淺析甲醇生產中變頻調速空冷的應用

摘要：企業對運行費用降低的要求不斷在提高，水資源的日漸緊張以及新型空冷器設計的顯著經濟性，一部分水冷卻器開始逐漸為空氣冷卻器所代替。現分析空冷器在甲醇生產裝置上的使用優劣。

關鍵詞：空冷器；甲醇生產；優劣

1 前言

某公司12萬噸/甲醇裝置以無煙長焰煤為原料，采用固定床造氣、低溫甲醇吸附脫碳、低壓合成、三塔精餾工藝。

該裝置雖然在規模上沒有優勢，由于充分利用國內近幾年甲醇行業發展的新技術，使從技術上、成本上占有很大優勢成為可能。僅將在甲醇生產中空冷器在該裝置上應用談一談。

2 現狀和方向

甲醇合成冷凝器的冷卻方式采用水作為冷卻介質已有很多年的歷史，近年來隨著企業對運行費用降低的要求不斷在提高，水資源的日漸緊張以及新型空冷器設計的顯著經濟性，一部分水冷卻器開始逐漸為空氣冷卻器所代替。如今有更多的石油化工企業、冶金企業安裝了空氣冷卻器或空氣冷凝器來代替傳統的循環水冷卻，事實證明，這些設備不僅維護費用低廉，運行費用低，若與水冷卻系統相比較，使用壽命更長，投資收效經濟比更顯著。空冷器的優越性越來越得到人們的認可，以空冷代替水冷的趨勢非常明顯。

蒸發式空冷是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質過程融為一體且兼有兩者之長的高效節能冷卻設備，它具有結構緊湊、傳熱效率高、投資省、操作費用低、安裝、維護方便等優點。在煉油、冶金、電力、制冷、輕工等行業中有著廣闊的應用前景，是空冷技術發展的新方向。其主要特點是利用管外水膜的蒸發強化管外傳熱，其工作過程是用泵將設備下部水池中的循環冷卻水輸送到位于水平放置的光管管束上方的噴淋水分配器，由分配器將冷卻水向下噴淋到傳熱管表面，使管外表面形成連續均勻的薄水膜；同時用風機將空氣從設備下部空氣吸入窗口吸入，使空氣自下向上流動，橫掠水平放置的光管管束。此時傳熱管的管外換熱除依靠水膜與空氣流間的顯熱傳遞外，管外表面水膜的迅速蒸發吸收了大量的熱量，強化了管外傳熱。

由于水具有較高的汽化潛熱(水在一個大氣壓下的汽化潛熱為570kcal/kg)，因此管外表面水膜的蒸發大大地強化了管外傳熱，使設備總體傳熱效率明顯提高。管外表面水膜的蒸發使得空氣穿過光管管束后濕度增加而接近飽和，風機將飽和濕空氣從管束中抽出并使其穿過位于噴淋水分配器上方的除霧器，除去飽和濕空氣中夾帶的水滴后從設備頂部風機出口排入大氣中。由于風機位于設備上部向上抽吸空氣，從而在風機下部空間形成負壓區域，加速了管外表面水膜的蒸發，有利于強化管外傳熱。

蒸發空冷中，工藝介質走管內水平流動，空氣、水走管外，空氣由下向上流動，噴淋水則由上往下流動，水、空氣與工藝介質為交叉錯流，水與空氣為逆流。這樣一來從流程布置上也強化了傳熱傳質過程。

為了防止水和空氣對換熱管外表面的腐蝕，通常對換熱管外表面進行防腐處理。換熱管一般采用光管，若采用翅片管，也只能采用低翅(翅片高度不超過1.25mm)大間距翅片管。普通空冷器中用的翅片管(翅片高度12.5-16mm)，雖然提高了傳熱表面積，但在蒸發空冷中用翅片管(尤其是小間距布置的高翅片管)的優越性不如干空冷和濕空冷那么顯著；再加上翅片表面水的成膜性較差，翅片和翅片之間容易形成水橋，使得水膜與傳熱管無法有效地接觸，翅片無法完全被水濕潤，水膜的蒸發效率大大地下降，翅片間的積水也會削弱水膜的蒸發，使得傳熱、傳質效率降低。

從結構上看，蒸發空冷的最大特點是將冷卻塔和板式換熱器（列管式水冷器）合為一體，省去了單獨的循環水冷卻系統，減少了設備占地面積，再加上采用光管做傳熱管，使其一次性投資大大降低，另一方面由于蒸發空冷采用光管，空氣阻力減小，所需的風量也小，再加上它的冷卻水自身在設備中循環使用，水的蒸發耗量較低，使其操作費用隨之降低。

3 改造和投用核算

現就甲醇生產的合成工序和精餾工序使用不同的冷卻方式做對比，可總結出實際的好處和優點。

設計空冷器進出口溫度為90℃、40℃，實際溫度為87℃、35℃，設計壓力降為0.05Mpa，實際約0.01Mpa。增加了甲醇的冷凝率，提高了后續工段甲醇的分離效果，增加了循環機的打氣量，如在冬天效果更佳。考慮到我公司環境腐蝕的影響，翅片采用防銹鋁，表面鈍化處理，風機葉片采用玻璃鋼葉片，設備外殼采用噴塑處理，即美觀又經濟實用。

在此成功應用的基礎上，我們對甲醇系統中的精餾工序也進行了適當的調整，將原設計的水冷器全部改為空冷器。根據實際情況，我們實際選用NZKL-2800J（常壓塔塔頂冷凝器）為三臺，NZKL-3400J（預塔一級冷凝）為一臺，NZKL-800J（由加壓塔產品冷卻、常壓塔產品冷卻、預塔二級冷凝、常塔排氣冷凝4部分組成）為一臺。精餾工序蒸發空冷器應用也特別好，尤其是各塔回流液溫度的調節非常方便，直接切換到自動調節，由DCS系統直接調節變頻器的頻率，回流液溫度非常穩定。

4 總結

綜上所述，12萬噸/年甲醇裝置采用蒸發空冷代替普通水冷，多投資192萬元，年節約費用約59萬元，年節約循環水2000多萬方，提高了社會效益。這些費用都是基于最高消耗，考慮到全年的實際情況以及變頻器的調整，年平均消耗要低的多，實際利潤要高的多。經過高溫天氣的考驗，蒸發空冷器的效果得到了驗證，證明我們的選取方案不僅是可行的，正在發揮著重大的作用，經濟效益、社會效益顯著。并且我們采用一臺變頻器來控制調節空冷器的多臺風機，通過DCS控制系統方便的進行調節，即減少了投資，又便于操作。變頻器有著高精度、穩定性、可靠性以及節電的特點，使其在空冷器風機上應用，不但節能降耗，而且能使空冷器風機地操作向現代化程度上大大提高一步，使空冷器的檔次處于跨時代的進步。

作者簡介：付安偉（1971-），男,山東省陵縣,助理化工工程師,現從事煤化工生產和管理工作。