淺談空冷器的配管設(shè)計(jì)

程世權(quán)

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

在傳統(tǒng)化工冷卻系統(tǒng)中，廣泛采用水作為冷卻介質(zhì)，隨著水資源的緊張，空冷器逐漸有了廣泛應(yīng)用。空冷器是利用空氣替代水或其他冷卻介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)熱交換的工業(yè)過程。空冷器與水冷相比，具有節(jié)約水資源、節(jié)省投資成本及維護(hù)成本、降低環(huán)境破壞和污染等優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 空冷器簡介

典型的空冷器由管束、百葉窗、構(gòu)架、風(fēng)機(jī)、風(fēng)箱和其他附件(梯子、平臺等)構(gòu)成。熱流體在管束內(nèi)流動，風(fēng)機(jī)驅(qū)動空氣流動穿過管束，使管內(nèi)高溫工藝流體得到冷卻或冷凝，達(dá)到換熱目的；同時可采用百葉窗調(diào)節(jié)進(jìn)入空冷器的空氣量來改善空冷器的調(diào)節(jié)和適應(yīng)性能。空冷器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，不用消耗大量的水資源，較之水冷是一種顯著的節(jié)能節(jié)水設(shè)備。目前國內(nèi)煤化工裝置最常用的空冷器主要是引風(fēng)式、鼓風(fēng)式和斜頂式空冷器[2]。

2 空冷器的布置

空冷器的布置應(yīng)符合下列要求：

(1)空冷器宜布置在裝置全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；

(2)空冷器宜集中布置在管廊的上方或構(gòu)架的頂層，其一側(cè)地面上應(yīng)有檢修場地和通道；

(3)空冷器下方不宜布置下列工藝設(shè)備，否則應(yīng)采用不燃燒材料的隔板隔離保護(hù)：

1)操作溫度等于或高于物料自然點(diǎn)、操作溫度等于或高于250℃的可燃液體設(shè)備；

2)輸送或儲存液化烴的設(shè)備。

(4)多組空冷器布置在一起時，形式應(yīng)一致，宜成列式布置，也可成排式布置；

(5)斜頂式空冷器的通風(fēng)面不宜朝向夏季的主導(dǎo)風(fēng)向。斜頂式空冷器宜成列布置，如成排布置時，兩排之間的間距不應(yīng)小于3 m；

(6)濕式空冷器或干濕組合空冷器并排布置時，空冷器構(gòu)架支柱之間的凈距不應(yīng)小于3 m；

(7)空冷器管束兩端管箱和傳動機(jī)械處應(yīng)設(shè)置檢修平臺；

(8)空冷器與等于或高于空冷器管箱的建筑物之間的距離不應(yīng)小于3 m。

空冷器的布置可采取下列措施避免自身或相互間的熱風(fēng)循環(huán)：

(1)同類型空冷器應(yīng)布置在同一高度；

(2)同一高度的空冷器應(yīng)靠近布置，當(dāng)布置在不同高度時，兩組空冷器之間的距離不應(yīng)小于12 m；

(3)鼓風(fēng)式空冷器與引風(fēng)式空冷器宜分開布置，引風(fēng)式空冷器宜布置在鼓風(fēng)式空冷器的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；當(dāng)引風(fēng)式空冷器與鼓風(fēng)式空冷器布置在一起時，應(yīng)將鼓風(fēng)式空冷器管束提高。

3 空冷器的管道布置

3.1 空冷器的管道布置要求

1)空冷器的進(jìn)口管道不應(yīng)有“液袋”。當(dāng)管道無流量調(diào)節(jié)時，進(jìn)口管道宜對稱布置；當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流流體時，進(jìn)出口管道應(yīng)對稱布置。

2)管道對空冷器管口的作用力和力矩應(yīng)符合制造廠或現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15386的要求。

3)空冷器的進(jìn)出口集合管應(yīng)靠近空冷器管口布置，集合管的截面積宜大于各分支管截面積之和的1.5倍。

4)空冷器入口管道較高，如距離較長，需在中間設(shè)置專門管架以支撐管道。

5)濕式空冷器的回水系統(tǒng)為自流管道時，應(yīng)使管道短，彎頭數(shù)量少。回水總管應(yīng)有順介質(zhì)流向的坡度，坡度不應(yīng)小于0.003。

6)空冷器的操作平臺上設(shè)有半固定蒸汽吹掃接頭時，其閥門宜設(shè)在易接近處，并應(yīng)注意蒸汽接頭方向，保證安全操作。

3.2 空冷器的管道布置方案

某煤氣化項(xiàng)目變換單元選用一組引風(fēng)式空冷器，空冷器有12個進(jìn)出口。

空冷器進(jìn)出口的配管方案有以下幾種：

方案一：介質(zhì)順物料流向步步低低布置，分為兩個集合管，每根集合管上分6個支管自上而下流入6個管口。空冷器出口與進(jìn)口相似，每根集合管上分6個支管，步步低進(jìn)入換熱器。空冷器進(jìn)出口配管簡圖見圖1和圖2。

圖1 方案一空冷器進(jìn)口配管簡圖

圖2 方案一空冷器出口配管簡圖

方案二：進(jìn)出口總管分為兩個集合管，每根集合管上的6個支管上升到空冷器進(jìn)口管口。出口管線步步低流入換熱器。進(jìn)出口配管簡圖見圖3和圖4。

圖3 方案二空冷器進(jìn)口配管簡圖

圖4 方案二空冷器出口配管簡圖

方案三：1根集合管兩側(cè)各分6個支管上升到空冷器管口。出口也由12個支管匯入1根集合管流入換熱器。進(jìn)出口配管簡圖見圖5和圖6。

圖5 方案三空冷器進(jìn)口配管簡圖

圖6 方案三空冷器出口配管簡圖

3.3 管道布置方案的比較

對于3種空冷器的管道布置方案，從偏流量、管道支撐、管道用材、管口受力4個方面做比較，通過計(jì)算得出結(jié)論，見表1。

表 1 三種配管方案的對比

該項(xiàng)目綜合考慮之后選擇了第三種配管方案，該方案經(jīng)過

應(yīng)力計(jì)算和工藝的校核，滿足空冷器廠家的管口受力要求以及工藝要求，且所需管道材料較少。

4 空冷器管道布置注意事項(xiàng)

(1)空冷器的配管應(yīng)考慮流體的均勻分配。應(yīng)將空冷器進(jìn)出口單線圖提給工藝專業(yè)，確保滿足工藝要求。

(2)空冷器的管道布置，應(yīng)方便操作及檢維修，有足夠的空冷器吊裝空間。人行通道凈空不得低于2.2 m。

(3)出口集合管應(yīng)盡量布置在平臺下方，若空冷器進(jìn)、出管口裝有閥門，應(yīng)考慮閥門操作，應(yīng)將閥門布置在平臺上方便操作檢修的位置。

(4)空冷器進(jìn)出口管道布置應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，保證有足夠的柔性。其支架應(yīng)結(jié)合梯子平臺的布置綜合考慮，空冷器管口荷載應(yīng)滿足廠家提供的管口受力要求。

(5)多組空冷器聯(lián)合布置時，應(yīng)在空冷器平臺上設(shè)有蒸汽和壓縮空氣的公用物料軟管站。

(6)若空冷器入口的總管或集合管布置在空冷器的上方，每組空冷器之間宜保證有足夠的間隙，使得空冷器的框架柱子能夠上升，便于支撐管道。

(7)引風(fēng)式空冷器頂部宜設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施，保障檢修人員的高空作業(yè)安全。

5 結(jié)束語

根據(jù)空冷器的布置及其管道布置要求，結(jié)合某煤氣化項(xiàng)目中空冷器的管道布置，說明在空冷器的實(shí)際管道布置中，應(yīng)綜合考慮流量均勻分配、管道的支撐、管材的使用、工藝的要求和生產(chǎn)廠家的管口受力要求等多方面因素，設(shè)計(jì)出一種更為經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用的管道布置。