空冷器的設備布置及管道布置設計

任亮

摘 要：空冷器具有節水、環保的優勢，在水資源匱乏地帶廣泛的應用。為了達到良好的冷卻效果，空冷設備一般采用成組的布置方法。本文結合行業標準、實際狀況等進行了空冷器布置方法的分析，并結合空冷器管系特點，針對管道布置要素等進行了分析，從防偏流出發進行探討，旨在提高構架、管道布置的合理性。

關鍵詞：空冷器；設備布置；管道布置；構架

中圖分類號：TQ051 文獻標志碼：A

0 前言

作為當下較為常見的熱交換設備，空冷器是將空氣作為冷介質進行換熱，高溫介質一般從管內流通，通過換熱元器件與空氣形成對流熱交換，與傳統水冷卻相比，空冷器具有節水、環保的特點，可大幅降低工業廢氣廢水的排放，且設備運營維護成本較低，其中干式空冷器具有占地小、投資少、操作簡單的優勢，是當下石化行業中應用最為廣泛的空冷形式。從空冷器平面布置、占地、空間限制等考慮，需要加強管道布置、平臺布置方面的管理。一般狀況下空冷器管束分為斜頂、水平兩種形式，管程包括單管程、雙管程等。本文從空冷器布置方法、管道走向等進行了分析，旨在為設計工作奠定一定的理論基礎。

1 空冷設備布置分析

1.1 避免熱風循環

空冷器是借助環境中空氣進行冷卻的設備，因此空氣入口溫度的影響極為突出，對整體換熱效果具有不可低估的作用，必須加強熱風循環現象的防治。從避免外界熱風、高溫設備影響的角度出發，空冷器一般需要布置在全年最小頻率的下風向。

對于多臺空冷器進行處理中，一般是采用成組布置的方法，不可在其間留有空隙。多組同類空冷設備如果無法進行同時布置處理中，盡量將其維持在同一海拔高度，這是避免熱風循環的常規舉措。此外，需要引起重視的是引風式、鼓風式空冷設備運行機理不同，一般不建議混合布置，如果受場地要求等必須混合布置時，需要保證引風空冷設備的管束與鼓風設備的風扇維持在一個高度上。此外，需要將引風空冷器布置在鼓風空冷器的最小頻率下風向上。

1.2 空冷器布置及梯子平臺布置的分析

空冷器選型環節中，需考慮設備是布置在管廊之上，還是構架之上。為了保證布置合理，水平空冷器的本體方面，需要保證其構架柱腳跨度與下部支撐吻合，這對管道走向、進出口布置、平臺設計等均具有積極的影響，可提高下部支撐結構受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要對管道布置的特殊性進行分析，如塔頂和空冷器的管道連接中，需要考慮低布置的方法，避免“U”形結構的發生，還要縮減管道長度、拐彎等狀況，同時豎向布置方面，需要加強塔頂、空冷器之間以及空冷器到冷換構架之間的優化。前期總體設計中，需要對管道進行全面規劃，這是保證進出口管應力滿足基本要求的方法。

空冷器構架方面，需要保證其四周平臺寬度在800mm～1200mm，這是從設備維護、檢修便利度出發進行的設計，管箱需要在進出口位置設置對應閥門，閥門處的平臺寬度需要適當加寬。且空冷平臺與管箱的間距需要不低于600mm，以能看到管道閥門為基本原則。對于空冷器構架平臺進行設置中，需要考慮從地面處通往平臺的梯子，可采用斜梯、直梯，高度低于10m狀況下可采用簡單斜梯，梯子間距等設計要求需要滿足行業規范。

2 空冷器管道布置

首先，管道的布置設計需要滿足工藝規范、儀表安裝要求導尿管；管道布置除了滿足行業規范外，還要考慮空冷制造廠家的工藝技術條件等；管道進出口區域不可進行袋形設計；管道設計中需要考慮設備后期檢修、維護等操作合理性，不可影響檢修、管束吊裝等。需要結合制造商基本條件等對空冷器本體進行操作、檢修、進出口、管束吊裝的全面分析。當空冷設備的入口管道較低時，可采用“π”形布置，這是提高管道柔性的措施。

需要引起設計人員關注的是，鼓風、引風空冷器中，管道的布置形式存在較大差異。前者風機位于管束下端，上部空間較為寬廣，可將集合管放置在上部，讓其起到支撐空冷器本體構架的作用。而引風式空冷器的布置中，風機在管束上端，管束上部的風機占用了大部分空間，管道集合管、π形彎頭一般需要設置在平臺上端，從而起到為操作、檢修人員提供平臺的目的。

2.1 防偏流

空冷器大部分是多臺成組布置。換熱過程中存在氣體、液體兩種狀態，易引發管道振動、破壞問題，從降振角度出發需要保證管道對稱布置，保證空冷器流量的均一性。同時進出口管道的匯集位置不可進行變徑處理，分支前的大主管道必須為直觀，這是保證流體介質等流量分配、傳熱效果明顯的基礎。

并聯管道布置中，一般是一根主管、多跟分支管，空間允許的狀況下，需要將管道設置成對稱、相同形狀的結構，這是維持流量均勻性的基礎。如果配管空間不足，需要采用集合管的方法對流量進行均分處理，結合管與支管的橫截面積總和的比需要維持在1.5左右。

此外，從流體等量均分的角度出發，在空冷器分支前，可設置一段等內徑的直管。如果工藝控制操作中采用閥門進行流量調節，可不考慮管線對稱的設計原則，但是務必加強管內壓降控制，可采用蝶閥、旋塞閥等進行處理。但是實踐經驗表明，閥門控制與對稱管布置相比，效果較差。因此，盡量避免閥門調節閥進行的流量處理，且出口管線位置不可設置切斷閥。

2.2 應力要求及其他受力分析

首先，管道對整個空冷設備管口、力矩的設計必須滿足行業基本要求。其次，為了提高管道柔性分析，需要加強管口作用力、力矩的管理，避免其超過規定范圍等狀況的發生，盡量保證管道長度小、附件少。其次，考慮管道受到介質沖刷阻力的影響，需要對管道支架的位置進行合理布局設計，將其盡量設置在集合管與空冷器接口位置。外界應力、安裝需求的狀況下，需要避免出口集合管與空冷器管口相連。

此外，對空冷器管道進行設計中，需要加強應力方面的詳細設計，布置上必須具有高柔性的特點。相關支架的設計中，如果沒有制造廠家提供的允許值，可采用API661 相關要求進行設計。為了避免空冷器管嘴壓力過大等現象的發生，需保證管嘴的熱漲應力、管線應力之和低于管子應力。特殊狀況超過規定范圍時，可采用增加管子柔性的處理方法。

2.3 其他要求

管道布置方面，需要預留出電纜槽，一般從風機檢修平臺出發，經過管廊后引入，盡量避免進出管廊位置發生交叉干涉等狀況。

空冷器本體結構方面，需要加強工藝裝置、整體框架、管廊的全面分析，一般柱腳采用栓接方法的較多。結合柱腳螺栓位置、支撐載荷等進行處理，并將相關數據及時提供給土建施工方，這是保證整體施工進度的關鍵。

3 管道支架的設置

針對管道支撐進行分析中，需要考慮空冷器入口管道的高度、長度等要素，必要時可在中間設置專門的管架和支撐結構；如果受設計條件限制，管道根數不夠，可在工藝允許的狀況下放大管道直徑，也可以縮減專用管架等方法，這是提高支撐合理性的必要措施，但是需要引起重視的是這不是最佳措施，應該考慮盡量在不影響管束檢修的前提下進行構架方面的管理。

如果空冷器的構架尺寸過大，需要從管廊頂部進行立柱建設，并保證預留空間的充足性，實現對總管、集合管的支撐控制，必要時需要加強對管廊下部整體寬度的控制，盡量降低懸挑長度。如果管道應力可以滿足基本要求，也可設置支架、焊接預埋件、支架等裝置。

結語

空冷布置方面，需要加強流程分析、防火規范控制等要素，盡量降低熱風循環、布置不當等導致的問題，同時需要結合場地大小、空間要求、布置方法等對空冷器管道等進行全面規劃。

參考文獻

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