石油化工裝置空冷器的布置與管道設(shè)計(jì)

于暢 中藍(lán)長(zhǎng)化工程科技有限公司

化工裝置中空冷器及其管道的合理布置方案是保證設(shè)備換熱效率，裝置安全可靠運(yùn)行的前提。隨著裝置的大型化，新建化工裝置通常都有裝置布置緊湊，配管空間緊張，對(duì)裝置布置及管道設(shè)計(jì)要求更高?；ぴO(shè)計(jì)院的裝置及管道布置專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中，要做到滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、工藝流程、符合廠家要求、保證生產(chǎn)安全，還要做到布置的整體美觀、方便檢修及日常操作等。

一、石油化工裝置空冷器

空氣冷卻器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“空冷器”）是利用空氣作為冷卻介質(zhì)將工藝介質(zhì)（熱流）冷卻到所需溫度的一種換熱設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)上，介質(zhì)溫度低于120℃時(shí)，熱量回收代價(jià)比較大或因熱源的分散性和間歇性而難以綜合利用，這部分熱量大多經(jīng)空冷器換熱后排放到大氣中。空冷器全稱(chēng)叫做空氣冷卻式換熱器，廣泛地應(yīng)用于石油、化工、冶金及電力等行業(yè)中。由于空氣的獲得非常方便，且利用空氣來(lái)進(jìn)行冷卻相對(duì)更加環(huán)保，因此空冷器已逐漸代替水冷器成為越來(lái)越多的企業(yè)的首選。

二、空冷器布置

某石化項(xiàng)目的空冷器均為水平鼓風(fēng)式，參考規(guī)范要求，集中布置在裝置管廊的上方以充分利用空間。布置時(shí)分為獨(dú)立的三組，中間留出通道方便操作人員通行，也可以避免集中布置時(shí)，在布置方向上產(chǎn)生較大的熱膨脹量；采用鼓風(fēng)式的通風(fēng)方式時(shí)，出口的風(fēng)速較低，上風(fēng)向側(cè)空冷器排出的熱風(fēng)易被下游空冷風(fēng)機(jī)抽回，形成熱風(fēng)循環(huán)的可能性較大。為降低熱風(fēng)循環(huán)對(duì)空冷器性能的影響，所有空冷器的管束和鼓風(fēng)機(jī)安裝在同一高度，使吸風(fēng)斷面處于同一水平上。

項(xiàng)目所用空冷器構(gòu)架長(zhǎng)度為11700mm，而主管廊構(gòu)架寬度13500mm，布置時(shí)將空冷器構(gòu)架靠管廊一側(cè)，使其一邊落在管廊構(gòu)架柱子上；在另一側(cè)留出通道和檢修場(chǎng)地，其柱子可以根據(jù)需要升高，作為空冷器入口管道的支撐。當(dāng)管廊與空冷器構(gòu)架寬度一樣時(shí)，為支撐空冷器平臺(tái)和進(jìn)出口管道，需要單獨(dú)設(shè)置立柱；而采用本文的布置方法，可以利用管廊構(gòu)架升起作為支撐，減少懸挑結(jié)構(gòu)的使用；同時(shí)由于管廊構(gòu)架比空冷構(gòu)架寬1800mm，又可以避免管廊立柱升起時(shí)碰到空冷器檢修平臺(tái)。管廊兩側(cè)的地面預(yù)留的空地和冷換設(shè)備管束抽出區(qū)均可作為空冷器吊裝檢修區(qū)。為了方便管束的檢修和百葉窗角度的調(diào)節(jié)，每組空冷器的四周均設(shè)置了寬800mm的平臺(tái)，空冷器電機(jī)的檢修平臺(tái)則直接利用管廊19.00m平臺(tái)?？绽淦脚_(tái)與管廊平臺(tái)間采用直梯相連接，利用管廊已有斜梯通向地面，作為安全疏散通道。

三、空冷器管道設(shè)計(jì)

（一）基本要求

空冷器的配管在符合工藝流程的要求之外，還應(yīng)滿足操作檢修及日常維護(hù)的需求。管道專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在考慮管道走向布置時(shí)，同時(shí)還需要規(guī)劃電氣、儀表橋架的位置，避免與管道安裝的交叉碰撞，并將預(yù)留的橋架位置提給下游專(zhuān)業(yè)確認(rèn)。在化工行業(yè)中，管道內(nèi)介質(zhì)通常含有硫分，當(dāng)物料冷卻至露點(diǎn)溫度以下時(shí)，含硫的蒸汽就會(huì)對(duì)管道造成腐蝕。為了避免管道末端發(fā)生低溫露點(diǎn)腐蝕，各級(jí)管道之間還應(yīng)盡可能使用彎頭進(jìn)行連接，減少管道的末端導(dǎo)致的不流動(dòng)的死區(qū)。

（二）防偏流的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著裝置規(guī)模的大型化，目前化工裝置多數(shù)采用多臺(tái)空冷器成組布置的方案。為保證物料進(jìn)料分配均勻，入口管道壓降一致，保證空冷器效率，空冷器的入口管線應(yīng)采用對(duì)稱(chēng)布置。進(jìn)料總管至空冷器入口應(yīng)逐級(jí)變徑，分流前的上一級(jí)總管還應(yīng)保持一定長(zhǎng)度，以保證物料有足夠的空間分配均勻。對(duì)于含有硫分的氣體物料，為避免管道死區(qū)，不應(yīng)使用三通加管帽的形式，集合管兩端應(yīng)采用彎頭連接?？绽淦鞯某隹诠艿酪矐?yīng)采用對(duì)稱(chēng)布置，減少管道壓降不同對(duì)空冷器入口分流的影響，出口管線可直接匯和至一根集合管后接走。

（三）管道應(yīng)力要求及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，空冷器的管道布置還應(yīng)做到對(duì)稱(chēng)布置、美觀、無(wú)液袋、管路有足夠的柔性。當(dāng)空冷器上游設(shè)備與空冷器入口管道較近時(shí)，可通過(guò)管道П形布置，增強(qiáng)管道柔性，以滿足空冷器廠家對(duì)管口受力的要求，如果廠家沒(méi)有提出相關(guān)需求，可采用API661相關(guān)要求進(jìn)行校核。一般情況下，通過(guò)管道固定點(diǎn)位置的設(shè)置，使管道膨脹方向與設(shè)備膨脹方向一致，減少管道對(duì)設(shè)備管口的附加力。

四、管束材料的合理選擇

（一）抗硫化氫材料應(yīng)用

國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院及大型石化企業(yè)陸續(xù)研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo等抗?jié)馠2S 應(yīng)力腐蝕材料，具有良好的耐腐蝕效果，可抵抗?jié)窳蚧瘹洵h(huán)境，價(jià)格相比于10 號(hào)鋼略高。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)諸多空冷器廠家在進(jìn)行管束抗硫性分析中，已經(jīng)將08Cr2AlMo材料當(dāng)作高硫分原油的首選換熱器原料。

（二）超級(jí)不銹鋼

超級(jí)不銹鋼的抗腐蝕效果良好，具相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，超級(jí)不銹鋼的耐受性極大，可抵抗點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等常見(jiàn)現(xiàn)象。此外，400℃以下進(jìn)行該材料的使用可避免晶間腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。如若工藝介質(zhì)中含有氯離子，其耐應(yīng)力腐蝕作用也會(huì)相對(duì)較高，比一般的Cr-Ni 合金不銹鋼抗腐蝕性高。因此超級(jí)不銹鋼已經(jīng)成為石化空冷器未來(lái)發(fā)展的常見(jiàn)材料。

（三）雙相鋼的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)雙相鋼應(yīng)用中，一般含鉻雙相鋼具有耐孔腐蝕性高的特點(diǎn)，尤其是鉻含量在25%狀況下的雙相不銹鋼，更具有較為穩(wěn)定的抗腐蝕效果，耐腐蝕性較316L 更加突出。部分設(shè)計(jì)人員可能會(huì)考慮該材料是否會(huì)發(fā)生奧氏體不銹鋼析出碳化現(xiàn)象，是否會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕問(wèn)題。工程實(shí)踐表明：雙相鋼在高溫狀況下也未析出碳化物，不會(huì)發(fā)生明顯的晶間腐蝕。

五、結(jié)束語(yǔ)

空冷器主要由管束、風(fēng)機(jī)、構(gòu)架三個(gè)基本部分和百葉窗、梯子、平臺(tái)等輔助部分組成。其以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，與水冷相比，空冷節(jié)約用水，操作費(fèi)用低，即使風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障仍可保持30%～40%的自然冷卻能力，因此空冷器被廣泛用于煉油、化工和電力等行業(yè)。