石油化工裝置空冷器的布置與管道設計

于暢 中藍長化工程科技有限公司

化工裝置中空冷器及其管道的合理布置方案是保證設備換熱效率，裝置安全可靠運行的前提。隨著裝置的大型化，新建化工裝置通常都有裝置布置緊湊，配管空間緊張，對裝置布置及管道設計要求更高。化工設計院的裝置及管道布置專業設計人員在工作過程中，要做到滿足設計規范、工藝流程、符合廠家要求、保證生產安全，還要做到布置的整體美觀、方便檢修及日常操作等。

一、石油化工裝置空冷器

空氣冷卻器（以下簡稱“空冷器”）是利用空氣作為冷卻介質將工藝介質（熱流）冷卻到所需溫度的一種換熱設備。一般來說，工業上，介質溫度低于120℃時，熱量回收代價比較大或因熱源的分散性和間歇性而難以綜合利用，這部分熱量大多經空冷器換熱后排放到大氣中。空冷器全稱叫做空氣冷卻式換熱器，廣泛地應用于石油、化工、冶金及電力等行業中。由于空氣的獲得非常方便，且利用空氣來進行冷卻相對更加環保，因此空冷器已逐漸代替水冷器成為越來越多的企業的首選。

二、空冷器布置

某石化項目的空冷器均為水平鼓風式，參考規范要求，集中布置在裝置管廊的上方以充分利用空間。布置時分為獨立的三組，中間留出通道方便操作人員通行，也可以避免集中布置時，在布置方向上產生較大的熱膨脹量；采用鼓風式的通風方式時，出口的風速較低，上風向側空冷器排出的熱風易被下游空冷風機抽回，形成熱風循環的可能性較大。為降低熱風循環對空冷器性能的影響，所有空冷器的管束和鼓風機安裝在同一高度，使吸風斷面處于同一水平上。

項目所用空冷器構架長度為11700mm，而主管廊構架寬度13500mm，布置時將空冷器構架靠管廊一側，使其一邊落在管廊構架柱子上；在另一側留出通道和檢修場地，其柱子可以根據需要升高，作為空冷器入口管道的支撐。當管廊與空冷器構架寬度一樣時，為支撐空冷器平臺和進出口管道，需要單獨設置立柱；而采用本文的布置方法，可以利用管廊構架升起作為支撐，減少懸挑結構的使用；同時由于管廊構架比空冷構架寬1800mm，又可以避免管廊立柱升起時碰到空冷器檢修平臺。管廊兩側的地面預留的空地和冷換設備管束抽出區均可作為空冷器吊裝檢修區。為了方便管束的檢修和百葉窗角度的調節，每組空冷器的四周均設置了寬800mm的平臺，空冷器電機的檢修平臺則直接利用管廊19.00m平臺。空冷平臺與管廊平臺間采用直梯相連接，利用管廊已有斜梯通向地面，作為安全疏散通道。

三、空冷器管道設計

（一）基本要求

空冷器的配管在符合工藝流程的要求之外，還應滿足操作檢修及日常維護的需求。管道專業設計人員在考慮管道走向布置時，同時還需要規劃電氣、儀表橋架的位置，避免與管道安裝的交叉碰撞，并將預留的橋架位置提給下游專業確認。在化工行業中，管道內介質通常含有硫分，當物料冷卻至露點溫度以下時，含硫的蒸汽就會對管道造成腐蝕。為了避免管道末端發生低溫露點腐蝕，各級管道之間還應盡可能使用彎頭進行連接，減少管道的末端導致的不流動的死區。

（二）防偏流的設計要點

隨著裝置規模的大型化，目前化工裝置多數采用多臺空冷器成組布置的方案。為保證物料進料分配均勻，入口管道壓降一致，保證空冷器效率，空冷器的入口管線應采用對稱布置。進料總管至空冷器入口應逐級變徑，分流前的上一級總管還應保持一定長度，以保證物料有足夠的空間分配均勻。對于含有硫分的氣體物料，為避免管道死區，不應使用三通加管帽的形式，集合管兩端應采用彎頭連接。空冷器的出口管道也應采用對稱布置，減少管道壓降不同對空冷器入口分流的影響，出口管線可直接匯和至一根集合管后接走。

（三）管道應力要求及設計要點

在管道設計過程中，空冷器的管道布置還應做到對稱布置、美觀、無液袋、管路有足夠的柔性。當空冷器上游設備與空冷器入口管道較近時，可通過管道П形布置，增強管道柔性，以滿足空冷器廠家對管口受力的要求，如果廠家沒有提出相關需求，可采用API661相關要求進行校核。一般情況下，通過管道固定點位置的設置，使管道膨脹方向與設備膨脹方向一致，減少管道對設備管口的附加力。

四、管束材料的合理選擇

（一）抗硫化氫材料應用

國內設計院及大型石化企業陸續研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo等抗濕H2S 應力腐蝕材料，具有良好的耐腐蝕效果，可抵抗濕硫化氫環境，價格相比于10 號鋼略高。當下，國內諸多空冷器廠家在進行管束抗硫性分析中，已經將08Cr2AlMo材料當作高硫分原油的首選換熱器原料。

（二）超級不銹鋼

超級不銹鋼的抗腐蝕效果良好，具相關資料統計，超級不銹鋼的耐受性極大，可抵抗點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等常見現象。此外，400℃以下進行該材料的使用可避免晶間腐蝕現象的發生。如若工藝介質中含有氯離子，其耐應力腐蝕作用也會相對較高，比一般的Cr-Ni 合金不銹鋼抗腐蝕性高。因此超級不銹鋼已經成為石化空冷器未來發展的常見材料。

（三）雙相鋼的應用

國內雙相鋼應用中，一般含鉻雙相鋼具有耐孔腐蝕性高的特點，尤其是鉻含量在25%狀況下的雙相不銹鋼，更具有較為穩定的抗腐蝕效果，耐腐蝕性較316L 更加突出。部分設計人員可能會考慮該材料是否會發生奧氏體不銹鋼析出碳化現象，是否會出現晶間腐蝕問題。工程實踐表明：雙相鋼在高溫狀況下也未析出碳化物，不會發生明顯的晶間腐蝕。

五、結束語

空冷器主要由管束、風機、構架三個基本部分和百葉窗、梯子、平臺等輔助部分組成。其以環境空氣作為冷卻介質，與水冷相比，空冷節約用水，操作費用低，即使風機出現故障仍可保持30%～40%的自然冷卻能力，因此空冷器被廣泛用于煉油、化工和電力等行業。