空冷器設(shè)備及管道布置要點分析

孟 卉

(中石化寧波工程有限公司 工藝安裝室， 浙江 寧波 315103)

空冷器設(shè)備及管道布置要點分析

孟 卉

(中石化寧波工程有限公司 工藝安裝室， 浙江 寧波 315103)

從實際項目出發(fā)并結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定對空冷器的布置的多個要點進行探討分析，并結(jié)合空冷器進出口管系的特點，重點剖析管道的防偏流且滿足應(yīng)力計算要求的布置類型。

空冷器；管道布置；防偏流；應(yīng)力計算

空冷器在水源匱乏的地區(qū)是主要的冷換設(shè)備，其具有節(jié)水、環(huán)保的優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用。為達到較好的冷卻效果，空冷器一般都多個成組布置。

石油化工裝置中常見的空冷器按管束布置方式可分為水平式和斜頂式；按通風(fēng)方式可分為鼓風(fēng)式(風(fēng)機在管束下側(cè))和引風(fēng)式(風(fēng)機在管束上側(cè))；按冷卻方式可分為干式、濕式和干濕聯(lián)合式；按管程數(shù)分單管程(進出管口位于空冷器兩側(cè))和雙管程(進出管口位于空冷器同一側(cè))。

1 空冷器的設(shè)備布置

空冷器一般布置在管廊的頂層，或成組布置在獨立的構(gòu)架上，布置空冷器時應(yīng)滿足國家和石化標(biāo)準(zhǔn)對其布置的一般要求，注意與其他設(shè)備及構(gòu)筑物的凈空和凈距，并考慮吊裝及管束和電機的檢修需要。

1.1 空冷器布置應(yīng)避免熱風(fēng)循環(huán)

空冷器是利用空氣冷卻管內(nèi)介質(zhì)的冷換設(shè)備，空冷器入口處的空氣溫度對其工作性能有很大影響，避免熱風(fēng)循環(huán)對空冷器的布置尤為重要[1]。

為了減少或避免受溫度較高設(shè)備的影響，空冷器應(yīng)布置在裝置全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)向。

多臺空冷器應(yīng)成組布置，其間不留間隙。多組同類型空冷器若受條件限制不能一起布置時，多組空冷器應(yīng)布置在同一高度，或采取其它防止熱風(fēng)循環(huán)的措施。

引風(fēng)式空冷器與鼓風(fēng)式空冷器不宜混合布置，須混合布置時，應(yīng)使引風(fēng)式空冷器的管束同鼓風(fēng)式空冷器的風(fēng)扇標(biāo)高基本平齊，另外，應(yīng)將引風(fēng)式空冷器布置在鼓風(fēng)式空冷器的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)[2]。

1.2 空冷器平(豎)布置及梯子平臺的設(shè)置

空冷器的選型應(yīng)首先考慮將空冷器布置在管廊或構(gòu)架上的尺寸要求。為使布置合理，水平式空冷器本體構(gòu)架柱腳跨度盡量與下部支撐構(gòu)架跨度一致，以利于進出口管道、平臺的布置、設(shè)計及下部支撐結(jié)構(gòu)(管廊)的受力。同時空冷器布置時應(yīng)考慮到其管道布置的特殊要求，對于塔頂?shù)娇绽淦鞯臍庖汗艿溃瑧?yīng)步步低布置，不應(yīng)出現(xiàn)U 形彎，管道要盡量短，并且在進行豎面布置時要合理確定從塔頂?shù)娇绽淦髟俚嚼鋼Q構(gòu)架的高差。在空冷器布置時要適當(dāng)規(guī)劃管道，在保證空冷器進出口各總管對稱、滿足應(yīng)力要求的前提下確定空冷器相對于塔或后冷的平面位置。

在空冷器構(gòu)架的四周均要設(shè)800～1200mm寬的連通平臺，方便操作和檢修，進出口管箱側(cè)設(shè)閥門時，平臺可適當(dāng)加寬。平臺高度一般低于管箱底面約600～800mm，應(yīng)保證能操作到空冷器進口管道上的閥門。整個空冷器構(gòu)架平臺應(yīng)設(shè)置不少于兩個通往地面的梯子，最好采用斜梯，梯子間距應(yīng)符合規(guī)范要求。當(dāng)空冷器附近有框架平臺時，應(yīng)考慮設(shè)置連通通道。見圖1。

圖1 成組布置的空冷器平面圖

2 空冷器的管道布置

首先，管道布置設(shè)計應(yīng)符合工藝管道及儀表流程圖的要求；空冷器的管道布置，除應(yīng)執(zhí)行本規(guī)定外，還應(yīng)符合空冷器制造廠的安裝技術(shù)要求；空冷器進、出管道不宜出現(xiàn)袋形；空冷器周圍的管道布置不應(yīng)影響空冷器的檢修及管束的吊裝。應(yīng)根據(jù)制造商資料確認(rèn)空冷器本體的操作、檢修、進風(fēng)、出風(fēng)、管束的吊裝區(qū)域及空間，在管道布置時予以考慮。

空冷器入口管道步步低時，多采用支管增加立“π”的布置方式來增加管系的柔性。管道布置時，應(yīng)特別注意空冷器是鼓風(fēng)式還是引風(fēng)式。

鼓風(fēng)式空冷器，鼓風(fēng)式風(fēng)機在管束下部，其上部空曠，有總夠的空間，可將集合管布置在上部并支撐在空冷器的本體構(gòu)架上。詳見圖2。

圖2 鼓風(fēng)式空冷器管道布置

引風(fēng)式空冷器風(fēng)機在管束上方，管束上部空間被風(fēng)機占據(jù)，管道集合管和π彎只能布置在空冷器平臺上方，在滿足人員同行和操作的前提下利用平臺構(gòu)架支撐，詳見圖3。

圖3 引風(fēng)式空冷器管道布置

從塔頂出至空冷器管道一般溫度較高，高差較大，通常會在每個入口分支管設(shè)立式π形彎，以滿足管道的柔性要求，減少空冷器管口受力。若在空冷器平臺上方布置管道時，凈空應(yīng)不小于2.2m。進出口設(shè)閥門時，宜將閥門手輪朝向平臺側(cè)并傾斜一定角度，便于操作和通行暢通。

2.1 防偏流

空冷器一般都多臺成組布置。由于氣液兩相流會引起管道的振動和破壞。當(dāng)空冷器出入口沒有閥門控制或為兩相流時，管道須對稱布置，使各組空冷器流量均勻。且進出口匯集管不應(yīng)縮徑，另外，在分支前的主管應(yīng)具有一定的直管，使其能等量分配物流，保證傳熱效果。氣液兩相流的管道由一路分為兩路或多路時，管道應(yīng)對稱布置，且進口管道不應(yīng)出現(xiàn)“液袋”。

并聯(lián)的對稱管道布置通常是將一根主管分成數(shù)根，在空間允許的情況下，為不產(chǎn)生偏流使各分支管的流量相等，分支后的支管形狀相同或為對稱型，以形狀尺寸相同為原則。

當(dāng)配管空間不足時，可采用集合管的方式均勻分配流量。集合管的截面積應(yīng)按與其聯(lián)接的各支管截面積之和的1.5倍考慮。當(dāng)管箱上有四個以下管口時，可從管箱一側(cè)進料；當(dāng)管箱上有四～六個管口時，從管箱中間進料；當(dāng)管口多于六個時，需先分兩股進入，見圖4。

圖4 六個以上管口時管道布置

另外，為了能使流體等流量進入各片空冷器，分支前的主管應(yīng)設(shè)至少一倍管內(nèi)徑長的直管段[3]。

當(dāng)使用閥門來調(diào)節(jié)流入空冷器的流量時，管線可以不用對稱布置，但是管內(nèi)要有足夠的壓降，并要采用旋塞或碟閥來調(diào)節(jié)流量。在確保流量被均勻分配上，閥門控制的效果遠(yuǎn)不及管線對稱布置可靠，因此除非必須，盡量不選用閥門調(diào)節(jié)流量的分配。空冷器進出口管線上一般不設(shè)置切斷閥。

無論何種布置方式都應(yīng)將完整的空冷器進口和出口管道布置圖提供給工藝專業(yè)，以便確認(rèn)該管道的布置是否滿足工藝要求。

有氣液兩相的入口集合管下方，可設(shè)置停工排液管道接至空冷器出口管道上。

2.2 布置應(yīng)滿足應(yīng)力要求和制造商的管口受力要求

首先，管道對空冷器管口的作用力和力矩應(yīng)符合制造廠或國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。其次，管道布置應(yīng)具有必要的柔性，在保證管道柔性及管道對設(shè)備管口作用力和力矩不超過允許值的情況下，應(yīng)使管道最短，組成件最少，為了節(jié)省管道的材料，降低管道的阻力降，便于管道支吊架的設(shè)置，空冷器進口集合管應(yīng)靠近空冷器管口布置，如果由于應(yīng)力或安裝的要求，出口集合管可不靠近空冷器管口布置。

與空冷器管口相接的管道必須進行詳細(xì)應(yīng)力計算，在布置上應(yīng)有足夠的柔性。其支架必須按應(yīng)力分析結(jié)果進行設(shè)置。當(dāng)制造廠未提供允許值時，可按API661 的2 倍值進行。空冷器的管嘴不能承受過大的應(yīng)力，否則容易發(fā)生泄露，所以作用在管嘴上的管線和熱脹應(yīng)力之和不得超過制造廠規(guī)定的應(yīng)力范圍，如超過時，可考慮增加入口管部分的柔性，若管道布置滿足應(yīng)力要求有困難時，(管口受力不能超出其耐受力范圍太多)可將應(yīng)力計算的管口受力值及時反饋給供貨商，讓其對管口進行加強處理。

2.3 其他要求

管道布置時要留出電纜匯線槽的位置。電纜匯線槽宜從風(fēng)機檢修平臺下的管廊中部的適當(dāng)位置引入，以避免進、出管廊的管道與其碰撞。

空冷器本體結(jié)構(gòu)一般架構(gòu)在工藝裝置的整體框架或管廊上，空冷器柱腳與鋼結(jié)構(gòu)連接時一般采用栓接方式，柱腳螺栓孔位置及每個柱腳對支撐框架的各種荷載(如靜荷載、風(fēng)荷載、地震組合荷載、活荷載等)數(shù)據(jù)盡早提給土建專業(yè)，以便土建專業(yè)對整個構(gòu)架的設(shè)計和核算。

3 管道支架的設(shè)置

關(guān)于管道支撐：空冷器入口管道較高，如距離較長，往往需在中間設(shè)置專門的管架以支承管道；如管道根數(shù)不多，在工藝允許情況下，可用放大管徑的辦法來取消中間專用管架或由空冷器的構(gòu)架本身來支承；但一般很少這樣做，如果必須支承時，應(yīng)注意不影響管束的檢修，且在空冷器構(gòu)架受力允許范圍內(nèi)。

當(dāng)空冷器構(gòu)架尺寸較大時，為從管廊頂部升起立柱預(yù)留足夠的空間(避免與空冷器檢修平臺相碰)用來支撐入口總管和集合管，必要時應(yīng)考慮將下面的管廊寬度增加，減少懸挑長度。若滿足管道應(yīng)力的條件下，附近構(gòu)筑物無法實現(xiàn)空冷器管道的支撐，也可在設(shè)備上設(shè)立支架，須提交供貨商確認(rèn)并在空冷器上設(shè)預(yù)焊件或支架形式整體制造，見圖5。

圖5 空冷器構(gòu)架尺寸較大時管道布置

4 結(jié)論

空冷器的設(shè)備布置除了要按照流程布置并遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和防火規(guī)范的要求外，主要是在布置空冷器時應(yīng)盡量避免熱風(fēng)循環(huán)，同時應(yīng)考慮各種類型的空冷器布置時對管道布置的影響及梯子平臺的銜接問題。

空冷器的管道布置主要應(yīng)考慮管道的對稱布置，兩相流管道的布置是空冷器管道設(shè)計的核心和難點，應(yīng)根據(jù)工藝包商及工藝專業(yè)的技術(shù)要求來進行設(shè)計。由于空冷器管口受力要求較苛刻，要充分考慮管道的柔性和支撐問題，特別是高溫高壓管道，需要在空冷器本體上設(shè)置管道支架時應(yīng)積極與制造商溝通協(xié)商，同時在合理規(guī)劃管道的前提下應(yīng)滿足通行、操作和檢修的需要。

[1] 李 誠.淺談空氣冷卻器在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 化工設(shè)備與管道, 2002 , 39 (5) :22-23.

[2] 鄭志偉, 朱大亮,王 輝,等.空冷器的設(shè)備及管道布置[J].化工設(shè)計, 2014, 24(3): 30-33.

[3] 張德姜, 王懷義. 石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊[M].北京：中國石化出版社. 2005.

(本文文獻格式：孟 卉 .空冷器設(shè)備及管道布置要點分析[J].山東化工，2017，46(10)：147-149.)

2017-04-01

孟 卉(1983—)，浙江寧波人，工程師，從事化工設(shè)計。

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