中石化宁波工程公司-增湿空冷器

1、中石化宁波工程有限公司 雷 雳,空冷型闭式循环水系统的装置布置,空冷系统防冻措施研究,安装、检修实施方案研究,六,投资说明,结论,七,八,目前，随着大型煤化工行业的发展，装置大型化、系列化也是空分技术发展的主要方向，装置的规模在技术可靠、经济合理的前提下，如何最大程度的减少新鲜水耗量，是当前面临的一个极为重要的课题。而对于采用传统开式冷却塔的循环冷却水系统，其补充水消耗在全厂新鲜水消耗中所占比例最高，达到60%以上，因此，从全厂循环冷却水系统以及冷却塔类型方面入手进行研究，降低循环水系统补充水量，从而降低全厂新鲜水耗量，是值得关注的重点之一。,众所周知，目前我国北方建设的大型空分装置，由于水资

2、源的匮乏，空压机驱动透平采用空气冷却的方法，即空冷器冷却的方式。而本文的应用研究方向正是装个空分装置的闭式循环水系统。由于空压机、增压机驱动“一拖二”蒸汽透平在空分装置的重要性，以及温差的要求和布置的影响无法采用闭式循环；另外，由于空分装置内空冷单元的水将于原料空气直接接触，为了避免空气受到水系统污染的影响，亦无法采用闭式循环系统。,闭式循环水系统中的关键设备为冷却系统，而本方案的冷却系统为空冷器，空冷器采用增湿型空冷器的闭式系统流程，见下图。,该系统中循环给水（冷水）经循环水泵加压后送工艺装置，在装置内与工艺物料进行间接换热后，压力送回循环水场进行冷却，冷却设备为增湿型空冷器，空冷器由散热翅

3、片管束构成，循环回水（热水）在散热管内翅片管束流动，靠与管外空气的温差，形成接触传热而冷却。冷却后的循环给水再加压送工艺装置使用。 增湿型空冷器与传统的干空冷器相比，增加了一个增湿单元。增湿型空冷器的机理是空冷器的空气入口侧对空气进行喷雾化水，使空气进口的相对湿度增加，降低了空冷器入口空气的温度，使传热平均温差增大，从而提高了空冷器传热能力。,需要说明的是，增湿空冷器只是对空气进行增湿，并不是将水直接喷到翅片表面靠其中一部分水的汽化来换热，所以增湿空冷器的翅片表面不易结垢。 增湿单元采用的是高压微细雾化喷嘴，可以直接对空气进行雾化增湿，相比于传统的增湿系统要简单方便的。同时由于雾化率相当高，水

4、雾随空气飘走，不需要另外的回收水装置，并且喷水量可以通过调节高压泵的阀门或数量来控制。 增湿单元在冬季等温度比较低的时段，不启动增湿单元，仅通过空冷器将循环回水温度降至工艺装置需要的温度；在夏季等干球温度比较高的时段，启动增湿单元，在空冷器进风侧喷出雾,化水汽来增加空气中的湿度，从而降低空气侧的进风温度，保证冷却效果。 采用增湿型空冷器的闭式系统中，循环水密闭循环，无蒸发损失，仅有增湿所消耗的水量，在节水方面，是传统的开式湿式冷却塔年耗水量的18%，但存在投资较大、运行费用较高、占地较大等缺点，采用增湿型空冷器的投资约为传统湿式冷却塔的5.1倍，年运行费用约为传统湿式冷却塔的1.11倍。,1.

5、 工艺流程简述,2. 系统配置情况 我们以某项目为例，该项目为12套10000Nm3/h的制氧规模。空分装置中主空压机、增压机的级间换热器、冷冻机组、气体膨胀机后冷器、氮压机级间冷却器由闭式循环水系统提供循环冷却水，该闭式循环水系统规模为正常：61000m3/h，最大为64000 m3/h，共分为两系列四组（三套空分对应一组循环水），每组冷却水设计量为16000m3/h。 本闭式循环水系统所使用的水为项目所提供的脱盐水。,2.1 空冷系统 每组包括78台风机，39个Bay。雾化增湿系统出现的最大耗水量为1609t/h;即每组增湿系统出现的最大耗水量为400t/h（每组设置12台增湿高压泵（8开

6、4备），每台增湿高压泵为55t/h。 其中，空冷器采用增湿型空冷器，每组循环冷却水系统设有4组空冷器39个贝，共78台风机。每个Bay处理水量为410m/h，2台风机，每台风机D=6400mm，配带电机N=90kW，电压U=380V，每个Bay平面尺寸为8m16m，39个Bay供占地312m16m，空冷器高度24m。每组设置2台注水泵，每台流量为200t/h，每台泵通过变频控制调节补水流量。,2.2 循环水泵 每组设置3台循环水泵（2开1备），水泵采用自灌式启动，选用1200S56型单级双吸离心泵，单泵性能如下： 水量 Q=10800 m3/h， 扬程 H=56m， 轴功率 N轴=1871 k

7、W， 转速 n=590r/min 电机功率 N=2240 kW 效率 =88,2.3 循环水罐及贮水罐 每组设置一台循环水水罐和一台贮水罐。循环水罐采用钢制循环水罐，直径D=15m，高度H=13m，材质为碳钢内涂环氧树脂，有效容积2000m3。地上部分9m，地下部分4m。 贮水罐采用钢制贮水罐，直径D=10m，长度L=8m，材质为碳钢内涂环氧树脂，有效容积500m3。埋地敷设4m。贮水罐用于冬季收集空冷器放空水。,2.4 加药系统 采用空冷器的形式，为控制微生物在循环冷却水系统中的生长，需要添加杀菌剂；同时为保证空冷换热设备安全、稳定、长期运行，需要在循环水中需投加阻垢缓蚀剂，以防止换热设备结

8、垢和腐蚀。 2.5 监测换热器 在每组循环冷却水系统中设置1套智能模拟监测换热器，安装在循环冷却水系统的旁路上，对循环水系统传热面上的腐蚀、结垢、污垢状况及循环水的浊度、污垢热阻、腐蚀速率、粘附速率等进行常规监测。,1. 闭式循环水系统的布置,2. 空冷器热风循环对空分装置影响的评估 作为采用空气为冷源进行换热的空冷器，由于换热后的热空气会直接排放到大气中，我们通常需要考虑这部份热空气是否回被重新吸入进风口（就是我们通常所说的热风循环）对空冷器本身的换热影响以及这部分热空气对周边设备的影响。 2.1 热风循环对空冷器本体影响的说明 由于该项目空冷系统规模非常大，要求布置在两列高约10米的管廊上

9、，每列管廊长度约700米， 两列管廊的的距离约90米， 基于这个特点我们采用的是迎风结构的水平布置空冷器，优点如下：,2.1.1 由于空冷器出风口在管束上面， 因此风口的出风速度非常高，可以将热空气吹的非常高，很快溶入外界的大气， 可以有效避免热风的回流。,2.1.2 采用水平布置， 能有效保证空冷器充足的进风空间（目前空冷器下方的高度为十米），避免由于空气不足形成负压区而造成的热风循，这点在大装置上特别重要。 水平布置体型系数小，可以防止过大的外加荷载如风载等对基础的影响。 同时空冷器顶部有风室遮挡， 能很好地阻挡阳光（防止热辐射， 本案介质温度低）、风的作用，有稳定的换热性能。 总之，水平

10、迎风式结构虽然在占地面积上比较大，但在运行的稳定性和可靠性方面更有保障，许多大工程上都是采用这种类型， 有非常良好的运行业绩。,在整体布置上，目前每列空冷器南北向呈蛇形细长布置，这个布置防止热风循环是非常理想的，它形成不了大规模的热气团，同时对于两列之间，即使在最差的工况下， 如夏季西南风的影响下，由于两类空冷器的距离达到90米，空间足够大，两列之间几乎不会造成互相影响。实际上我们在其他行业如化工、炼油，有些项目上空冷器的布置比这个苛刻的多，但我们采取了合理的结构措施都能有效避免热空气的影响从而保证空冷器的性能。 唯一有些问题的是每列空冷器的布置上不是连续的，由于受过道等影响，分成了几段，每段

11、之间间隙大约在14米左右，这个空间不是太大，风机运行后间隙间存在的低压区可能造成热空气,温度加了2.5度进行统计分析，因此对空冷器的性能担保我们是有非常有信心的。 2.2 空冷器热风对其他设备的影响 按目前的布置空冷器布置在管廊上，热空气的出风口高度至少在二十多米以上，这部分热空气以10m/s的风速向上吹走，除非外界有特别大的风，否则不会造成热空气向下飘移从而影响到空滤和汽轮机空气冷凝器的空气温度，特别是我们可以看到空冷器到空滤入口和汽轮机空气冷凝器的距离都非常远,至少在90米以上，远大于常规要求防止热风循环的距离，而且中间有厂房的阻挡,因此我们可以判断空冷器热风对着类设备的影响是可以不予考虑

12、的。,因此总的来讲，我们认为目前采用水平迎风式结构的空冷器布置在空分区的管廊上对设备间的影响是非常小的。 2.3 管廊结构形式的研究 空分装置公用管廊为，横向两跨、每跨柱距8m，纵向柱距为8m。第一层标高5.5m，第二层标高10m，第三层标高13m。13m以上，为供货商空冷器钢框架。管廊上空冷器的荷载约为14.22吨/m，管道、仪表桥架的荷载约为10吨/m。该管廊采用钢，混凝土混合结构。计算模型：横向为混凝土框架、纵向为钢梁连接，有柱间支撑。计算结果：混凝土柱400mmx650mm，横向混凝土梁300mmx800mm，纵向钢梁HN350 x175x7x11。,空冷器通常是按夏天的气候条件设计，

13、因此不需要担心冬天的换热效果，但对于有些介质如容易结冰的介质或倾点温度比较高的油等，我们不得不考虑冬天在过低的温度下会产生冰冻或结蜡现象，从而导致空冷器不能运行。 当地的气象资料，在冬天的极端温度要达到零下-27度，因此我们有必要考虑在此极端气候条件下的防冻措施，通常我们会按以下步骤进行控制出口的温度。 1. 首先，通过启停风机来控制冷却水出口的水温，在空气温度比较低的时候，我们可以闭一部分风机，减小换热能力防止出水温度过低，我们可以在无风状态下，在不同空气温度下需要的,风机数量供客户参考。 2. 其次，我们每台管束都提供了百叶窗，为防止在冬天的温度很低的状态下，外界的自然风很大，所有的风机关

14、闭后出口水温还是很低，有结冰的危险，这个时候我们就需要关闭一部分或全部百叶窗，切断空气的流通停止换热，防止水温过低。 3. 同时我们也可以在冬天可以关闭一部分管束，将热量转移到剩余的管束上，同时提高管内的流速，同时将关闭部分管束内的水排至储水罐，也可以有效地防止管内结冰的危险。 4. 地面管道的防冻措施，对于循环水管道，其防冻主要是增加排水阀、进水和回水管线之间连接跨线等方法来防冻。,1. 对空分装置工艺设备安装的影响 实施方案后，空分装置设备之间相对位置没有发生改变，因此对设备吊装和施工基本没有影响，空冷器吊装时间根据计划安排，在时间上基本不影响空分装置工艺设备的施工进度。 1.1 对空分装置地下管线、地下构筑物施工的影响 1.2 对空分装置管廊上管道施工的影响 1.3 对空冷器吊装的影响 1.4 对循环水设备吊装的影响 1.5 对空分装置电气施工的影响 1.6 对空分装置自控仪表施工的影响,2.对空分装置检修的影响 2.1 对空分装置生产期间工艺设备检修的影响 2.2 空冷器检修方