空氣冷卻器淺談

王 震

（金陵石化煉油運(yùn)行四部，江蘇 南京210033）

某煉油運(yùn)行部800 萬噸/年常減壓有空冷風(fēng)機(jī)31 臺、10 萬噸/年硫磺18 臺、350 萬噸/年催化66 臺、180 萬噸/年渣油加氫22 臺， 由此可見空冷運(yùn)行的“長、滿、優(yōu)”的確值得重視、研究。 空氣冷卻器是以空氣為冷卻介質(zhì)，橫掠翅片管外壁，使管內(nèi)高溫工藝流體得以冷卻的設(shè)備， 采用空氣冷卻器代替其他冷卻器冷卻工藝介質(zhì)不僅可以節(jié)約成本，還可以減少污染，此外還具有維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。 在石化行業(yè)尤其煉油廠的冷換設(shè)備中。 空冷器成為必不可缺的一類設(shè)備。其應(yīng)用范圍包括塔頂、蒸汽、溶劑、汽油、柴油冷卻的各種不同工況。在冶金、電力及化工等行業(yè)，空氣冷卻器也有著及其廣泛的應(yīng)用[1]。

1 空冷器的基本部件

空冷器的主要構(gòu)件有軸流風(fēng)機(jī)、管束、構(gòu)架、附件等，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 空氣冷卻器的基本結(jié)構(gòu)

1.1 風(fēng)機(jī)

空冷器通過一個(gè)或多個(gè)為一組的軸流風(fēng)機(jī)， 帶動空氣的流動，從而完成換熱過程。

風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)：

1） 風(fēng)量—單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)機(jī)（或管束）的空氣容積；

2） 壓力—升壓（相對于大氣壓力），即氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)壓力升高值，或者說是風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處氣體壓力之差。

3） 軸功率—驅(qū)動風(fēng)機(jī)葉輪所需的功率， 或者說是單位時(shí)間內(nèi)傳給風(fēng)機(jī)軸的能量；

4） 全壓效率—風(fēng)機(jī)所做的有用功（風(fēng)量與全壓的乘積）與輸入功的比值。

風(fēng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口狀態(tài)：

最常見的風(fēng)機(jī)分為：引風(fēng)式與鼓風(fēng)式兩種

1）引風(fēng)式風(fēng)機(jī)

空氣先經(jīng)過管束再引入風(fēng)機(jī)。

2）鼓風(fēng)式風(fēng)機(jī)

空氣先經(jīng)過風(fēng)機(jī)再至管束，某石化100kt/a 硫磺裝置18 臺空冷均為鼓風(fēng)式風(fēng)機(jī)。

1.2 管束

管束由框架、管箱和翅片管的組合件組成，需要冷卻的工藝流體在管內(nèi)流動，空氣在管外橫掠流過翅片管束，從而對流體進(jìn)行冷卻換熱。

管箱

管箱一般就是列管兩側(cè)和管程相連接的部分，由法蘭、短接及封頭組成。

2) 翅片管

翅片管，是為了提高換熱效率，通常在換熱管的表面通過加翅片，增大換熱管的外表面積（或內(nèi)表面積），從而達(dá)到提高換熱效率的目的一種換熱管。

1.3 其它部件

1）構(gòu)架：管束及風(fēng)機(jī)的支撐部件。

2）附件：梯子、平臺、百葉窗等。

2 空冷器的分類

按照不同的分類方法劃分，空氣冷卻器類型多種多樣，而按管束布置、通風(fēng)方式、冷卻方式三種方法，空氣冷卻器分類如下：

1）空冷器按管束的布置類型主要分為：①圓環(huán)式空冷器；②斜頂式空冷器；③立式空冷器；④水平式空冷器。

2）按空冷器通風(fēng)方式分類：①鼓風(fēng)式空冷器；②引風(fēng)式空冷器；③自然通風(fēng)式空冷器。

3）按空冷器冷卻方式分類：①濕式空冷器；②干式空冷器；③干-濕聯(lián)合空冷器；④兩側(cè)噴淋聯(lián)合空冷器。

3 結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

空氣冷卻器各部件不同形式的組合就形成了多樣的結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)結(jié)構(gòu)形式也具有其相應(yīng)的特點(diǎn)及使用場合，下面對不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行介紹。

3.1 水平式

水平式主要有水平鼓風(fēng)式與水平引風(fēng)式，結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 水平式引、鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式示意圖

圖3 垂直式的結(jié)構(gòu)形式示意圖

1）水平引風(fēng)式：適用于任何場合，葉輪置于上方，進(jìn)入葉片的是熱空氣，管束有3°的傾斜。

2）水平鼓風(fēng)式：葉輪置于下方，進(jìn)入葉片的是冷空氣，管束有3°的傾斜。

水平式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，換熱分布較均勻。

缺點(diǎn)：占地面積較大，管內(nèi)介質(zhì)流動阻力較大

3.2 直立式

直立式主要指管束直立放置，結(jié)構(gòu)見圖3。

與風(fēng)機(jī)水平放置相比，直立式多用于干濕聯(lián)合空冷，一般用于氣體、真空系統(tǒng)的冷凝冷卻。 進(jìn)入葉片的是熱空氣或增濕后的熱空氣。

優(yōu)點(diǎn)：占地面積小、管內(nèi)流體阻力較小。

缺點(diǎn)：換熱分布不均勻，易受自然風(fēng)干擾，結(jié)構(gòu)略微復(fù)雜。

3.3 斜置式

斜置式主要指管束斜置呈人字形，夾角一般在60°，結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 斜置式的結(jié)構(gòu)形式示意圖

優(yōu)點(diǎn)：換熱較均勻，管內(nèi)流動阻力小，占地面積小。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

4 維護(hù)要點(diǎn)

4.1 常見失效形式及處理

4.1.1 葉片損壞：主要原因是葉片安裝不當(dāng)和葉片材質(zhì)缺陷[2]

葉片是空冷關(guān)鍵部件，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到空冷效果。 2013 年煉油四部100kt/a 硫磺裝置1 臺空冷風(fēng)機(jī)出現(xiàn)葉片斷裂，當(dāng)時(shí)DCS 顯示風(fēng)機(jī)超電流跳停，設(shè)備及檢修到達(dá)現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片嚴(yán)重?fù)p壞，風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)劃開約1 米， 所幸反應(yīng)及時(shí)無人員傷亡也未影響裝置生產(chǎn)。此次風(fēng)機(jī)故障主要原因?yàn)椋?十字頭的葉片夾和連接螺栓處發(fā)生斷裂，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片脫落打在其它葉片及濾網(wǎng)。 此次故障屬于材質(zhì)問題，在空冷器的應(yīng)用中，很多企業(yè)為了節(jié)省成本對于其構(gòu)件材質(zhì)的選擇不夠重視， 忽略了風(fēng)機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)下的構(gòu)件摩擦等因素所帶來的損害，葉片的葉軸質(zhì)量不過關(guān)，很容易造成斷裂，加之維修難度很高，對生產(chǎn)運(yùn)行造成很大的影響。

處理措施：葉片材質(zhì)升級、軸承座改進(jìn)、減少風(fēng)機(jī)的振動、科學(xué)安裝。

4.1.2 換熱管、管束泄露

主要原因是腐蝕、材質(zhì)缺陷和管束使用周期較長

處理措施：對普通漏點(diǎn)化學(xué)粘補(bǔ)或打卡補(bǔ)膠；嚴(yán)重的需要更換管束及換熱管

4.1.3 空冷器效果差

主要原因是翅片管內(nèi)壁結(jié)垢、彎曲堵塞和翅片變形

處理措施：對空冷器切除進(jìn)行吹掃或清洗，并檢查修復(fù)損傷的翅片

4.1.4 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障

常見的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障主要包括：電流表指示異常、氣流量低、傳動部件異常振動、異響和轉(zhuǎn)動部件溫度較高

處理措施：重新校正平衡安裝、檢查皮帶松緊、緊固螺栓、更換軸承并定期添加或更換潤滑脂，開停切換要嚴(yán)格遵守動設(shè)備管理規(guī)定。

由于煉廠灰塵大、環(huán)境氣候格外惡劣，導(dǎo)致現(xiàn)場聯(lián)組皮帶老化斷裂較頻繁，因此皮帶預(yù)緊力的控制尤為重要，因?yàn)樗苯佑绊懙娇绽涞睦鋮s效果：

煉油四部所轄裝置基本都是用的5-V 聯(lián)組皮帶， 較單根皮帶有更高的傳動效率。為了保證皮帶正常高效傳動工作皮帶必須要有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力可以通過電機(jī)座調(diào)整螺栓把電機(jī)拉到一定位置，以達(dá)到皮帶的預(yù)期張緊程度。檢查預(yù)緊力是通過在皮帶與兩皮帶輪的切點(diǎn)跨距中點(diǎn)M 加載荷（見圖5）測量皮帶的撓度y，跨距a 每100mm 產(chǎn)生的撓度為1.66mm 時(shí)的預(yù)緊力為最恰值，載荷G 計(jì)算方法如下：

Z 為皮帶根數(shù)

圖5 皮帶預(yù)緊力示意圖

4.2 檢修維護(hù)

4.2.1 日常維護(hù)內(nèi)容

1）清掃檢查管束和管箱以及翅片的保護(hù)

2）檢查維修相關(guān)法蘭、堵絲及管線

3）檢查風(fēng)機(jī)系統(tǒng)各部件運(yùn)行狀態(tài)

4）校驗(yàn)安全附件

4.2.2 注意事項(xiàng)

1）使用環(huán)境應(yīng)經(jīng)常保持整潔，風(fēng)機(jī)表面保持清潔，進(jìn)、出風(fēng)口沒有雜物，定期清除風(fēng)機(jī)及管道的灰塵等雜物。

2）根據(jù)使用環(huán)境條件下不定期對軸承補(bǔ)充或更換潤滑脂，為保證風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中良好的潤滑，加油次數(shù)不少于1000 小時(shí)/次封閉軸承和電機(jī)軸承，加油用鋰基潤滑油脂填充軸承內(nèi)外圈的1/3,嚴(yán)禁缺油運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有異常聲、電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱、外殼帶電、開關(guān)跳閘、不能啟動等現(xiàn)象，應(yīng)立即停機(jī)檢查。為了保證安全，不允許在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中進(jìn)行維修，檢修后應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)五分鐘左右，確認(rèn)無異常現(xiàn)象再正常運(yùn)行。

4）風(fēng)機(jī)應(yīng)貯存在干燥的環(huán)境中，避免電機(jī)受潮。 風(fēng)機(jī)在露天存放時(shí)，應(yīng)有防護(hù)措施。

5 結(jié)語

通過對空氣冷卻器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及維護(hù)注意事項(xiàng)的深入了解，在生產(chǎn)實(shí)踐中可以對空氣冷卻器出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行提前預(yù)防維護(hù)，降低空冷故障對裝置正常運(yùn)行造成的影響。 同時(shí)，還可以提高空氣冷卻器使用效果，促進(jìn)裝置的優(yōu)化運(yùn)行。

［1］包振軍.PK2801 風(fēng)機(jī)程序控制系統(tǒng)的改造[C]//中國化工學(xué)會2005 年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集.2005.

［2］符艷軍.低壓軸流通風(fēng)機(jī)降噪的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2001，3.

［3］B.?？?通風(fēng)機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1983.