化工空冷器的设备布置及管道布置设计

周航

省市：湖北省武汉市

邮编：430223

摘要：作为当下较为常见的热交换设备，空冷器是将空气作为冷介质进行换热，高温介质一般从管内流通，通过换热元器件与空气形成对流热交换，与传统水冷却相比，空冷器具有节水、环保的特点，可大幅降低工业废气废水的排放，且设备运营维护成本较低，其中干式空冷器具有占地小、投资少、操作简单的优势，是当下石化行业中应用最为广泛的空冷形式。从空冷器平面布置、占地、空间限制等考虑，需要加强管道布置、平台布置方面的管理。一般状况下空冷器管束分为斜顶、水平两种形式，管程包括单管程、双管程等。本文从空冷器布置方法、管道走向等进行了分析，旨在为设计工作奠定一定的理论基础。

关键词：化工空冷器;设备布置;管道布置设计

引言

对于石油化工行业而言，空冷器是一种常见的设备，该种设备主要对介质进行换冷使用，在对其进行设计安装的过程中，除了需要满足介质的换冷需求以外，还具有一定的特点和要求，与传统的水冷设备相比，空冷器的使用可以节约大量的水资源，同时，可以避免水资源的污染问题，目前，空冷器已经得到了大面积的推广和使用［1］。对于空冷器的安装设计问题，如果设计不当，不但会使得介质换冷效率大大降低，同时，还会引发一定的安全事故，因此，十分有必要对空冷器及其配管的安装及设计进行研究，并对管道进行应力计算和校核。

1空冷设备布置分析

1.1避免热风循环

空冷器是借助环境中空气进行冷却的设备，因此空气入口温度的影响极为突出，对整体换热效果具有不可低估的作用，必须加强热风循环现象的防治。从避免外界热风、高温设备影响的角度出发，空冷器一般需要布置在全年最小频率的下风向。对于多台空冷器进行处理中，一般是采用成组布置的方法[2]，不可在其间留有空隙。多组同类空冷设备如果无法进行同时布置处理中，尽量将其维持在同一海拔高度，这是避免热风循环的常规举措。此外，需要引起重视的是引风式、鼓风式空冷设备运行机理不同，一般不建议混合布置，如果受场地要求等必须混合布置时，需要保证引风空冷设备的管束与鼓风设备的风扇维持在一个高度上。此外，需要将引风空冷器布置在鼓风空冷器的最小频率下风向上。

1.2空冷器布置及梯子平台布置的分析

空冷器选型环节中，需考虑设备是布置在管廊之上，还是构架之上。为了保证布置合理，水平空冷器的本体方面，需要保证其构架柱脚跨度与下部支撑吻合，这对管道走向、进出口布置、平台设计等均具有积极的影响，可提高下部支撑结构受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要对管道布置的特殊性进行分析，如塔顶和空冷器的管道连接中，需要考虑低布置的方法，避免“U”形结构的发生，还要缩减管道长度、拐弯等状况，同时竖向布置方面，需要加强塔顶、空冷器之间以及空冷器到冷换构架之间的优化。前期总体设计中，需要对管道进行全面规划，这是保证进出口管应力满足基本要求的方法。对于空冷器构架平台的布置，需要考虑从地面处通往平台的梯子，可采用斜梯、直梯，高度低于10m状况下可采用简单斜梯，梯子间距等设计要求需要满足行业规范。

2空冷器的管线布置

空冷器的管线布置应遵循设计规范，满足对称布置的要求，不产生液袋，保证管路的柔性，并保持一定的美观性，空冷器的入口管道采用对称布置，总管到入口管线应逐级减小口径，入口分支管宜设置π形弯，减少空冷器管口受力，分流前应该设计布置一定长度的直管，以保证均匀分配流量，直管段长度应该大于管子的内径。空冷器的出口也应采用对称布置，可不需要逐级变径，出口管线可直接汇入集合管。

实际走向可根据现场空间进行调整，空冷器入口管线尽量不布置在空冷器上方，如果须布置，必须高度高于2.2m，以便空冷器的安装与检修。管道对空冷器的作用力应符合国家标准的要求，管道布置需要一定的柔性，管道在满足设计要求的情况下尽量最短，组件最少，降低了管道的阻力，进口集合管应靠近空冷器管口布置。空冷器的管嘴必须进行详细的应力计算，保证有足够的柔性，管嘴受力跟直管段长度有关，长度越长，管嘴受力越大。

3空冷器的管道支架布置

空冷器入口管线支架设计可采用门形框架支撑，一种支架是用空冷器上方柱子作为梁，用梁作为支撑，保证框架的稳定，另一种是不借助空冷器构架，从平台边缘另起立柱，一般为0.5m处开外，两种情况的立柱跨距相同，门形架平台均要固定在立柱的梁上面。如果空冷器入口管道较高，需要设置专门的管架支撑，空冷器出口的管道一般设计采用悬臂梁支撑。

空冷器与后冷器布置在同一层平台时，应提高空冷器构架的高度，如果不在同一层平台，构架高度可设计为200mm，构架与空冷器通过螺栓连接。首先，管道对整个空冷设备管口、力矩的设计必须满足行业基本要求。其次，为了提高管道柔性分析，需要加强管口作用力、力矩的管理，避免其超过规定范围等状况的发生，尽量保证管道长度小、附件少。

考虑管道受到介质冲刷阻力的影响，需要对管道支架的位置进行合理布局设计，将其尽量设置在集合管与空冷器接口位置。在满足外界应力、安装需求的状况下，需要避免出口集合管与空冷器管口相连。此外，对空冷器管道进行设计中，布置上必须具有高柔性的特点[3]。相关支架的设计中，如果没有制造厂家提供的允许值，可采用API661相关要求进行设计。

为了避免空冷器管嘴压力过大等现象的发生，需保证管嘴的热胀应力不超过其耐受值。管道布置方面，需要预留出电缆槽，一般从风机检修平台出发，经过管廊后引入，尽量避免进出管廊位置发生交叉干涉等状况。空冷器本体结构方面，需要加强工艺装置、整体框架、管廊的全面分析，一般柱脚采用栓接方法的较多。结合柱脚螺栓位置、支撑载荷等进行处理，并将相关数据及时提供给土建施工方，这是保证整体施工进度的关键。

针对管道支撑进行分析中，需要考虑空冷器入口管道的高度、长度等要素，必要时可在中间设置专门的管架和支撑结构；如果受设计条件限制，管道根数不够，可在工艺允许的状况下放大管道直径，也可以缩减专用管架等方法[4]，这是提高支撑合理性的必要措施，但是需要引起重视的是这不是最佳措施，应该考虑尽量在不影响管束检修的前提下进行构架方面的管理。

如果空冷器的构架尺寸过大，需要从管廊顶部进行立柱建设，并保证预留空间的充足性，实现对总管、集合管的支撑控制，必要时需要加强对管廊下部整体宽度的控制，尽量降低悬挑长度。

结语

空冷器的设备和管道布置具有一定的共性，根据空冷器的规格、管道中的介质、管道布置等不同情况，以及现场实际空间情况有不同的设计要求。空冷器及其管道的布置既要求要符合工艺要求和设计规范，又需要有一定的美观性，便于合理操作，保证安全生产。

参考文献

[1]马秀云.论述汽轮机直接空冷系统的设备与管道布置[J].化工设计通讯，2017，（05）：103+147.

[2]孟卉.空冷器设备及管道布置要点分析[J].山东化工，2017，（10）：147-149.

[3]马向荣，李飞飞.石油化工空冷器的设备布置及管道布置设计[J].石化技术，2017，（04）：14-15.

[4]郭玉霞.炼油厂余热回收制冷凝结水联合单元平面布置研究[J].广东化工，2016，（04）：102-103.