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浅析新型表面蒸发式空冷器在石化装置中的应用
作者：秦国民
来源：《中国科技博览》2014年第27期
[摘 要]介绍了新型表面蒸发式空冷器的工作原理、主要性能特点以及在石化装置中的应用实例。应用结果表明，该型设备冷却效果好、结构紧凑、重量轻、操作灵活、运行成本低。 [关键词]蒸发式空冷；原理；性能；应用
中图分类号：TF321.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0083-01 1 新型表面蒸发式空冷器结构及原理
新型表面蒸发式空冷器是由普通换热管组成的一种空冷装置，它由钢板制成的四方形箱体、风机、电机、收水器、喷淋装置、冷却管束、PVC热交换层、循环水泵、补水装置、集水槽、水分配器等部件组成。结构示意图如图一。
新型表面蒸发空冷器将凉水塔和热交换器的功能有限地整合到了单台设备中，主要原理是利用管外冷却水水膜的蒸发汽化潜热和显热带走大量热量，借以把管内流体的温度降低到接近大气温度或低于大气温度。水的比热常温常压为4.2KJ/Kg，普通管壳式换热器，每1kg冷却水能带走16.75～25.12kJ热量，而1kg水在常压下蒸发能带走约2428kJ热量。
工作过程：设备下部集水槽中的冷却水由循环水泵输送到位于光管管束上方水平安装的分配器内，经喷淋装置分配后形成均匀的水流，从上而下流经管束，同时借助引风机的风力使喷淋水完全覆盖在管束表面，形成连续的水膜，这样水借风势，管束内的高温流体与管束外的喷淋水和空气换热效果显著增高，从而使管束内的高温流体冷却或冷凝，喷淋水和空气吸收热量后温度升高，部分水由液态变成水蒸气，热空气中的水被挡水板截住收集到PVC热交换层中。热交换层中的水被流过的新鲜空气冷却，水的温度降低，进入集水槽中，再由循环水泵送入循环系统中，继续循环使用。
2 新型表面蒸发式空冷器主要性能特点
2.1 独特的复合流技术将冷却塔和热交换器结合在一体。省去了单独的循环水系统，不需要冷却塔，相对于传统的带冷却塔的水冷式空冷器，结构更紧凑、体积小、重量轻、占地面积更小。表面蒸发式空冷器比干式空冷器节约空间50%，安装简单，安装工期缩短，减少了安装费用，日常维修工作量小。
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2.2 新型表面蒸发式空冷器同时利用了冷却水的潜热和显热，且充分利用水的汽化潜热，传热效果比普通湿式空冷器提高30%～40%[1]。
2.3 由于干式空冷器冷凝冷却能力受限于环境干球温度，而表面蒸发式空冷器受限于环境湿球温度，而湿球温度一般比干球温度低8～14℃，加上风机引风给设备造成的负压环境，因此同干式空冷器相比，蒸发式空冷器冷凝/冷却温度较低。而冷凝温度每升高1℃，单位流体降温的耗电量将增加3%～3.5%，所以采用表面蒸发式空冷器总功耗也会显著降低，省电节能效果明显。
2.4 新型表面蒸发式空冷器风机为引风机，传热流程采用风、水同向方式，更利于水在盘管上的分布，避免换热管底部出现干点。
2.5 高效换热管束整体热浸锌处理，设备面板镀锌、喷塑双重防腐，设备使用寿命长，外形美观大方。
2.6 管束下方设置高效PVC热交换层，及时冷却换热后的热水，提高换热效率。 2.7 表面蒸发式空冷器内部设置高效收水器，降低水的飘逸率，减少了水的损失。 2.8 设备采用独特的水喷淋系统：喷水量强劲不易结垢、喷嘴防堵设计、水分配系统拆装简便，管束外表易于形成均匀水膜。
2.9 表面蒸发式空冷器适用于入口温度低于80℃以下介质的冷凝冷却，冷凝冷却后的温度可接近或稍低于环境温度[2]。 3 新型表面蒸发式空冷器的用途
新型表面蒸发式空冷器较其他形式的空冷器相比，换热原理先进、传热效率高、机理更加科学、结构更加紧凑可靠、节能环保。无论是新建装置或者旧装置改造都可以应用该设备，可广泛应用于轻工、钢铁、电力、石油、化工、能源等过程行业中的低温冷凝冷却的操作单元。 4 应用实例
大庆石化公司化工一厂老区裂解装置1986年建成投产，第一急冷水冷却器EH-202和第二急冷水冷却器EH-203是急冷水系统关键设备，EH-202共有干式空冷器14台，EH-203共有干式空冷器4台，工艺介质为急冷水，采用引风机强制通风对其冷却，设备单台重量16.8T，实际操作入口温度68.1℃，出口温度54.4℃，急冷水流量EH-202：450t/h，EH-203：550t/h。随着装置生产能力的提高及设备换热能力的降低，在夏季高温季节，急冷水空冷器出口温度达到61℃左右，不能保证装置生产要求，需要向空冷器上浇淋脱盐水，来降低急冷水出口温度，造成了水资源的浪费和设备的腐蚀。
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化工一厂裂解急冷水系统经改造后，配置了新型表面蒸发空冷器EH-202三台、EH-203四台（共计七台设备），替换原8台干式空冷器。单台设备参数为，重量：4295kg；风机电机功率：15KW；水泵功率：2.2KW。
4.1 应用七台新型表面蒸发式空冷器后，化工一厂裂解装置急冷水系统达到了工艺要求。设备运行平稳，解决了装置生产中原干式空冷器换热能力不足的问题，即使是夏季高温季节依然能达到系统降温效果，且吊装、安装方便快捷、便于日常维护。
4.2 七台新型表面蒸发式空冷器安装运行后，与原干式空冷器运行成本做比较，经本次改造后各项节约费用总计约150万元/年，经济效益与社会效益可观。具体如下：
4.2.1 节电：原干式空冷器共8台，单台采用30KW电机驱动风机强制通风冷却。改造后表面蒸发空冷器共7台，单台采用2.2KW水泵和15KW风机配合，每年按运行7500小时，经计算可节约用电约61万元/年。
4.2.2 节水： 原8台干式空冷器夏季高温季节（7、8、9月份）3个月采用浇淋脱盐水，来降低该系统急冷水出口温度，浇淋的脱盐水无法回收，直接流入污水系统。按单台干式空冷器每天浇淋20吨脱盐水。改造为新型表面蒸发空冷后，单台每天消耗脱盐水3吨，经计算可节约的脱盐水费用约为11.2万元/年。
4.2.3 节省清洗费用：为保证裂解装置老区夏季高温季节正常生产，向干式空冷器上浇淋脱盐水的时候，也正值柳絮飘飞的时候。由于浇淋脱盐水的湿附柳絮，致使柳絮会在翅片管之间堆积，造成干式空冷器换热效率下降。为满足正常生产需要，更加需要向干式空冷器上浇淋脱盐水，这样就造成了恶性循环，给装置保持满负荷生产带来了困难。因此每年都需要对空冷器翅片管束进行清洗，清洗费用约30万元/年。
4.2.4 设备及管线由于喷淋水的大量使用，防腐费用平均约50万元/年。 5 结束语
新型表面蒸发式空冷器是一种换热效率高、节能节水、适应性强、性能稳定、结构紧凑、节省占地面积及运行成本低的冷凝冷却设备，对于低温介质的冷凝冷却具有突出的优势，可更多的应用于石化、电力、冶金及轻工等行业。在当前全球水资源及能源紧张、大力提倡节能和节水的情况下，在上述行业中大力推广应用新型表面蒸发式空冷器产品具有十分重要的经济意义和巨大的社会效益。 参考文献
[1] 杨志毅，苏芳云.表面蒸发式空冷器在气体分馏装置中的应用.化工机械，2000；27（5）.
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[2] 武耀祖等.表面蒸发式空冷器在轻烃回收装置中的应用.天然气工业，2003；23（5）. 作者简介
秦国民（1982年出生），男，助理工程师。2007年毕业于东北石油大学化学工程与工艺专业，现在大庆石化公司机械厂从事工艺设计工作。
