淺析高效復(fù)合型空冷器在石化行業(yè)中的應(yīng)用

＊周 超

（中海油氣（泰州）石化有限公司 江蘇 225300）

前言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，冷卻設(shè)備的耗能工業(yè)占比約為13%～15%，而耗水占比則高達(dá)80%。在石化行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)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(jié)垢、難清理、耗水大的問(wèn)題一直難以得到有效的解決。最新石化行業(yè)政策對(duì)冷卻設(shè)備提出了更高的要求，一方面要大幅度提高設(shè)備的換熱效率，減少設(shè)備和占地面積的投資；另一方面推進(jìn)設(shè)備節(jié)能節(jié)水的改造，加快設(shè)備的更新需求。因此研究和推進(jìn)高效復(fù)合型空冷器在石化行業(yè)中的應(yīng)用和推廣，于國(guó)于民有著非常重要的意義。

洛陽(yáng)隆華傳熱節(jié)能股份有限公司生產(chǎn)的新型高效復(fù)合型蒸發(fā)式空冷器將潛熱、換熱和顯熱換熱融為一體，利用循環(huán)水的流動(dòng)將蒸發(fā)式空冷和空冷器進(jìn)行優(yōu)化組合，既能高效的降低工藝介質(zhì)出口溫度，又能有效的降低能耗和水的用量，目前該設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于各石化行業(yè)。

1.國(guó)內(nèi)石化行業(yè)的主要冷換設(shè)備

傳統(tǒng)干式空冷器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便且冷卻介質(zhì)溫度為空氣，可以免費(fèi)使用而被廣泛應(yīng)用。但由于空氣的比熱小，且冷卻過(guò)程中熱量只能實(shí)現(xiàn)一次傳遞，同時(shí)冷卻效果受環(huán)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(zhì)溫度冷卻到50℃左右，冷卻效果受到嚴(yán)重的限制。為了彌補(bǔ)這一不足，高效復(fù)合型蒸發(fā)式空冷器將水冷系統(tǒng)引入干式空冷，在實(shí)現(xiàn)工藝介質(zhì)熱量一次性傳遞的過(guò)程中完成了工藝介質(zhì)、水和空氣之間的無(wú)縫銜接，同時(shí)在整合整個(gè)換熱系統(tǒng)的過(guò)程中使得材料的用量更低，設(shè)備也更加緊湊，大大降低了設(shè)備的運(yùn)輸成本和安裝條件。由于采用了更為先進(jìn)的換熱機(jī)理，使得該型空冷能有效的降低工藝介質(zhì)的冷后溫度，加上該空冷的全封閉安裝，空冷受制于環(huán)境的影響也大大降低。目前該型空冷已被廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)，并取得了良好的口碑和效益。

2.高效復(fù)合型空冷器的工作原理

高效復(fù)合型空冷器是將潛熱、顯熱和換熱融于一體，對(duì)蒸發(fā)式冷卻器和濕式空冷進(jìn)行優(yōu)化組合的一種新型冷卻設(shè)備。該型空冷主要由預(yù)冷換熱部件、蒸發(fā)換熱部件、水循環(huán)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)組成，設(shè)備模塊化制造，不僅方便運(yùn)輸和安裝，而且便于清洗和在線維護(hù)。它在傳統(tǒng)冷卻的方式上進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)：一方面實(shí)現(xiàn)了水的重復(fù)利用，降低了水泵的能耗；二是用水的潛熱來(lái)帶走工藝介質(zhì)的熱量，大幅提高了換熱效率。該型空冷最顯著的特點(diǎn)是工藝介質(zhì)在進(jìn)入濕式空冷器前先進(jìn)入預(yù)冷器進(jìn)行預(yù)冷，預(yù)冷器盤管表面分布有螺旋狀翅片以增加預(yù)冷效果，同時(shí)預(yù)冷器所用的空氣由底部水箱側(cè)面進(jìn)入，與水充分接觸后變得低溫潮濕，進(jìn)一步增加預(yù)冷器的預(yù)冷效果。

高溫介質(zhì)首先從頂部側(cè)面進(jìn)入復(fù)合空冷預(yù)冷器，利用從蒸發(fā)換熱器產(chǎn)生的潮濕空氣對(duì)預(yù)冷器內(nèi)部的高溫介質(zhì)進(jìn)行冷卻，使得高溫介質(zhì)得到第一次冷卻降溫；預(yù)冷后的介質(zhì)再由預(yù)冷器進(jìn)入蒸發(fā)換熱器，底部水箱中的除鹽水經(jīng)由水泵送至蒸發(fā)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(xù)而均勻的水膜，來(lái)對(duì)工藝介質(zhì)進(jìn)行第二次冷卻。高效復(fù)合空冷器頂部的軸流風(fēng)機(jī)將空氣從設(shè)備底部的空氣從側(cè)面的百葉窗吸入，自下而上掠過(guò)蒸發(fā)器管束表面、阻水層和預(yù)冷器翅片管，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器管束表面時(shí)能將噴淋水充分打散，同時(shí)形成負(fù)壓，增加管束表面水膜的汽化速度，強(qiáng)化冷卻效果；經(jīng)過(guò)阻水層，飽和的濕空氣中所含有的水滴被阻擋和收集進(jìn)行重復(fù)利用；而飽和的濕空氣在軸流風(fēng)機(jī)超強(qiáng)風(fēng)力的作用下從設(shè)備上部流出，而流出前再和預(yù)冷器進(jìn)行換熱的過(guò)程中也由于空氣的潮濕而使得預(yù)冷效果被進(jìn)一步加強(qiáng)。

高效復(fù)合空冷整體由多個(gè)模塊組成，模塊之間可以相互替換，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使設(shè)備制造、運(yùn)行、維護(hù)和檢修都大大簡(jiǎn)便。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，模塊可自由組合；檢修過(guò)程中，可按比例減少工作負(fù)荷，相應(yīng)停止部分模塊的工作，進(jìn)行在線不停機(jī)檢修；如果設(shè)備個(gè)別部位存在泄漏，可以將模塊進(jìn)行切斷，對(duì)設(shè)備整體的工作情況影響很小，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)模塊的替換。蒸發(fā)器盤管在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中進(jìn)行了柔性化設(shè)計(jì)，有效的消除了設(shè)備在制造和使用過(guò)程中存在的熱應(yīng)力，盤管可采用多種異型高效換熱管，來(lái)增加管內(nèi)流體的雷諾數(shù)，大大提高了管束的換熱系數(shù)。蒸發(fā)盤管進(jìn)行高溫?zé)峤\防腐處理，能有效的減少管束表面的結(jié)垢現(xiàn)象，在保證較高水質(zhì)的情況下，能保證復(fù)合空冷器的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.高效復(fù)合型空冷器的使用及維護(hù)

(1)設(shè)備的安裝

由于高效復(fù)合空冷器對(duì)空氣的要求較高，所以必須要安裝在周圍環(huán)境有良好通風(fēng)條件的地方，設(shè)備與周圍物體或建筑的最小間距應(yīng)不小于2m，軸流風(fēng)機(jī)出風(fēng)口應(yīng)高于相鄰建筑物1米以上，設(shè)備應(yīng)防止在沒(méi)有熱空氣進(jìn)入的位置。設(shè)備吊裝時(shí)應(yīng)特別注意設(shè)備吊裝的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)必須使用足夠長(zhǎng)的柔性吊具以防止損傷設(shè)備。吊裝設(shè)備分為上箱和下箱，吊裝過(guò)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(jìn)行密封，防止結(jié)合處漏水。

(2)設(shè)備使用前的準(zhǔn)備工作

在初次啟動(dòng)和停機(jī)一段時(shí)間之后再運(yùn)行之前，需徹底檢查和清洗，水箱中的水位應(yīng)處于水箱總高的4/5的位置，水位過(guò)低容易導(dǎo)致機(jī)泵在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)汽蝕，同時(shí)導(dǎo)致噴水量不足，影響空冷效果，且長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)介質(zhì)運(yùn)行還會(huì)造成機(jī)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(jī)；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)機(jī)檢查是否有卡澀現(xiàn)象，每次重新運(yùn)行前檢查浮球閥開、停位置是否正常。設(shè)備水泵啟動(dòng)前，應(yīng)手動(dòng)盤車后再進(jìn)行通電運(yùn)行，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否與水泵殼上箭頭方向一致，在系統(tǒng)進(jìn)行水汽聯(lián)動(dòng)時(shí)，需同時(shí)開啟風(fēng)機(jī)和水泵，以避免因管道溫度過(guò)高使得設(shè)備內(nèi)部部件損壞。

(3)設(shè)備投用

設(shè)備開車運(yùn)行應(yīng)依照先風(fēng)機(jī)后水泵的順序開啟設(shè)備，風(fēng)機(jī)和水泵的啟動(dòng)時(shí)間間隔不少于1min，待風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再將設(shè)備切入系統(tǒng)運(yùn)行。循環(huán)水系統(tǒng)需定期進(jìn)行清理，條件具備的可對(duì)循環(huán)水進(jìn)行微生物殺菌處理，如果不進(jìn)行清理會(huì)滋生藻類等微生物，隨泵進(jìn)入噴淋水系統(tǒng)后會(huì)堵塞噴嘴，從而降低空冷的換熱效率。

(4)設(shè)備停用

設(shè)備停車，應(yīng)依照先水泵后風(fēng)機(jī)的順序停止設(shè)備的運(yùn)行，水泵與風(fēng)機(jī)的停車時(shí)間間隔不得少于2min。冬季在環(huán)境溫度較低的情況下，要做好設(shè)備的防凍凝措施，在可能的情況下盡量使水泵維持運(yùn)行，用變頻風(fēng)機(jī)來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少設(shè)備容量；對(duì)于無(wú)法采用低負(fù)荷進(jìn)行維持的情況，必須將水泵切出，同時(shí)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(tǒng)中出現(xiàn)突發(fā)時(shí)間或者風(fēng)機(jī)/水泵電機(jī)出現(xiàn)故障需要緊急停車時(shí)，可以通過(guò)控制回路中的急停開關(guān)，切斷設(shè)備的電機(jī)控制電源。待故障排除后，依照開車程序投入設(shè)備。

(6)運(yùn)行時(shí)的注意事項(xiàng)

不建議采取停止設(shè)備某臺(tái)風(fēng)機(jī)的方法來(lái)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@樣會(huì)造成風(fēng)的短路而影響設(shè)備的換熱，若采用此方法進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，則應(yīng)采取必要措施避免風(fēng)的短路現(xiàn)象；水泵出口調(diào)節(jié)閥全部打開，并不意味著水泵的工作點(diǎn)和效率達(dá)到最佳。水泵出口調(diào)節(jié)閥除了有對(duì)水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)作用外，還具有調(diào)節(jié)水出口壓力的作用。當(dāng)出口閥門開度過(guò)大時(shí)，會(huì)使水泵工作在超流量狀態(tài)，引起電機(jī)的工作電流過(guò)大而導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱。將出口調(diào)節(jié)閥調(diào)到適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)是電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的保證。

(7)復(fù)合空冷使用過(guò)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(tǒng)采用該類型空冷作為冷卻設(shè)備，裝置于2016年開始投入生產(chǎn)，2021年3月該設(shè)備所在的回收塔負(fù)壓系統(tǒng)出現(xiàn)異常，經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)詳細(xì)排查后確認(rèn)漏點(diǎn)可能出現(xiàn)在復(fù)合空冷內(nèi)部管束上?？紤]到負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)排查的困難程度，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合空冷每一個(gè)分路管線出口溫度進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)在該空冷最東側(cè)一組的最北面一個(gè)出口溫度明顯偏低，經(jīng)過(guò)共同分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的最大可能就是漏點(diǎn)產(chǎn)生的氣阻，導(dǎo)致工藝介質(zhì)在經(jīng)過(guò)這段管束時(shí)形成偏流?？创按蜷_后，經(jīng)過(guò)仔細(xì)查找，果然在最內(nèi)層的一根管束的上U型彎段發(fā)現(xiàn)一個(gè)拇指大小的漏點(diǎn)。后經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)該漏點(diǎn)處外側(cè)管壁并無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象，由此推斷該漏點(diǎn)為內(nèi)部工藝介質(zhì)沖刷腐蝕所致。由于漏點(diǎn)出現(xiàn)的位置較為靠?jī)?nèi)，可操作空間很小，且漏點(diǎn)附近的管壁也變得很薄，給現(xiàn)場(chǎng)堵漏工作帶來(lái)了一定的難度，在經(jīng)過(guò)專業(yè)堵漏人員現(xiàn)場(chǎng)精心操作后，漏點(diǎn)最終被有效堵住。從該案例可以分析得看出高效復(fù)合型空冷在實(shí)際使用過(guò)程中，管束內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)由氣相變?yōu)橐合嗟南嘧冞^(guò)程，該過(guò)程在介質(zhì)進(jìn)入復(fù)合空冷蒸發(fā)段管束時(shí)尤為明顯，所形成的氣液混合相介質(zhì)在高速流動(dòng)下對(duì)U型管的彎管內(nèi)壁形成持續(xù)沖刷，從而造成管壁不斷減薄出現(xiàn)泄漏。綜上，高效復(fù)合空冷在使用過(guò)程中匯聚了各種冷卻設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，但在出現(xiàn)問(wèn)題的情況下由于其結(jié)構(gòu)緊湊，給問(wèn)題的解決也帶來(lái)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(duì)該型空冷內(nèi)部管束，尤其是U型彎處的管壁進(jìn)行厚度監(jiān)測(cè)，防止沖刷腐蝕造成的漏點(diǎn)出現(xiàn)。

4.結(jié)語(yǔ)

高效復(fù)合型空冷器與傳統(tǒng)干式空冷器相比有投資小、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，換熱效率高。目前該技術(shù)的推廣應(yīng)用已經(jīng)得到了國(guó)內(nèi)各大石化企業(yè)的一致認(rèn)可，對(duì)解決石油化工行業(yè)污染治理、清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排工作起到了積極的作用。隨著全球變暖的進(jìn)程逐步加快，高效復(fù)合型蒸發(fā)式冷卻器將具有更好的推廣和應(yīng)用前景。