浅析高效复合型空冷器在石化行业中的应用

＊周 超

（中海油气（泰州）石化有限公司 江苏 225300）

前言

据不完全统计，冷却设备的耗能工业占比约为13%～15%，而耗水占比则高达80%。在石化行业的生产过程中，传统干式空冷器能耗大，占地面积大，且翅片管难于清理，水冷器易结垢、难清理、耗水大的问题一直难以得到有效的解决。最新石化行业政策对冷却设备提出了更高的要求，一方面要大幅度提高设备的换热效率，减少设备和占地面积的投资；另一方面推进设备节能节水的改造，加快设备的更新需求。因此研究和推进高效复合型空冷器在石化行业中的应用和推广，于国于民有着非常重要的意义。

洛阳隆华传热节能股份有限公司生产的新型高效复合型蒸发式空冷器将潜热、换热和显热换热融为一体，利用循环水的流动将蒸发式空冷和空冷器进行优化组合，既能高效的降低工艺介质出口温度，又能有效的降低能耗和水的用量，目前该设备已被广泛应用于各石化行业。

1.国内石化行业的主要冷换设备

传统干式空冷器由于结构简单、制造方便且冷却介质温度为空气，可以免费使用而被广泛应用。但由于空气的比热小，且冷却过程中热量只能实现一次传递，同时冷却效果受环境因素影响较大，正常情况下干式空冷器最多只能将工艺介质温度冷却到50℃左右，冷却效果受到严重的限制。为了弥补这一不足，高效复合型蒸发式空冷器将水冷系统引入干式空冷，在实现工艺介质热量一次性传递的过程中完成了工艺介质、水和空气之间的无缝衔接，同时在整合整个换热系统的过程中使得材料的用量更低，设备也更加紧凑，大大降低了设备的运输成本和安装条件。由于采用了更为先进的换热机理，使得该型空冷能有效的降低工艺介质的冷后温度，加上该空冷的全封闭安装，空冷受制于环境的影响也大大降低。目前该型空冷已被广泛应用于石化行业，并取得了良好的口碑和效益。

2.高效复合型空冷器的工作原理

高效复合型空冷器是将潜热、显热和换热融于一体，对蒸发式冷却器和湿式空冷进行优化组合的一种新型冷却设备。该型空冷主要由预冷换热部件、蒸发换热部件、水循环系统和引风系统组成，设备模块化制造，不仅方便运输和安装，而且便于清洗和在线维护。它在传统冷却的方式上进行了两方面的改进：一方面实现了水的重复利用，降低了水泵的能耗；二是用水的潜热来带走工艺介质的热量，大幅提高了换热效率。该型空冷最显著的特点是工艺介质在进入湿式空冷器前先进入预冷器进行预冷，预冷器盘管表面分布有螺旋状翅片以增加预冷效果，同时预冷器所用的空气由底部水箱侧面进入，与水充分接触后变得低温潮湿，进一步增加预冷器的预冷效果。

高温介质首先从顶部侧面进入复合空冷预冷器，利用从蒸发换热器产生的潮湿空气对预冷器内部的高温介质进行冷却，使得高温介质得到第一次冷却降温；预冷后的介质再由预冷器进入蒸发换热器，底部水箱中的除盐水经由水泵送至蒸发器换热管上方的喷淋装置中，最后由喷嘴将除盐水均匀的洒在换热管表面，在换热管表面形成连续而均匀的水膜，来对工艺介质进行第二次冷却。高效复合空冷器顶部的轴流风机将空气从设备底部的空气从侧面的百叶窗吸入，自下而上掠过蒸发器管束表面、阻水层和预冷器翅片管，经过蒸发器管束表面时能将喷淋水充分打散，同时形成负压，增加管束表面水膜的汽化速度，强化冷却效果；经过阻水层，饱和的湿空气中所含有的水滴被阻挡和收集进行重复利用；而饱和的湿空气在轴流风机超强风力的作用下从设备上部流出，而流出前再和预冷器进行换热的过程中也由于空气的潮湿而使得预冷效果被进一步加强。

高效复合空冷整体由多个模块组成，模块之间可以相互替换，模块化的结构设计使设备制造、运行、维护和检修都大大简便。根据现场实际需求，模块可自由组合；检修过程中，可按比例减少工作负荷，相应停止部分模块的工作，进行在线不停机检修；如果设备个别部位存在泄漏，可以将模块进行切断，对设备整体的工作情况影响很小，同时可以实现模块的替换。蒸发器盘管在设计制造过程中进行了柔性化设计，有效的消除了设备在制造和使用过程中存在的热应力，盘管可采用多种异型高效换热管，来增加管内流体的雷诺数，大大提高了管束的换热系数。蒸发盘管进行高温热浸锌防腐处理，能有效的减少管束表面的结垢现象，在保证较高水质的情况下，能保证复合空冷器的长周期运行。

3.高效复合型空冷器的使用及维护

(1)设备的安装

由于高效复合空冷器对空气的要求较高，所以必须要安装在周围环境有良好通风条件的地方，设备与周围物体或建筑的最小间距应不小于2m，轴流风机出风口应高于相邻建筑物1米以上，设备应防止在没有热空气进入的位置。设备吊装时应特别注意设备吊装的刚度和强度，同时必须使用足够长的柔性吊具以防止损伤设备。吊装设备分为上箱和下箱，吊装过程上箱放在下箱之上，上下箱之间用专用的阻燃密封胶带进行密封，防止结合处漏水。

(2)设备使用前的准备工作

在初次启动和停机一段时间之后再运行之前，需彻底检查和清洗，水箱中的水位应处于水箱总高的4/5的位置，水位过低容易导致机泵在运行过程中出现汽蚀，同时导致喷水量不足，影响空冷效果，且长时间的无介质运行还会造成机械密封的损坏。检查喷头是否有损坏，如果有损坏需更换后方可开机；手动转动风机检查是否有卡涩现象，每次重新运行前检查浮球阀开、停位置是否正常。设备水泵启动前，应手动盘车后再进行通电运行，检查转动方向是否与水泵壳上箭头方向一致，在系统进行水汽联动时，需同时开启风机和水泵，以避免因管道温度过高使得设备内部部件损坏。

(3)设备投用

设备开车运行应依照先风机后水泵的顺序开启设备，风机和水泵的启动时间间隔不少于1min，待风机和水泵运转正常后，再将设备切入系统运行。循环水系统需定期进行清理，条件具备的可对循环水进行微生物杀菌处理，如果不进行清理会滋生藻类等微生物，随泵进入喷淋水系统后会堵塞喷嘴，从而降低空冷的换热效率。

(4)设备停用

设备停车，应依照先水泵后风机的顺序停止设备的运行，水泵与风机的停车时间间隔不得少于2min。冬季在环境温度较低的情况下，要做好设备的防冻凝措施，在可能的情况下尽量使水泵维持运行，用变频风机来控制风机转速，减少设备容量；对于无法采用低负荷进行维持的情况，必须将水泵切出，同时将水泵除盐水排尽以防止水泵被冻坏。

(5)紧急停车

如遇到系统中出现突发时间或者风机/水泵电机出现故障需要紧急停车时，可以通过控制回路中的急停开关，切断设备的电机控制电源。待故障排除后，依照开车程序投入设备。

(6)运行时的注意事项

不建议采取停止设备某台风机的方法来进行风量调节，因为这样会造成风的短路而影响设备的换热，若采用此方法进行风量调节，则应采取必要措施避免风的短路现象；水泵出口调节阀全部打开，并不意味着水泵的工作点和效率达到最佳。水泵出口调节阀除了有对水量进行适当的调节作用外，还具有调节水出口压力的作用。当出口阀门开度过大时，会使水泵工作在超流量状态，引起电机的工作电流过大而导致电机发热。将出口调节阀调到适当的状态是电机长期稳定运行的保证。

(7)复合空冷使用过程中的典型案例分析

中海油气（泰州）石化有限公司芳烃抽提装置芳烃抽提单元回收塔系统采用该类型空冷作为冷却设备，装置于2016年开始投入生产，2021年3月该设备所在的回收塔负压系统出现异常，经过对整个系统详细排查后确认漏点可能出现在复合空冷内部管束上。考虑到负压系统漏点排查的困难程度，同时根据现场复合空冷每一个分路管线出口温度进行比对后发现在该空冷最东侧一组的最北面一个出口温度明显偏低，经过共同分析出现这一现象的最大可能就是漏点产生的气阻，导致工艺介质在经过这段管束时形成偏流。看窗打开后，经过仔细查找，果然在最内层的一根管束的上U型弯段发现一个拇指大小的漏点。后经仔细观察发现该漏点处外侧管壁并无明显腐蚀现象，由此推断该漏点为内部工艺介质冲刷腐蚀所致。由于漏点出现的位置较为靠内，可操作空间很小，且漏点附近的管壁也变得很薄，给现场堵漏工作带来了一定的难度，在经过专业堵漏人员现场精心操作后，漏点最终被有效堵住。从该案例可以分析得看出高效复合型空冷在实际使用过程中，管束内部会出现一个由气相变为液相的相变过程，该过程在介质进入复合空冷蒸发段管束时尤为明显，所形成的气液混合相介质在高速流动下对U型管的弯管内壁形成持续冲刷，从而造成管壁不断减薄出现泄漏。综上，高效复合空冷在使用过程中汇聚了各种冷却设备的优点，但在出现问题的情况下由于其结构紧凑，给问题的解决也带来了不小的困扰，所以使用厂家在条件允许的情况下最好定期对该型空冷内部管束，尤其是U型弯处的管壁进行厚度监测，防止冲刷腐蚀造成的漏点出现。

4.结语

高效复合型空冷器与传统干式空冷器相比有投资小、结构紧凑，占地面积小，换热效率高。目前该技术的推广应用已经得到了国内各大石化企业的一致认可，对解决石油化工行业污染治理、清洁生产和节能减排工作起到了积极的作用。随着全球变暖的进程逐步加快，高效复合型蒸发式冷却器将具有更好的推广和应用前景。