空冷器设备及管道布置要点分析

孟 卉

(中石化宁波工程有限公司 工艺安装室， 浙江 宁波 315103)

空冷器设备及管道布置要点分析

孟 卉

(中石化宁波工程有限公司 工艺安装室， 浙江 宁波 315103)

从实际项目出发并结合行业标准规范的规定对空冷器的布置的多个要点进行探讨分析，并结合空冷器进出口管系的特点，重点剖析管道的防偏流且满足应力计算要求的布置类型。

空冷器；管道布置；防偏流；应力计算

空冷器在水源匮乏的地区是主要的冷换设备，其具有节水、环保的优点，已被广泛应用。为达到较好的冷却效果，空冷器一般都多个成组布置。

石油化工装置中常见的空冷器按管束布置方式可分为水平式和斜顶式；按通风方式可分为鼓风式(风机在管束下侧)和引风式(风机在管束上侧)；按冷却方式可分为干式、湿式和干湿联合式；按管程数分单管程(进出管口位于空冷器两侧)和双管程(进出管口位于空冷器同一侧)。

1 空冷器的设备布置

空冷器一般布置在管廊的顶层，或成组布置在独立的构架上，布置空冷器时应满足国家和石化标准对其布置的一般要求，注意与其他设备及构筑物的净空和净距，并考虑吊装及管束和电机的检修需要。

1.1 空冷器布置应避免热风循环

空冷器是利用空气冷却管内介质的冷换设备，空冷器入口处的空气温度对其工作性能有很大影响，避免热风循环对空冷器的布置尤为重要[1]。

为了减少或避免受温度较高设备的影响，空冷器应布置在装置全年最小频率风向的下风向。

多台空冷器应成组布置，其间不留间隙。多组同类型空冷器若受条件限制不能一起布置时，多组空冷器应布置在同一高度，或采取其它防止热风循环的措施。

引风式空冷器与鼓风式空冷器不宜混合布置，须混合布置时，应使引风式空冷器的管束同鼓风式空冷器的风扇标高基本平齐，另外，应将引风式空冷器布置在鼓风式空冷器的全年最小频率风向的下风侧[2]。

1.2 空冷器平(竖)布置及梯子平台的设置

空冷器的选型应首先考虑将空冷器布置在管廊或构架上的尺寸要求。为使布置合理，水平式空冷器本体构架柱脚跨度尽量与下部支撑构架跨度一致，以利于进出口管道、平台的布置、设计及下部支撑结构(管廊)的受力。同时空冷器布置时应考虑到其管道布置的特殊要求，对于塔顶到空冷器的气液管道，应步步低布置，不应出现U 形弯，管道要尽量短，并且在进行竖面布置时要合理确定从塔顶到空冷器再到冷换构架的高差。在空冷器布置时要适当规划管道，在保证空冷器进出口各总管对称、满足应力要求的前提下确定空冷器相对于塔或后冷的平面位置。

在空冷器构架的四周均要设800～1200mm宽的连通平台，方便操作和检修，进出口管箱侧设阀门时，平台可适当加宽。平台高度一般低于管箱底面约600～800mm，应保证能操作到空冷器进口管道上的阀门。整个空冷器构架平台应设置不少于两个通往地面的梯子，最好采用斜梯，梯子间距应符合规范要求。当空冷器附近有框架平台时，应考虑设置连通通道。见图1。

图1 成组布置的空冷器平面图

2 空冷器的管道布置

首先，管道布置设计应符合工艺管道及仪表流程图的要求；空冷器的管道布置，除应执行本规定外，还应符合空冷器制造厂的安装技术要求；空冷器进、出管道不宜出现袋形；空冷器周围的管道布置不应影响空冷器的检修及管束的吊装。应根据制造商资料确认空冷器本体的操作、检修、进风、出风、管束的吊装区域及空间，在管道布置时予以考虑。

空冷器入口管道步步低时，多采用支管增加立“π”的布置方式来增加管系的柔性。管道布置时，应特别注意空冷器是鼓风式还是引风式。

鼓风式空冷器，鼓风式风机在管束下部，其上部空旷，有总够的空间，可将集合管布置在上部并支撑在空冷器的本体构架上。详见图2。

图2 鼓风式空冷器管道布置

引风式空冷器风机在管束上方，管束上部空间被风机占据，管道集合管和π弯只能布置在空冷器平台上方，在满足人员同行和操作的前提下利用平台构架支撑，详见图3。

图3 引风式空冷器管道布置

从塔顶出至空冷器管道一般温度较高，高差较大，通常会在每个入口分支管设立式π形弯，以满足管道的柔性要求，减少空冷器管口受力。若在空冷器平台上方布置管道时，净空应不小于2.2m。进出口设阀门时，宜将阀门手轮朝向平台侧并倾斜一定角度，便于操作和通行畅通。

2.1 防偏流

空冷器一般都多台成组布置。由于气液两相流会引起管道的振动和破坏。当空冷器出入口没有阀门控制或为两相流时，管道须对称布置，使各组空冷器流量均匀。且进出口汇集管不应缩径，另外，在分支前的主管应具有一定的直管，使其能等量分配物流，保证传热效果。气液两相流的管道由一路分为两路或多路时，管道应对称布置，且进口管道不应出现“液袋”。

并联的对称管道布置通常是将一根主管分成数根，在空间允许的情况下，为不产生偏流使各分支管的流量相等，分支后的支管形状相同或为对称型，以形状尺寸相同为原则。

当配管空间不足时，可采用集合管的方式均匀分配流量。集合管的截面积应按与其联接的各支管截面积之和的1.5倍考虑。当管箱上有四个以下管口时，可从管箱一侧进料；当管箱上有四～六个管口时，从管箱中间进料；当管口多于六个时，需先分两股进入，见图4。

图4 六个以上管口时管道布置

另外，为了能使流体等流量进入各片空冷器，分支前的主管应设至少一倍管内径长的直管段[3]。

当使用阀门来调节流入空冷器的流量时，管线可以不用对称布置，但是管内要有足够的压降，并要采用旋塞或碟阀来调节流量。在确保流量被均匀分配上，阀门控制的效果远不及管线对称布置可靠，因此除非必须，尽量不选用阀门调节流量的分配。空冷器进出口管线上一般不设置切断阀。

无论何种布置方式都应将完整的空冷器进口和出口管道布置图提供给工艺专业，以便确认该管道的布置是否满足工艺要求。

有气液两相的入口集合管下方，可设置停工排液管道接至空冷器出口管道上。

2.2 布置应满足应力要求和制造商的管口受力要求

首先，管道对空冷器管口的作用力和力矩应符合制造厂或国家标准的要求。其次，管道布置应具有必要的柔性，在保证管道柔性及管道对设备管口作用力和力矩不超过允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少，为了节省管道的材料，降低管道的阻力降，便于管道支吊架的设置，空冷器进口集合管应靠近空冷器管口布置，如果由于应力或安装的要求，出口集合管可不靠近空冷器管口布置。

与空冷器管口相接的管道必须进行详细应力计算，在布置上应有足够的柔性。其支架必须按应力分析结果进行设置。当制造厂未提供允许值时，可按API661 的2 倍值进行。空冷器的管嘴不能承受过大的应力，否则容易发生泄露，所以作用在管嘴上的管线和热胀应力之和不得超过制造厂规定的应力范围，如超过时，可考虑增加入口管部分的柔性，若管道布置满足应力要求有困难时，(管口受力不能超出其耐受力范围太多)可将应力计算的管口受力值及时反馈给供货商，让其对管口进行加强处理。

2.3 其他要求

管道布置时要留出电缆汇线槽的位置。电缆汇线槽宜从风机检修平台下的管廊中部的适当位置引入，以避免进、出管廊的管道与其碰撞。

空冷器本体结构一般架构在工艺装置的整体框架或管廊上，空冷器柱脚与钢结构连接时一般采用栓接方式，柱脚螺栓孔位置及每个柱脚对支撑框架的各种荷载(如静荷载、风荷载、地震组合荷载、活荷载等)数据尽早提给土建专业，以便土建专业对整个构架的设计和核算。

3 管道支架的设置

关于管道支撑：空冷器入口管道较高，如距离较长，往往需在中间设置专门的管架以支承管道；如管道根数不多，在工艺允许情况下，可用放大管径的办法来取消中间专用管架或由空冷器的构架本身来支承；但一般很少这样做，如果必须支承时，应注意不影响管束的检修，且在空冷器构架受力允许范围内。

当空冷器构架尺寸较大时，为从管廊顶部升起立柱预留足够的空间(避免与空冷器检修平台相碰)用来支撑入口总管和集合管，必要时应考虑将下面的管廊宽度增加，减少悬挑长度。若满足管道应力的条件下，附近构筑物无法实现空冷器管道的支撑，也可在设备上设立支架，须提交供货商确认并在空冷器上设预焊件或支架形式整体制造，见图5。

图5 空冷器构架尺寸较大时管道布置

4 结论

空冷器的设备布置除了要按照流程布置并遵循相关标准和防火规范的要求外，主要是在布置空冷器时应尽量避免热风循环，同时应考虑各种类型的空冷器布置时对管道布置的影响及梯子平台的衔接问题。

空冷器的管道布置主要应考虑管道的对称布置，两相流管道的布置是空冷器管道设计的核心和难点，应根据工艺包商及工艺专业的技术要求来进行设计。由于空冷器管口受力要求较苛刻，要充分考虑管道的柔性和支撑问题，特别是高温高压管道，需要在空冷器本体上设置管道支架时应积极与制造商沟通协商，同时在合理规划管道的前提下应满足通行、操作和检修的需要。

[1] 李 诚.浅谈空气冷却器在化工领域中的应用[J]. 化工设备与管道, 2002 , 39 (5) :22-23.

[2] 郑志伟, 朱大亮,王 辉,等.空冷器的设备及管道布置[J].化工设计, 2014, 24(3): 30-33.

[3] 张德姜, 王怀义. 石油化工装置工艺管道安装设计手册[M].北京：中国石化出版社. 2005.

(本文文献格式：孟 卉 .空冷器设备及管道布置要点分析[J].山东化工，2017，46(10)：147-149.)

2017-04-01

孟 卉(1983—)，浙江宁波人，工程师，从事化工设计。

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