淺析高效復合型空冷器在石化行業中的應用

＊周 超

（中海油氣（泰州）石化有限公司 江蘇 225300）

前言

據不完全統計，冷卻設備的耗能工業占比約為13%～15%，而耗水占比則高達80%。在石化行業的生產過程中，傳統干式空冷器能耗大，占地面積大，且翅片管難于清理，水冷器易結垢、難清理、耗水大的問題一直難以得到有效的解決。最新石化行業政策對冷卻設備提出了更高的要求，一方面要大幅度提高設備的換熱效率，減少設備和占地面積的投資；另一方面推進設備節能節水的改造，加快設備的更新需求。因此研究和推進高效復合型空冷器在石化行業中的應用和推廣，于國于民有著非常重要的意義。

洛陽隆華傳熱節能股份有限公司生產的新型高效復合型蒸發式空冷器將潛熱、換熱和顯熱換熱融為一體，利用循環水的流動將蒸發式空冷和空冷器進行優化組合，既能高效的降低工藝介質出口溫度，又能有效的降低能耗和水的用量，目前該設備已被廣泛應用于各石化行業。

1.國內石化行業的主要冷換設備

傳統干式空冷器由于結構簡單、制造方便且冷卻介質溫度為空氣，可以免費使用而被廣泛應用。但由于空氣的比熱小，且冷卻過程中熱量只能實現一次傳遞，同時冷卻效果受環境因素影響較大，正常情況下干式空冷器最多只能將工藝介質溫度冷卻到50℃左右，冷卻效果受到嚴重的限制。為了彌補這一不足，高效復合型蒸發式空冷器將水冷系統引入干式空冷，在實現工藝介質熱量一次性傳遞的過程中完成了工藝介質、水和空氣之間的無縫銜接，同時在整合整個換熱系統的過程中使得材料的用量更低，設備也更加緊湊，大大降低了設備的運輸成本和安裝條件。由于采用了更為先進的換熱機理，使得該型空冷能有效的降低工藝介質的冷后溫度，加上該空冷的全封閉安裝，空冷受制于環境的影響也大大降低。目前該型空冷已被廣泛應用于石化行業，并取得了良好的口碑和效益。

2.高效復合型空冷器的工作原理

高效復合型空冷器是將潛熱、顯熱和換熱融于一體，對蒸發式冷卻器和濕式空冷進行優化組合的一種新型冷卻設備。該型空冷主要由預冷換熱部件、蒸發換熱部件、水循環系統和引風系統組成，設備模塊化制造，不僅方便運輸和安裝，而且便于清洗和在線維護。它在傳統冷卻的方式上進行了兩方面的改進：一方面實現了水的重復利用，降低了水泵的能耗；二是用水的潛熱來帶走工藝介質的熱量，大幅提高了換熱效率。該型空冷最顯著的特點是工藝介質在進入濕式空冷器前先進入預冷器進行預冷，預冷器盤管表面分布有螺旋狀翅片以增加預冷效果，同時預冷器所用的空氣由底部水箱側面進入，與水充分接觸后變得低溫潮濕，進一步增加預冷器的預冷效果。

高溫介質首先從頂部側面進入復合空冷預冷器，利用從蒸發換熱器產生的潮濕空氣對預冷器內部的高溫介質進行冷卻，使得高溫介質得到第一次冷卻降溫；預冷后的介質再由預冷器進入蒸發換熱器，底部水箱中的除鹽水經由水泵送至蒸發器換熱管上方的噴淋裝置中，最后由噴嘴將除鹽水均勻的灑在換熱管表面，在換熱管表面形成連續而均勻的水膜，來對工藝介質進行第二次冷卻。高效復合空冷器頂部的軸流風機將空氣從設備底部的空氣從側面的百葉窗吸入，自下而上掠過蒸發器管束表面、阻水層和預冷器翅片管，經過蒸發器管束表面時能將噴淋水充分打散，同時形成負壓，增加管束表面水膜的汽化速度，強化冷卻效果；經過阻水層，飽和的濕空氣中所含有的水滴被阻擋和收集進行重復利用；而飽和的濕空氣在軸流風機超強風力的作用下從設備上部流出，而流出前再和預冷器進行換熱的過程中也由于空氣的潮濕而使得預冷效果被進一步加強。

高效復合空冷整體由多個模塊組成，模塊之間可以相互替換，模塊化的結構設計使設備制造、運行、維護和檢修都大大簡便。根據現場實際需求，模塊可自由組合；檢修過程中，可按比例減少工作負荷，相應停止部分模塊的工作，進行在線不停機檢修；如果設備個別部位存在泄漏，可以將模塊進行切斷，對設備整體的工作情況影響很小，同時可以實現模塊的替換。蒸發器盤管在設計制造過程中進行了柔性化設計，有效的消除了設備在制造和使用過程中存在的熱應力，盤管可采用多種異型高效換熱管，來增加管內流體的雷諾數，大大提高了管束的換熱系數。蒸發盤管進行高溫熱浸鋅防腐處理，能有效的減少管束表面的結垢現象，在保證較高水質的情況下，能保證復合空冷器的長周期運行。

3.高效復合型空冷器的使用及維護

(1)設備的安裝

由于高效復合空冷器對空氣的要求較高，所以必須要安裝在周圍環境有良好通風條件的地方，設備與周圍物體或建筑的最小間距應不小于2m，軸流風機出風口應高于相鄰建筑物1米以上，設備應防止在沒有熱空氣進入的位置。設備吊裝時應特別注意設備吊裝的剛度和強度，同時必須使用足夠長的柔性吊具以防止損傷設備。吊裝設備分為上箱和下箱，吊裝過程上箱放在下箱之上，上下箱之間用專用的阻燃密封膠帶進行密封，防止結合處漏水。

(2)設備使用前的準備工作

在初次啟動和停機一段時間之后再運行之前，需徹底檢查和清洗，水箱中的水位應處于水箱總高的4/5的位置，水位過低容易導致機泵在運行過程中出現汽蝕，同時導致噴水量不足，影響空冷效果，且長時間的無介質運行還會造成機械密封的損壞。檢查噴頭是否有損壞，如果有損壞需更換后方可開機；手動轉動風機檢查是否有卡澀現象，每次重新運行前檢查浮球閥開、停位置是否正常。設備水泵啟動前，應手動盤車后再進行通電運行，檢查轉動方向是否與水泵殼上箭頭方向一致，在系統進行水汽聯動時，需同時開啟風機和水泵，以避免因管道溫度過高使得設備內部部件損壞。

(3)設備投用

設備開車運行應依照先風機后水泵的順序開啟設備，風機和水泵的啟動時間間隔不少于1min，待風機和水泵運轉正常后，再將設備切入系統運行。循環水系統需定期進行清理，條件具備的可對循環水進行微生物殺菌處理，如果不進行清理會滋生藻類等微生物，隨泵進入噴淋水系統后會堵塞噴嘴，從而降低空冷的換熱效率。

(4)設備停用

設備停車，應依照先水泵后風機的順序停止設備的運行，水泵與風機的停車時間間隔不得少于2min。冬季在環境溫度較低的情況下，要做好設備的防凍凝措施，在可能的情況下盡量使水泵維持運行，用變頻風機來控制風機轉速，減少設備容量；對于無法采用低負荷進行維持的情況，必須將水泵切出，同時將水泵除鹽水排盡以防止水泵被凍壞。

(5)緊急停車

如遇到系統中出現突發時間或者風機/水泵電機出現故障需要緊急停車時，可以通過控制回路中的急停開關，切斷設備的電機控制電源。待故障排除后，依照開車程序投入設備。

(6)運行時的注意事項

不建議采取停止設備某臺風機的方法來進行風量調節，因為這樣會造成風的短路而影響設備的換熱，若采用此方法進行風量調節，則應采取必要措施避免風的短路現象；水泵出口調節閥全部打開，并不意味著水泵的工作點和效率達到最佳。水泵出口調節閥除了有對水量進行適當的調節作用外，還具有調節水出口壓力的作用。當出口閥門開度過大時，會使水泵工作在超流量狀態，引起電機的工作電流過大而導致電機發熱。將出口調節閥調到適當的狀態是電機長期穩定運行的保證。

(7)復合空冷使用過程中的典型案例分析

中海油氣（泰州）石化有限公司芳烴抽提裝置芳烴抽提單元回收塔系統采用該類型空冷作為冷卻設備，裝置于2016年開始投入生產，2021年3月該設備所在的回收塔負壓系統出現異常，經過對整個系統詳細排查后確認漏點可能出現在復合空冷內部管束上。考慮到負壓系統漏點排查的困難程度，同時根據現場復合空冷每一個分路管線出口溫度進行比對后發現在該空冷最東側一組的最北面一個出口溫度明顯偏低，經過共同分析出現這一現象的最大可能就是漏點產生的氣阻，導致工藝介質在經過這段管束時形成偏流。看窗打開后，經過仔細查找，果然在最內層的一根管束的上U型彎段發現一個拇指大小的漏點。后經仔細觀察發現該漏點處外側管壁并無明顯腐蝕現象，由此推斷該漏點為內部工藝介質沖刷腐蝕所致。由于漏點出現的位置較為靠內，可操作空間很小，且漏點附近的管壁也變得很薄，給現場堵漏工作帶來了一定的難度，在經過專業堵漏人員現場精心操作后，漏點最終被有效堵住。從該案例可以分析得看出高效復合型空冷在實際使用過程中，管束內部會出現一個由氣相變為液相的相變過程，該過程在介質進入復合空冷蒸發段管束時尤為明顯，所形成的氣液混合相介質在高速流動下對U型管的彎管內壁形成持續沖刷，從而造成管壁不斷減薄出現泄漏。綜上，高效復合空冷在使用過程中匯聚了各種冷卻設備的優點，但在出現問題的情況下由于其結構緊湊，給問題的解決也帶來了不小的困擾，所以使用廠家在條件允許的情況下最好定期對該型空冷內部管束，尤其是U型彎處的管壁進行厚度監測，防止沖刷腐蝕造成的漏點出現。

4.結語

高效復合型空冷器與傳統干式空冷器相比有投資小、結構緊湊，占地面積小，換熱效率高。目前該技術的推廣應用已經得到了國內各大石化企業的一致認可，對解決石油化工行業污染治理、清潔生產和節能減排工作起到了積極的作用。隨著全球變暖的進程逐步加快，高效復合型蒸發式冷卻器將具有更好的推廣和應用前景。