空气冷却器改造技术创新

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空气冷却器改造技术创新

杨志;张宝青;刘文岩

【摘要】表面蒸发空冷技术在石化领域应用是起步阶段,石化领域内适合表面蒸发空冷的冷却单元比较多,通过对常规的冷却单元进行表面蒸发空冷器改造,其节能效

果明显,可将能耗降低,节能潜力巨大.

【期刊名称】《机械工程师》

【年(卷),期】2016(000)011

【总页数】3页(P164-166)

【关键词】空冷器;改造;急冷水;表面蒸发式

【作者】杨志;张宝青;刘文岩

【作者单位】大庆石化建设公司,黑龙江大庆 163714;大庆石化建设公司,黑龙江

大庆 163714;大庆石化建设公司,黑龙江大庆 163714

【正文语种】中文

【中图分类】TE683

大庆石化公司化工一厂老区裂解装置1986年建成投产,第一急冷水冷却器EH-202和第二急冷水冷却器EH-203是急冷水系统关键设备,EH-202共有空气冷却器14台,EH-203共有空气冷却器4台,工艺介质为急冷水,采用引风机强制通

风对其冷却,设备单台重量16.8 t,设计急冷水入口温度85℃,出口温度54.4℃,操作入口温度68.1℃,出口温度54.4℃,急冷水流量EH-202:450 t/h,EH-203:550 t/h。随着装置生产能力的提高及设备换热能力的降低,目前急冷水空

气冷却器出口温度达到61℃左右,在夏季高温季节,为保证装置生产,需要向

EH-202、EH-203空气冷却器上喷淋脱盐水,来降低急冷水出口温度。这样造成

脱盐水的大量浪费,使得裂解装置的能耗增加;同时喷淋的脱盐水也造成空气冷却器翅片管腐蚀、结垢,降低空冷器的换热效率;喷淋的脱盐水流到框架下面的管道和设备上,也造成这些设备和管道的腐蚀,给裂解装置安全生产带来极大安全隐患。因EH-202/203空气冷却器均安装在钢结构及混凝土框架上,且单台设备重量16.8 t,加之近年来工艺技措项目改造,框架结构承载能力已达到极限。又因裂解急冷水系统设备数量众多、规格庞大,各个设备排列紧凑,无法在短期内完成改造,包括基础在内的大范围改动。另外该8台空气冷却器平时无法进行切除,只能在

大检修期间对其进行改造,时间相对紧张。

2.1 总体思路

1)通过对工艺系统核算,确定改造后空冷器的性能指标。2)保证设备框架结构

不做大范围改动。3)改造施工时间控制在17d范围内。4)改造后空冷器用电设

备风机和泵,增加远程停机控制并将运行信号引入控制室,现场设置手动起停开关,以便于日常操作、监控。5)采用节能、环保、高效、稳定的新型换热技术对原空气冷却器进行改造,以达到预期的目标。

2.2 技术方案

1)表面蒸发空冷器设备的设计。针对上述系统的物性,进行工艺计算,其中EH-202的换热量为7800 kW,设计排热量9300 kW,设计余量20%;EH-203的换热量为8700 kW,设计排热量10 875 kW,设计余量25%。最终确定采用表面

蒸发式冷却器对原空冷器进行改造。

2)表面蒸发式冷却器原理。利用水在钢制盘管表面的蒸发,水由液态变为气态,在产生相变的过程中伴随着热量的高效交换,从而达到高效的换热效能。

水由设备本身的小功率水泵将水均匀地分配到钢制盘管的表面,在风机的强风作用

下,水在盘管表面气化,从而与盘管内的介质进行热量交换,高温的水再经过填料使水与空气的接触面积大量增加,同样在风的作用下,水温降低,并回落到设备本身的集水盘,从而再次循环使用。

3)效果及优势。节能、环保、换热效率高、体积小、重量轻、安装方便。经过工艺计算、结构设计,最终确定表面蒸发空冷器EH-202三台,为两开一备。EH-203四台,为三开一备。

该项目自某年3月开始项目前期准备,7月开始现场设备拆除、安装,8月开始投用,目前运行平稳、性能稳定,解决了裂解装置的安全隐患及生产瓶颈问题。

7台表面蒸发式空冷器于8月1日正式投运,为准确掌握该设备投用后的运行状

况及工艺性能,化工一厂和机械厂于8月27日联合对该设备进行了性能标定,标定数据如表2、表3。

通过以上数据可以看出,改造后表面蒸发空冷器,在急冷水流量相同的情况下,急冷水入口温度平均在67.8℃,急冷水出口温度平均在50~53℃之间,达到了预期的目标(低于54.4℃),取得成功。建议该表面蒸发空冷器可以广泛应用于石油

化工、煤化工、轻工行业等过程水冷却单元。

目前国内外空冷器产品按冷却方式可分为干式空冷器、喷淋湿式空冷器、表面蒸发式空冷器等。每种类型机理并不完全相同,传热效果差别很大,国外主要有美国BAC公司、法国EVAPCO公司、日本荏原公司,国内有兰石所、哈空调两家。

干式空冷器的特点是操作简单、使用方便。但由于冷却温度取决于空气的干球温度,因此接近温差(热流出口温度-空气入口温度)高于15~20℃才经济,所以干式

空冷器不能把管内热流体冷却到环境温度。

喷淋蒸发式空冷器通常的形式是在换热管束前方设置若干个喷头,喷头将雾化水滴均匀地喷向管束,通过部分水滴蒸发,降低了空气的温度,提高了传热温差;同时雾化水滴直接喷射在管束表面,形成一层薄水膜,水膜蒸发的汽化潜热又使管束的

换热能力大幅度提高。但是大部分喷淋蒸发式空冷器沿用的是干空冷的管束结构尺寸,加上水质问题使得喷头经常堵塞,翅片管经常腐蚀、结垢而使喷淋不均匀,影响换热效果,因此达不到预期的效果。

表面蒸发空冷器是由光管组成的一种空冷装置,主要特点是利用管外水膜的蒸发带走热量,借以把管内流体的温度降到接近大气温度。其工作过程是用泵将设备下部水箱中的冷却水,输送到位于光管管束上方水平安装的分配器内,由分配器将冷却水向下喷淋到传热管表面,使传热管外表面上形成连续均匀的水膜。同时将湿空气从设备顶部排出,使空气自下而上流动,横掠水平放置的光管管束,此时传热管的管外换热除了水膜和气流间的显热传递外,管外表面上的水膜的蒸发也带走大量的热量。表面蒸发空冷器采用光管管束,空气阻力较小,因此可以增多排管数。表面蒸发空冷具有结构紧凑、效率较高的优点,鉴于表面蒸发空冷器可以将冷却介质温度无限接近环境湿球温度,可以冷却介质到外部环境温度以下,解决困扰部分化工装置冷却单元夏季运行能力不足问题。

存在的问题是:水的飘逸率稍高,补水量稍大。改进措施是:采用变频风机或变频器,调节风机转速,并适当降低其转速,从而控制风速,控制风中夹带的水分。1)风水同向。国内外部分厂家采用风水逆向冷却方式,导致设备在使用过程中过早出现露点腐蚀,而本次项目改造中采用风水同向,避免了上述问题。

2)循环冷却水(脱盐水)二次冷却。为了提高设备换热效率,在本次项目改造中采用了循环水二次冷却方式降低循环水温度,即利用在换热管下方设置填料层,当循环水流经填料层时,填料层提供了较大的比表面积,在风的作用下,循环水流经填料层冷却效果显著。

3)材料防腐措施。换热管表面采用化学处理,提高了换热管防腐能力;设备壳体表面采用相应的物理、化学处理,避免了设备在风吹日晒、水接触及昼夜温差变化较大等恶劣工况下的壳体腐蚀。

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