浅谈空冷器的配管设计

程世权

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103)

在传统化工冷却系统中，广泛采用水作为冷却介质，随着水资源的紧张，空冷器逐渐有了广泛应用。空冷器是利用空气替代水或其他冷却介质来实现热交换的工业过程。空冷器与水冷相比，具有节约水资源、节省投资成本及维护成本、降低环境破坏和污染等优点[1]。

1 空冷器简介

典型的空冷器由管束、百叶窗、构架、风机、风箱和其他附件(梯子、平台等)构成。热流体在管束内流动，风机驱动空气流动穿过管束，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝，达到换热目的；同时可采用百叶窗调节进入空冷器的空气量来改善空冷器的调节和适应性能。空冷器是以空气作为冷却介质，不用消耗大量的水资源，较之水冷是一种显著的节能节水设备。目前国内煤化工装置最常用的空冷器主要是引风式、鼓风式和斜顶式空冷器[2]。

2 空冷器的布置

空冷器的布置应符合下列要求：

(1)空冷器宜布置在装置全年最小频率风向的下风侧；

(2)空冷器宜集中布置在管廊的上方或构架的顶层，其一侧地面上应有检修场地和通道；

(3)空冷器下方不宜布置下列工艺设备，否则应采用不燃烧材料的隔板隔离保护：

1)操作温度等于或高于物料自然点、操作温度等于或高于250℃的可燃液体设备；

2)输送或储存液化烃的设备。

(4)多组空冷器布置在一起时，形式应一致，宜成列式布置，也可成排式布置；

(5)斜顶式空冷器的通风面不宜朝向夏季的主导风向。斜顶式空冷器宜成列布置，如成排布置时，两排之间的间距不应小于3 m；

(6)湿式空冷器或干湿组合空冷器并排布置时，空冷器构架支柱之间的净距不应小于3 m；

(7)空冷器管束两端管箱和传动机械处应设置检修平台；

(8)空冷器与等于或高于空冷器管箱的建筑物之间的距离不应小于3 m。

空冷器的布置可采取下列措施避免自身或相互间的热风循环：

(1)同类型空冷器应布置在同一高度；

(2)同一高度的空冷器应靠近布置，当布置在不同高度时，两组空冷器之间的距离不应小于12 m；

(3)鼓风式空冷器与引风式空冷器宜分开布置，引风式空冷器宜布置在鼓风式空冷器的全年最小频率风向的下风侧；当引风式空冷器与鼓风式空冷器布置在一起时，应将鼓风式空冷器管束提高。

3 空冷器的管道布置

3.1 空冷器的管道布置要求

1)空冷器的进口管道不应有“液袋”。当管道无流量调节时，进口管道宜对称布置；当介质为气液两相流流体时，进出口管道应对称布置。

2)管道对空冷器管口的作用力和力矩应符合制造厂或现行国家标准GB/T 15386的要求。

3)空冷器的进出口集合管应靠近空冷器管口布置，集合管的截面积宜大于各分支管截面积之和的1.5倍。

4)空冷器入口管道较高，如距离较长，需在中间设置专门管架以支撑管道。

5)湿式空冷器的回水系统为自流管道时，应使管道短，弯头数量少。回水总管应有顺介质流向的坡度，坡度不应小于0.003。

6)空冷器的操作平台上设有半固定蒸汽吹扫接头时，其阀门宜设在易接近处，并应注意蒸汽接头方向，保证安全操作。

3.2 空冷器的管道布置方案

某煤气化项目变换单元选用一组引风式空冷器，空冷器有12个进出口。

空冷器进出口的配管方案有以下几种：

方案一：介质顺物料流向步步低低布置，分为两个集合管，每根集合管上分6个支管自上而下流入6个管口。空冷器出口与进口相似，每根集合管上分6个支管，步步低进入换热器。空冷器进出口配管简图见图1和图2。

图1 方案一空冷器进口配管简图

图2 方案一空冷器出口配管简图

方案二：进出口总管分为两个集合管，每根集合管上的6个支管上升到空冷器进口管口。出口管线步步低流入换热器。进出口配管简图见图3和图4。

图3 方案二空冷器进口配管简图

图4 方案二空冷器出口配管简图

方案三：1根集合管两侧各分6个支管上升到空冷器管口。出口也由12个支管汇入1根集合管流入换热器。进出口配管简图见图5和图6。

图5 方案三空冷器进口配管简图

图6 方案三空冷器出口配管简图

3.3 管道布置方案的比较

对于3种空冷器的管道布置方案，从偏流量、管道支撑、管道用材、管口受力4个方面做比较，通过计算得出结论，见表1。

表 1 三种配管方案的对比

该项目综合考虑之后选择了第三种配管方案，该方案经过

应力计算和工艺的校核，满足空冷器厂家的管口受力要求以及工艺要求，且所需管道材料较少。

4 空冷器管道布置注意事项

(1)空冷器的配管应考虑流体的均匀分配。应将空冷器进出口单线图提给工艺专业，确保满足工艺要求。

(2)空冷器的管道布置，应方便操作及检维修，有足够的空冷器吊装空间。人行通道净空不得低于2.2 m。

(3)出口集合管应尽量布置在平台下方，若空冷器进、出管口装有阀门，应考虑阀门操作，应将阀门布置在平台上方便操作检修的位置。

(4)空冷器进出口管道布置应进行应力计算，保证有足够的柔性。其支架应结合梯子平台的布置综合考虑，空冷器管口荷载应满足厂家提供的管口受力要求。

(5)多组空冷器联合布置时，应在空冷器平台上设有蒸汽和压缩空气的公用物料软管站。

(6)若空冷器入口的总管或集合管布置在空冷器的上方，每组空冷器之间宜保证有足够的间隙，使得空冷器的框架柱子能够上升，便于支撑管道。

(7)引风式空冷器顶部宜设置安全防护设施，保障检修人员的高空作业安全。

5 结束语

根据空冷器的布置及其管道布置要求，结合某煤气化项目中空冷器的管道布置，说明在空冷器的实际管道布置中，应综合考虑流量均匀分配、管道的支撑、管材的使用、工艺的要求和生产厂家的管口受力要求等多方面因素，设计出一种更为经济、合理、实用的管道布置。