石油化工裝置空冷器的布置與管道設(shè)計(jì)

高 揚(yáng)

(山東三維石化工程股份有限公司青島分公司，山東 青島 266071)

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)。

1 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[1]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。同時(shí)，在滿足工藝流程順序的前提下，盡量將高溫流體的空冷器布置在全年最小頻率風(fēng)向的上側(cè)，減少其出口熱風(fēng)對其它空冷器的影響；此外，布置時(shí)將風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的安裝方位取齊，以方便電氣專業(yè)接線和檢修，平面布置圖如圖1所示。

圖1 空冷器平面布置

項(xiàng)目所用空冷器構(gòu)架長度為11700 mm，而主管廊構(gòu)架寬度13500 mm，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1800 mm，又可以避免管廊立柱升起時(shí)碰到空冷器檢修平臺。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800 mm的平臺，空冷器電機(jī)的檢修平臺則直接利用管廊19.00 m平臺?？绽淦脚_與管廊平臺間采用直梯相連接，利用管廊已有斜梯通向地面，作為安全疏散通道。

2 空冷器管道設(shè)計(jì)及支撐

2.1 入口管道

空冷器入口的管道布置應(yīng)考慮流體的均勻分配，當(dāng)物料為氣液兩相流時(shí)，可安裝閥門來調(diào)節(jié)流量，并且可作為檢修時(shí)的切斷閥使用。使用閥門來均勻分配流量時(shí)，雖然管道不需要嚴(yán)格的對稱布置，但工況不穩(wěn)定時(shí)需要經(jīng)常調(diào)節(jié)閥門，并且閥門自重會增加管嘴受力，閥門自身也會增加管道的壓力降?？绽淦鬟M(jìn)出口管道上不宜設(shè)置切斷閥，工藝介質(zhì)為氣液兩相流流體時(shí)，入口管道宜采用對稱形式的流程[2]。

通常，推薦空冷器入口管道采用圖2所示方法布置[3-4]。圖2(a)方法由于兩相流在管內(nèi)流動時(shí)，氣體流動比液體快，在光滑的轉(zhuǎn)彎處，流體有沿著外壁流動的趨勢，這種方法在改變流向時(shí)采用了異徑三通和管帽，且異徑三通水平放置，以便使液相分布均勻。圖2(b)方法以等徑三通分支，分支后的水平管上使用偏心大小頭進(jìn)行變徑，在最后一個(gè)彎頭到下一分支之間設(shè)直管段，用于穩(wěn)定流體的流動狀態(tài)，達(dá)到分配均勻的目的。

圖2 空冷器入口管道布置

2.2 出口管道

一般情況下，空冷器的出口各支管也應(yīng)對稱布置，但當(dāng)空冷出口介質(zhì)為液相時(shí)，均勻分配通常不太重要，也可采用一根集合管匯合，并布置在空冷器下方；另外，空冷器出口管道的布置應(yīng)特別注意，避免與梁、柱等構(gòu)筑物發(fā)生碰撞。

2.3 管道柔性設(shè)計(jì)與支吊架

管道柔性設(shè)計(jì)和設(shè)置支吊架的主要目的是減少空冷器管嘴所受力矩和力，使其符合制造廠或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。增加管道柔性常見的方法是改變管道走向，從而提高管道通過自身形變吸收熱漲冷縮和其他位移形變的能力；而設(shè)置支架，將集合管支撐于其上，可有效減少管道自重對管嘴的作用力。管道的支撐方法常根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，空冷器入口管道的支撐，應(yīng)盡量利用別處已有管架，例如將空冷自身構(gòu)架向上延伸，或者依托空冷器平臺生根做管架進(jìn)行支撐；出口管道可制作倒門型支架生根于通道下，或三角支架生根于通道立柱的一側(cè)。一般來說，進(jìn)出口總管距離空冷器最近的一個(gè)管架宜設(shè)為彈簧支吊架，但具體情況需要通過應(yīng)力分析計(jì)算后來確定。

2.4 實(shí)例

某項(xiàng)目丁烷異構(gòu)裝置共有空冷器10臺，其中產(chǎn)品冷凝器操作壓力較高，且出入口均為氣液兩相流，為滿足物流的均勻分配和管道柔性等的要求，采取了如圖3所示管道布置方式。該空冷器共2片管箱，管道布置相對簡單，主管自位于EL 11.00 m平臺的換熱器來，將構(gòu)架立柱升高增設(shè)橫梁對其支撐，采用對稱形式均勻分為四股物流進(jìn)入管束，入口的分支管道跨過空冷平臺時(shí)，其管底至平臺間留出了2200 mm的空間，方便人員通過；出口也采用了相同的管道布置方法，采用頂平大小頭進(jìn)行變徑，在升高的立柱間設(shè)置橫梁對管道進(jìn)行支撐。

圖3 產(chǎn)品冷凝器管道布置模型

裝置中丙烷塔冷凝器的工藝流程比較復(fù)雜，管道布置需要考慮的因素較多。首先，丙烷塔冷凝器有10個(gè)管箱，管嘴數(shù)量為20個(gè)，不能使用完全對稱式的管道布置方法。管道自塔頂?shù)娇绽淙肟诘木嚯x較長且不保溫，考慮到可能出現(xiàn)凝液及均勻分配的需要，管道布置時(shí)參考手冊[4]中3片空冷器入口管道的布置方法，盡量使管道對稱。管道的設(shè)計(jì)模型如圖4所示，自塔頂來的DN300主管首先分為兩個(gè)對稱的支管，支管繼續(xù)分為兩個(gè)，其中一個(gè)支管直接變徑至DN150與一片管箱上的兩個(gè)管口相連，而另一個(gè)支管則繼續(xù)向下逐級縮徑與分支，直到與空冷管束的管嘴相連，在需要變徑處使用底平大小頭以保證沒有低點(diǎn)，可利用管廊和空冷構(gòu)架向上延伸，或者在平臺外沿設(shè)置一排立柱，在它們之間設(shè)置橫梁作為管道的支撐；正常工況下，該空冷的出口為純液相，故采用了較簡單的管道布置方式，出口管通過平臺下方直接進(jìn)入主管匯合，主管的支撐則利用立柱生根做三角支架。

圖4 丙烷塔冷凝器管道布置模型

3 結(jié)論

通過運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行空冷器的布置與管道設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整方案?？绽淦鞑贾脮r(shí)采用主構(gòu)架比空冷構(gòu)架寬的方法，方便升高主構(gòu)架立柱作為支撐?？绽淦鞒觥⑷肟诘墓艿啦贾脩?yīng)考慮流體的均勻分配，采用對稱形式的管道布置。