浅谈热风循环空冷器

(陕西海通化工机械有限公司， 陕西 西安 710086)

浅谈热风循环空冷器

郭俊峰

(陕西海通化工机械有限公司， 陕西 西安 710086)

在严寒冬季，因各种原因，会使空冷器换热管内某些介质凝结而破环空冷器，需对空冷器采取防冻措施，热风循环能很好解决此类问题。简单介绍了热风内循环和热风外循环空冷器的运行原理、结构特点及其优缺点，提出了空冷器制造要求及安装要求。

空冷器； 热风循环； 运行原理； 结构特点； 制造； 安装

空冷器在高寒地区使用过程中，因气温较低，被冷却介质的冷后温度往往会超过介质的凝固点导致介质在管内凝结。一些凝固点或倾点较高的工艺介质，经空冷器后可能会在低于这些物质的临界点时凝固。某些物质的水化合物在低于一定温度时会引起结晶。这些介质在空冷器管内凝结，不但会阻断工艺介质的流动，同时还会胀裂换热管造成对设备的破坏[1-6]。

对于这样的使用工况，设计空冷器时须考虑采用热风循环空冷器进行防冻处理[2，3，7-10]。热风循环分为内循环和外循环两种，共同点是构架周围有风墙板，使从管束上部出来的热风不与外界冷空气接触，热风在管束之间流通起来，形成内部空气循环，提高风机空气入口温度，在管束下方配有蒸汽加热排管。文中对两种热风循环空冷器的结构特点、运行原理等进行探讨。

1 热风内循环空冷器

1.1运行原理

热风内循环空冷器运行分夏季运行和冬季运行两种方式。夏季运行时，2个风机都向上送风，侧百叶窗和顶上的通风百叶窗均为打开状态，与一般水平空冷器运行情况相同。冬季运行时，侧百叶窗与顶上的通风百叶窗均为关闭状态，开启蒸汽加热排管，1台风机向上鼓风，另外1台风机向下引风，引出的热风与空冷器下部周围空气混合，再被向上鼓风的风机吸入，从而达到在空冷器风箱内部形成热风循环的目的。

1.2结构特点

热风内循环空冷器结构示意见图1。其占地面积与干式水平空冷器基础尺寸一样，但高度要高于水平式空冷器，主要是管束上部有一封闭通风道。

图1 热风内循环空冷器结构示图

使用热风内循环空冷器是要达到冬季热风循环的效果，避免冬季运行时热风向外泄漏，而且其内部要自然形成一个热风循环的通风道。设计时首先要考虑空冷器的箱体密封性，还应考虑运输以及现场的安装方便，各部件(风墙板、风机检修平台、地板)的尺寸不得大于2.8 m×5 m，还需考虑刚度要求。相邻风墙之间要有挡风板条，目的是防止漏风和安装方便。

立柱设计高度在8 m左右，这样下部的地板距基础距离为0.5 m，内部设置风机检修平台，侧百叶窗要达到进风量的设计要求。风机安装高度在3.5 m较为合适，在管束两端均设置有侧百叶窗，留1.5 m宽的检修门后，侧百叶窗布满其侧面宽度。管束安装高度在5 m较为适宜，上部通风道高度应大于1.6 m。顶部的百叶窗与管束的外形尺寸一致。

管束(及加热排管)中间翅片管之间需有挡风板，避免热风不经过管束上面的通道，直接沿管束横向流过，以降低空冷器的换热效果。根据位置可以并排放置多组空冷器，但每组空冷器均为独立的热风内循环系统。

2 热风外循环空冷器

2.1运行原理

热风外循环空冷器运行同样分为夏季运行和冬季运行两种方式。夏季运行时风机都向上送风，侧百叶窗和顶上的通风百叶窗均为打开状态，旁路百叶窗关闭，与一般水平空冷器运行相同。冬季运行时，侧百叶窗与顶上的通风百叶窗均为关闭状态，开启蒸汽加热排管，打开旁路百叶窗，使从管束上部出来的热风沿通风道向下流动，后到达风机底部，从而形成一个封闭的热风循环通道[4]。如果对自动化要求高，可以考虑采用自调百叶窗、变频调速风机，在介质的出口位置设温度传感器，根据介质出口温度高低自动控制百叶窗的开关量、风机的转速，以达到需要的介质出口温度。

2.2结构特点

热风外循环空冷器与内循环空冷器的本质区别在于，内循环在管束顶部形成循环通风道，而外循环要靠外部增加风道和管束一起形成一个热风流通的通风道。热风外循环空冷器示意图见图2。

图2 热风外循环空冷器结构示图

使用热风外循环空冷器的目的是要达到冬季热风循环的效果，避免冬季运行时热风向外泄漏，而且依靠外侧通风道和管束自然形成一个热风循环的通风道。通风道宽度一般为1.8～2 m，中间位置设置有旁路百叶窗，旁路百叶窗长度与管束长度相同。热风外循环空冷器只能每2组并排放置在一起，通风道设置在两侧，但每组空冷器是独立的热风外循环系统。

2013年我公司为山东某炼油单位DAO罐区制作了两套热风外循环空冷器，冷却器型号为FRJP9x16B/K-36/2F，为一开一闭联合构架，单台中心线为8 700 mm×6 200 mm，加上两侧的通风道，其基础尺寸为8 700 mm×(1 800+6 200+6 200+1 800)mm。侧百叶窗为8台SC3×2.5，旁路百叶窗为2台SC9×1.8，顶部通风百叶窗为4台SC9×3，管束4台，加热排管4台，风机4台，构架高度为8 m。在每组热风循环通风道的内侧(靠近风机)侧板下部需设置高度为800 mm的热风导流板，以便热风能够顺利进入风机，不产生死角。

产品设计制造完成之后交付用户使用，要求用户严格按照热风循环空冷器使用说明书操作。在夏季最热月开启夏季工况模式，介质的出口温度能够确保其设计值。而在寒冷冬季则开启冬季工况模式，空冷器运行平稳，没有出现运行过程中介质凝结的现象。

3 两种热风循环空冷器比较

相对于一般的水平鼓风式空冷器，热风循环空冷器有诸多优点，克服了许多冬季应用空冷器的局限。两种热风循环空冷器各有优缺点，见表1[1，4，5]。

表1 两种热风循环空冷器比较

4 热风循环空冷器制造要求

要求整套热风内(外)循环空冷器密封性好、保温、不允许漏风。其加工精度要求较高，制造过程中应严格按图样加工，并将尺寸误差控制在允许范围内。 各部件之间的连接孔间距误差小于1.5 mm，外形尺寸误差小于2 mm，各风墙板、门板、底板的平整度误差小于5 mm，对角线误差小于4 mm。管束、加热排管、百叶窗等组件各连接部位孔允许误差应小于3 mm且平整[11-17]。

有些零部件，如构架立柱、横梁、管束侧梁、加热排管侧梁、百叶窗侧梁等尺寸较大，在加工中需特别注意其直线度，以保证安装顺利进行。

百叶窗起到热风循环的进风、阻挡等作用，是最容易漏风的地方，制作精度要求更高。从侧梁、叶片下料折边开始，就要严格控制其尺寸，需用数控折边机折边，以保证折边的统一性以及准确性。侧梁、拉杆的开孔数目比较多，划线钻孔时，要保证相邻开孔孔距的误差，还需要控制整条线上的孔距误差。叶片轴套采用聚四氟乙烯材质加工，要使其开启方便、关闭严实，叶片相互压合严密，关闭时不能有1%的漏风。

应当在制造工厂进行热风循环空冷器的预组装，检查各部件的制作是否符合设计要求，各部件的误差是否在允许范围内，并且相应标记好各部件的位置。

5 热风循环空冷器安装要求

安装热风循环空冷器时，先检查现场的立柱基础是否按图样设计，按在工厂标记的各部件位置将各部件放置在合适的平台处，将立柱用地脚螺栓连接于平台基础上，用横梁将各立柱连接成一个框架，测量各相关尺寸，如在允许范围内，可以将各螺栓拧紧。之后安装下侧板、端板和底板，用螺栓连接固定。应先将设备内部的风机检修平台放置在框架内部，再吊装风机顶板、直梯、中间端板、支撑角钢、风筒和风机等，检查各部件安装是否符合图样要求，然后将加热排管和管束、顶部百叶窗安装就位。最后安装侧百叶窗、检修门和风墙板[4]。

若安装之后热风循环空冷器各部件有间隙大于5 mm的地方，需要用扁钢、角钢进行补焊。对于间隙小于5 mm的部位，采用环氧树脂、泡沫橡胶堵塞，安装完毕之后不能出现有缝隙处，这样才能保证设备在冬季运行时内部的热风与外部的冷空气不产生对流。

6 结语

热风循环空冷器解决了空冷器在高寒地区冬季使用时介质易凝结的问题，在这些高寒地区，冬季可以照常使用空冷器来冷却各类介质，使空冷器使用不再受地域的限制、影响。设计者可以根据占地面积、费用高低及使用要求等因素设计出合理的热风循环空冷器，以满足工艺的要求。制造者须严格按图样进行加工，控制误差，以制造出合格的热风循环空冷器。

[1] 赖周平，张荣克.空气冷却器[M].北京：中国石化出版社，2010：337-342.

(LAI Zhou-ping，ZHANG Rong-ke. Air Cooler[M].Beijing：China Petrochemical Press Co. Ltd.，2010：337-342.)

[2] 马义伟.空冷器设计及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998：116-119.

(MA Yi-wei. Design and Application of the Air Cooler[M].Harbin：Harbin Institute of Technology Press，1998：116-119.)

[3] 马义伟.寒冷地区空冷器的几个设计问题[J].石油炼制与化工，1997(4)：25-29.

(MA Yi-wei. A Few Design Problems of Air Cooler in Cold Region[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals，1997(4)：25-29.)

[4] 张安.热风循环式空冷器简介[J].石油化工设备，1997，26(3)：50-51.

(ZHANG An. Hot Air Circulation Air Cooler[J].Petro-chemical Equipment，1997，26(3)：50-51.)

[5] 吕志元.热风循环式空冷器的研制及应用[J].石油炼制与化工，1988(1)：39-46.

(LU Zhi-yuan. Development and Application of Hot Air Circulating Air Cooler[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals，1988(1)：39-46.)

[6] 林宝森.空冷器的防冻设计[J].应用能源技术，2010(4)：12-15.

(LIN Bao-sen. Frost-proof Design of Air Cooler[J]. Applied Energy Technology，2010(4)：12-15.)

[7] 颜廷忠.空冷器防冻技术创新[J].中国化工贸易，2015(11)：128.

(YAN Ting-zhong. Anti Freezing Technology Innovation of Air Cooler[J]. China Chemical Trade，2015(11)：128.)

[8] 王曼莉.高寒地区空冷器的选型[J].商品与质量：学术观察，2011(8)：94.

(WANG Man-li.Type Selection of Air Cooler in High Cold Region[J]. The Merchandise and Quality： Academic Observation，2011(8)：94.)

[9] 褚良.空冷器在高寒地区空分装置中的应用[J].内蒙古石油化工，2009(12)：24-25.

(CHU Liang.Application of Air Separation Plant Air Cooler in Cold Area[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry，2009(12)：24-25.)

[10] 张荣克.热风循环湿式空气冷凝冷却器[J].石油炼制与化工，1997(9)：63-64.

(ZHANG Rong-ke. Hot Air Circulation Wet Air Condensation Cooler[J]. Petroleum Processing and Petrochemicals，1997(9)：63-64.)

[11] 宋虎堂.空冷器管束设计制造中的几个问题[J].化工设备与管道，1999(1)：24-26.

(SONG Hu-tang. Several Problems in Design and Manufacture of Air Cooler Bundle[J]. Chemical Equipment and Piping，1999(1)：24-26.)

[12] NB/T 47007—2010，空冷式热交换器[S].

(NB/T 47007—2010，Air-cooled Heat Exchangers[S].)

[13] 陈晓环.对空冷器管束结构设计、制造、检验问题的探讨[J].中国新技术新产品，2012(24)：179.

(CHEN Xiao-huan. Structure Design，Manufacture and Test Question Discussion about Air Cooler Bundle[J]. China’s New Technology and New Product，2012(24)：179.)

[14] 翟玉萍.空冷器的工艺设计[J].中国科技纵横，2015(7)：68.

(ZHAI Yu-ping.Process Design of Air Cooler[J]. China Science & Technology Panorama Magazine，2015(7)：68.)

[15] 丁爱华，马振明.空冷器的工艺参数与布置设计[J].广州化工，2013，41(6)：136-137.

(DING Ai-hua，MA Zhen-ming. The Process Parameters and Layout Design of Air Cooler[J]. Guangzhou Chemical Industry，2013，41(6)：136-137.)

[16] 张国信.采用NS1402耐蚀材料加氢高压空冷器的设计制造及要求[J].炼油技术与工程，2011，41(6)：19-25.

(ZHANG Guo-xin. Design and Fabrication of High-pressure Air Cooler Using NS1402 Corrosion-resistant Material[J]. Petroleum Refinery Engineening，2011，41(6)：19-25.)

[17] 李春兰，王增新，陆建英，等. Incoloy 825材质高压空冷器制造[J].石油化工设备，2010，39(1)：60-63.

(LI Chun-hua，WANG Zeng-xin,LU Jian-ying,et al. Manufacture of Incoloy825 Material Used in High-pressure Vessel of Large-diameter and Thicker Wall[J]. Petro-chemical Equipment，2010，39(1)：60-63.)

(张编)

IntroductionontheHotAirCirculationAirCooler

GUOJun-feng

(Shaanxi Haitong Chemical Machinery Co. Ltd.， Xi’an 710086， China)

In the chiller winter，some mediums could be caused by different elements to be coagulated in the hot rods，thus destroy the air cooler. In a result，some actions are needed to take to protect the air cooler from freezing，just like the hot air circulation is a fine method to solve such problems. The running principle，structural features，pros and cons，fabrication requirments and installation requirements of the hot air inside and outside circulation cooler in brief are introduced.

air cooler； hot air circulation； running principle； structure feature； fabrication； installation

TQ051.5； TE965

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.015

1000-7466(2017)02-0068-04

2016-09-26

郭俊峰(1974-)，男，陕西西安人，工程师，学士，主要从事空冷器设计研究工作。