行設(shè)置中，需要考慮從地面處通往平臺的梯子，可采用斜梯、直梯，高度低于10m狀況下可采用簡單斜梯，梯子間距等設(shè)計(jì)要求需要滿足行業(yè)規(guī)范。

2 空冷器管道布置

首先，管道的布置設(shè)計(jì)需要滿足工藝規(guī)范、儀表安裝要求導(dǎo)尿管；管道布置除了滿足行業(yè)規(guī)范外，還要考慮空冷制造廠家的工藝技術(shù)條件等；管道進(jìn)出口區(qū)域不可進(jìn)行袋形設(shè)計(jì)；管道設(shè)計(jì)中需要考慮設(shè)備后期檢修、維護(hù)等操作合理性，不可影響檢修、管束吊裝等。需要結(jié)合制造商基本條件等對空冷器本體進(jìn)行操作、檢修、進(jìn)出口、管束吊裝的全面分析。當(dāng)空冷設(shè)備的入口管道較低時，可采用“π”形布置，這是提高管道柔性的措施。

需要引起設(shè)計(jì)人員關(guān)注的是，鼓風(fēng)、引風(fēng)空冷器中，管道的布置形式存在較大差異。前者風(fēng)機(jī)位于管束下端，上部空間較為寬廣，可將集合管放置在上部，讓其起到支撐空冷器本體構(gòu)架的作用。而引風(fēng)式空冷器的布置中，風(fēng)機(jī)在管束上端，管束上部的風(fēng)機(jī)占用了大部分空間，管道集合管、π形彎頭一般需要設(shè)置在平臺上端，從而起到為操作、檢修人員提供平臺的目的。

2.1 防偏流

空冷器大部分是多臺成組布置。換熱過程中存在氣體、液體兩種狀態(tài)，易引發(fā)管道振動、破壞問題，從降振角度出發(fā)需要保證管道對稱布置，保證空冷器流量的均一性。同時進(jìn)出口管道的匯集位置不可進(jìn)行變徑處理，分支前的大主管道必須為直觀，這是保證流體介質(zhì)等流量分配、傳熱效果明顯的基礎(chǔ)。

并聯(lián)管道布置中，一般是一根主管、多跟分支管，空間允許的狀況下，需要將管道設(shè)置成對稱、相同形狀的結(jié)構(gòu)，這是維持流量均勻性的基礎(chǔ)。如果配管空間不足，需要采用集合管的方法對流量進(jìn)行均分處理，結(jié)合管與支管的橫截面積總和的比需要維持在1.5左右。

此外，從流體等量均分的角度出發(fā)，在空冷器分支前，可設(shè)置一段等內(nèi)徑的直管。如果工藝控制操作中采用閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，可不考慮管線對稱的設(shè)計(jì)原則，但是務(wù)必加強(qiáng)管內(nèi)壓降控制，可采用蝶閥、旋塞閥等進(jìn)行處理。但是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，閥門控制與對稱管布置相比，效果較差。因此，盡量避免閥門調(diào)節(jié)閥進(jìn)行的流量處理，且出口管線位置不可設(shè)置切斷閥。

2.2 應(yīng)力要求及其他受力分析

首先，管道對整個空冷設(shè)備管口、力矩的設(shè)計(jì)必須滿足行業(yè)基本要求。其次，為了提高管道柔性分析，需要加強(qiáng)管口作用力、力矩的管理，避免其超過規(guī)定范圍等狀況的發(fā)生，盡量保證管道長度小、附件少。其次，考慮管道受到介質(zhì)沖刷阻力的影響，需要對管道支架的位置進(jìn)行合理布局設(shè)計(jì)，將其盡量設(shè)置在集合管與空冷器接口位置。外界應(yīng)力、安裝需求的狀況下，需要避免出口集合管與空冷器管口相連。

此外，對空冷器管道進(jìn)行設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)應(yīng)力方面的詳細(xì)設(shè)計(jì)，布置上必須具有高柔性的特點(diǎn)。相關(guān)支架的設(shè)計(jì)中，如果沒有制造廠家提供的允許值，可采用API661 相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了避免空冷器管嘴壓力過大等現(xiàn)象的發(fā)生，需保證管嘴的熱漲應(yīng)力、管線應(yīng)力之和低于管子應(yīng)力。特殊狀況超過規(guī)定范圍時，可采用增加管子柔性的處理方法。

2.3 其他要求

管道布置方面，需要預(yù)留出電纜槽，一般從風(fēng)機(jī)檢修平臺出發(fā)，經(jīng)過管廊后引入，盡量避免進(jìn)出管廊位置發(fā)生交叉干涉等狀況。

空冷器本體結(jié)構(gòu)方面，需要加強(qiáng)工藝裝置、整體框架、管廊的全面分析，一般柱腳采用栓接方法的較多。結(jié)合柱腳螺栓位置、支撐載荷等進(jìn)行處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及時提供給土建施工方，這是保證整體施工進(jìn)度的關(guān)鍵。

3 管道支架的設(shè)置

針對管道支撐進(jìn)行分析中，需要考慮空冷器入口管道的高度、長度等要素，必要時可在中間設(shè)置專門的管架和支撐結(jié)構(gòu)；如果受設(shè)計(jì)條件限制，管道根數(shù)不夠，可在工藝允許的狀況下放大管道直徑，也可以縮減專用管架等方法，這是提高支撐合理性的必要措施，但是需要引起重視的是這不是最佳措施，應(yīng)該考慮盡量在不影響管束檢修的前提下進(jìn)行構(gòu)架方面的管理。

如果空冷器的構(gòu)架尺寸過大，需要從管廊頂部進(jìn)行立柱建設(shè)，并保證預(yù)留空間的充足性，實(shí)現(xiàn)對總管、集合管的支撐控制，必要時需要加強(qiáng)對管廊下部整體寬度的控制，盡量降低懸挑長度。如果管道應(yīng)力可以滿足基本要求，也可設(shè)置支架、焊接預(yù)埋件、支架等裝置。

結(jié)語

空冷布置方面，需要加強(qiáng)流程分析、防火規(guī)范控制等要素，盡量降低熱風(fēng)循環(huán)、布置不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致的問題，同時需要結(jié)合場地大小、空間要求、布置方法等對空冷器管道等進(jìn)行全面規(guī)劃。

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