淺談空冷器的配管設計

程世權

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

在傳統化工冷卻系統中，廣泛采用水作為冷卻介質，隨著水資源的緊張，空冷器逐漸有了廣泛應用。空冷器是利用空氣替代水或其他冷卻介質來實現熱交換的工業過程?？绽淦髋c水冷相比，具有節約水資源、節省投資成本及維護成本、降低環境破壞和污染等優點[1]。

1 空冷器簡介

典型的空冷器由管束、百葉窗、構架、風機、風箱和其他附件(梯子、平臺等)構成。熱流體在管束內流動，風機驅動空氣流動穿過管束，使管內高溫工藝流體得到冷卻或冷凝，達到換熱目的；同時可采用百葉窗調節進入空冷器的空氣量來改善空冷器的調節和適應性能?？绽淦魇且钥諝庾鳛槔鋮s介質，不用消耗大量的水資源，較之水冷是一種顯著的節能節水設備。目前國內煤化工裝置最常用的空冷器主要是引風式、鼓風式和斜頂式空冷器[2]。

2 空冷器的布置

空冷器的布置應符合下列要求：

(1)空冷器宜布置在裝置全年最小頻率風向的下風側；

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

(3)空冷器下方不宜布置下列工藝設備，否則應采用不燃燒材料的隔板隔離保護：

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

2)輸送或儲存液化烴的設備。

(4)多組空冷器布置在一起時，形式應一致，宜成列式布置，也可成排式布置；

(5)斜頂式空冷器的通風面不宜朝向夏季的主導風向。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，空冷器構架支柱之間的凈距不應小于3 m；

(7)空冷器管束兩端管箱和傳動機械處應設置檢修平臺；

(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循環：

(1)同類型空冷器應布置在同一高度；

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

(3)鼓風式空冷器與引風式空冷器宜分開布置，引風式空冷器宜布置在鼓風式空冷器的全年最小頻率風向的下風側；當引風式空冷器與鼓風式空冷器布置在一起時，應將鼓風式空冷器管束提高。

3 空冷器的管道布置

3.1 空冷器的管道布置要求

1)空冷器的進口管道不應有“液袋”。當管道無流量調節時，進口管道宜對稱布置；當介質為氣液兩相流流體時，進出口管道應對稱布置。

2)管道對空冷器管口的作用力和力矩應符合制造廠或現行國家標準GB/T 15386的要求。

3)空冷器的進出口集合管應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，需在中間設置專門管架以支撐管道。

5)濕式空冷器的回水系統為自流管道時，應使管道短，彎頭數量少?；厮偣軕许樈橘|流向的坡度，坡度不應小于0.003。

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

3.2 空冷器的管道布置方案

某煤氣化項目變換單元選用一組引風式空冷器，空冷器有12個進出口。

空冷器進出口的配管方案有以下幾種：

方案一：介質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。空冷器出口與進口相似，每根集合管上分6個支管，步步低進入換熱器?？绽淦鬟M出口配管簡圖見圖1和圖2。

圖1 方案一空冷器進口配管簡圖

圖2 方案一空冷器出口配管簡圖

方案二：進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口管口。出口管線步步低流入換熱器。進出口配管簡圖見圖3和圖4。

圖3 方案二空冷器進口配管簡圖

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。進出口配管簡圖見圖5和圖6。

圖5 方案三空冷器進口配管簡圖

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，通過計算得出結論，見表1。

表 1 三種配管方案的對比

該項目綜合考慮之后選擇了第三種配管方案，該方案經過

應力計算和工藝的校核，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

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

(2)空冷器的管道布置，應方便操作及檢維修，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)出口集合管應盡量布置在平臺下方，若空冷器進、出管口裝有閥門，應考慮閥門操作，應將閥門布置在平臺上方便操作檢修的位置。

(4)空冷器進出口管道布置應進行應力計算，保證有足夠的柔性。其支架應結合梯子平臺的布置綜合考慮，空冷器管口荷載應滿足廠家提供的管口受力要求。

(5)多組空冷器聯合布置時，應在空冷器平臺上設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)引風式空冷器頂部宜設置安全防護設施，保障檢修人員的高空作業安全。

5 結束語

根據空冷器的布置及其管道布置要求，結合某煤氣化項目中空冷器的管道布置，說明在空冷器的實際管道布置中，應綜合考慮流量均勻分配、管道的支撐、管材的使用、工藝的要求和生產廠家的管口受力要求等多方面因素，設計出一種更為經濟、合理、實用的管道布置。