空冷器的设计范文

工业、生产

14 2017年第4期

石油化工装置中空冷器是由空冷器厂家设计并制造

的。设计院工艺专业确定空冷器的形式、规格大小及管嘴

大小，向空冷器厂家提供询价书。管道专业负责确定空冷

器在装置平面布置图中的位置，设计平台、梯子并完成空

冷器进出口管道的设计。根据工艺要求，空冷器可选择湿

空冷或干空冷，目前占地面积小、投资少、便于操作维修

的干式空冷器受到炼油行业的欢迎。平面布置中考虑装置

平面的形状和空间限制等因素，空冷器可布置在框架上方

或管廊上方。本文介绍布置于框架上方的干式空冷器的构

架布置、平台梯子设置、管道布置及管道支架设置，通常

管道支架是和空冷构架统一考虑的。1 空冷器构架布置及管道支架设置

（1）干式空冷器的构架高度通常为3800mm。当空冷

器与不重叠的管壳式后冷却器布置在同一层时，应根据后

冷却器管道安装高度的要求提高空冷器构架的高度，构架

基础高以200~400mm为宜，如图1所示。如空冷器与后冷

却器未布置在同一层平台时，构架基础可取100~200mm。

构架基础由结构专业设计，结构专业需在空冷器构架对应

位置起一定高度的钢结构柱并设底板，与空冷器构架底板通过螺栓连接。

图1 空冷器构架布置图

（2）空冷器通常是集中布置在框架顶层的，因此空

冷器进出口的管线也是集中的。空冷器入口管线具有温度

高、管径大的特点，管嘴承受的应力较大，因此入口管线需要保证一定的柔性，一般入口管道支架会借助空冷构架

采用“门”形框架的形式支撑。这种支撑框架通常有两种

形式：一种是从空冷器构架本身上起柱子，做梁支撑管

线，该部分由空冷厂家设计。结构专业在就近的平台边缘

起柱子，做梁支撑管线，为保证框架的稳定性，结构专业

的柱与梁可与空冷器构架上的柱与梁连接。这种形式的构

架需要空冷器构架的每一跨两侧预留出柱子升起的空间，

适用于框架跨距与空冷器构架跨距不相同的情况。另一种

形式是不借助空冷构架，结构专业从空冷构架外500mm处

及平台边缘对应位置另起立柱，做梁以支撑管线。这种框

空冷系统在伊拉克一电厂中的设计应用

刘夙 余钢捷

提要: 结合空冷系统在电厂中的设计应用，指出了工业企业在节约用水、合理使用水资源、保护自然环境等方面的发展方向。

关键词: 空冷 湿冷 干式冷却塔 湿式冷却塔 干球温度 湿球温度 电厂 应用

1 工程概况及气候特征

伊拉克MULLA ABDULLAH电厂位于伊拉克北部的MULLA ABDULLAH，该地区为戈壁滩，具有典型的中东气候特点，最高环境气温为50℃，最低为0℃，全年降雨极少，相对湿度为20%～80 %，水在当地是极其珍贵的资源。

电厂装机容量为6×38MW燃煤机组。电厂水工部分的设计均采用中国设计标准。为满足主机发电所需的冷却用水，水工配套部分需冷却总水量为1770m3/h，每台燃煤机组为295m3/h。

在用水量较大的发电厂中，应用冷却塔循环供水系统是非常必要的，因为它不仅可以节约用水、降低发电成本，而且在环境保护及水资源合理应用上意义重大，故冷却水系统设计为单循环供水系统。

2 空冷原理及特点

水的冷却过程是通过蒸发散热和传导散热实现的，水温随之降低。冷却塔是利用空气与水的接触来冷却水的装置。按循环供水系统中循环水与空气是否直接接触，冷却塔可分为三种：敞开式(湿式)、密闭式(干式)和混合式(干湿式)。湿式冷却塔是指热水与空气直接接触、蒸发散热和传导散热同时进行的敞开式循环供水系统；干式冷却塔是指热水和空气不直接接触，冷却介质为空气，热水的冷却是在空气冷却器中实现的，所以只单纯传导散热；干湿式冷却塔是指热水与空气进行干式冷却后再进行湿式冷却的构筑物。

传统的电厂循环水冷却方式通常采用湿式冷却塔，其设计是以湿球温度为基础，采用敞开式系统；而空冷系统则是采用干式冷却塔作为循环水冷却的一种方式，是一个密闭式的循环水系统，即循环水通过空冷器中的盘管和散热翅片与空气进行热交换，达到循环水降温的目的，其设计是以干球温度为基础的。

科学技术创新2020.18浅析空冷器管束设计、制造、检验技术高少平（大庆石油化工机械厂有限公司，黑龙江大庆163000）由于空气冷却器是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备。它由许多零部件构成，但其中最主要的几个部分是：管束、风机、构架以及百叶窗，管束作为检验空冷器性能的主要部件，其质量的高低直接影响着空冷器换热能力也就是空冷器的冷却效果，因此必须要做好空冷器管束的设计、制造以及检验工作。1空冷器管束设计技术1.1翅片管的类型选择在空冷器当中，翅片管是最主要的换热元件，因此在设计空冷器管束的结构前，首先就要确定好翅片管的结构类型，而这需要根据使用者对空冷器的具体要求来决定。当前存在于市面上的翅片管类型有很多，常用的有L型绕片型翅片管、LL型绕片型翅片管、镶嵌式翅片管、双金属轧片式翅片管等。这些翅片管在使用时都有一些注意事项，例如L型绕片型翅片管不能应用在湿式空冷器当中，由于湿式空冷器内部的空气水含量较多，可能从翅片根部缝隙对换热管产生腐蚀，从而使换热管产生泄漏，进而影响使用；而双金属轧片式翅片管是由铝管与换热管套轧构成，换热管整体紧密地包裹在套轧管内，翅片不会产生松弛，这样就有效的避免了腐蚀的问题，但是其造价相对较高。因此在选用翅片管时必须要根据实际的需求来选择。1.2翅片管支撑的结构设计在空冷器当中，是通过排布多个翅片管来实现对空气中热量的交换，因此为了使翅片管之间的位置稳定，通常情况下会使用波纹板等对翅片管进行支撑。在整个管束的结构中，最主要的影响因素就是翅片管因空气的流动而产生的振动，长期的振动会降低翅片管支撑的结构稳定性，从而使其失效，因此常见的解决方法是将受空气流动影响最大的空气进出口处的翅片管支撑进行固定，这样就会降低整体的振幅，从而减轻振动带来的影响。再一个问题就是翅片管的受力问题，翅片管支撑在长时间工作后容易产生或多或少的变形，这样就会使翅片管得不到有效支撑，其解决方法是通过将翅片管的支撑结构焊接在管束横梁上，从而增强其结构的稳定性。1.3管箱结构设计管箱是整个空冷器的最主要的承压部件，因此在管箱的结构设计当中最主要的就是要考虑管箱的承压能力是否符合标准。当前在实际设计中最常见的管箱结构有三种，分别是：锻焊结构、集合管结构与矩形板结构。锻焊结构与集合管结构由于自身的整体性，受力结构合理，适用于高压工况，但对制造要求较高，造价较高，矩形板结构的管箱由于其拼接的结构突变特性，易产生应力集中等问题不适用于高压工况，但其生产制造条件简单，造价较低，具有较高的经济效益，是目前应用最广泛的一种管箱结构。2空冷器管束制造技术2.1换热管与管板接头技术除可卸盖板、可卸帽盖式管箱（均属矩形板结构管箱）外，其余类型管箱很难拆开管箱对换热管与管板接头进行堵漏等维修，因此换热管与管板接头一定要确保密封的可靠性与持久性。换热管与管板接头有强度胀、强度焊、强度胀加密封焊和强度焊加贴胀等形式，一定要严格按照设计文件的要求施工，必要时进行换热管与管板接头胀焊等工艺评定，制定合理的施工工艺。对于焊接接头一般采用氩弧焊打底，焊缝至少焊两遍，以保证焊缝质量。2.2管箱焊接及热处理技术空冷器管箱焊接量大，限于结构特点只能采用单面焊双面成形，且均为角焊缝，焊接难度大，要制定合理的焊接工艺保证焊缝全焊透，并且尽量减少焊后变形，特别是隔板、拉撑板的焊接，要防止焊缝与管头及丝堵孔发生干涉，焊接坡口宜采用40°~45°，坡口钝边1mm，或不留钝边，坡口钝边或尖角处间隙1~2mm，这样既有利于焊透，又可减少焊接量。管箱焊后是否进行热处理按图纸要求，若要求热处理，必须编制严格的热处理工艺，对管箱进行整体或局部热处理，以消除或减少焊接应力。3空冷器管束检验技术3.1管箱焊缝检查管箱焊缝的检测要求应在图纸中明确，因为管箱结构的特殊性，对于要求进行焊缝内部缺陷检查，但不能按照GB/T150的要求用射线照相来检查管箱焊缝，应在焊缝背部铲平或刨削后，用磁粉或液体渗透的方法对其根部焊道和最终焊道进行全面检查。焊缝的硬度检查则应在各种规定的热处理后进行，应检查有代表性的焊缝，包括接管与管箱焊缝。对于碳摘要：空冷器全称叫做空气冷却式换热器，广泛地应用于石油、化工、冶金及电力等行业中。由于空气的获得非常方便，且利用空气来进行冷却相对更加环保，因此空冷器已逐渐代替水冷器成为越来越多的企业的首选。管束是整个空冷器的核心部分，它决定着整个空冷器的冷却能力，基于此对空冷器管束的设计、制造以及检验技术进行简要的分析，以期对空冷器管束的加工生产有所裨益。关键词：空冷器；管束设计；管束制造；管束检验中图分类号：TQ051.5文献标识码：A文章编号：2096-4390（2020）18-0038-02

本工程间冷塔的设计主要依据相关工程经验及导则，采用TMCR及TRL工况的排气量、焓值进行设计，在具体计算中，冷却塔出水必须同时满足TMCR和TRL两种工况，以其中不利工况为计算依据，本工程中TMCR为不利工况，其中设计工况：

凝汽量：TMCR工况凝汽量

设计气温： 14℃

设计背压（汽轮机排汽口处）：10kPa

设计循环冷却水凝汽器进口水温： 33.5℃（招标要求）

夏季满发工况：

凝汽量：TRL工况凝汽量

夏季满发温度： 32℃

主机TRL工况设计背压： 28kPa

设计最高循环冷却水凝汽器进口水温： 54℃

本工程在计算冷却塔出水水温时，已充分考虑大风、扬尘以及结垢等不利影响，在计算过程中采用传热系数取90%，抽力增加4%等措施来消除这些不利影响，满足出水水温的要求。在采取以上措施后，结合相关工程经验及导则，我们确认循环水冷却水进口水温（冷却塔出水水温）再保留1℃余量，即TMCR工况下循环水冷却水进口水温（却塔出水水温）为32.5℃，TRL工况下循环水冷却水进口水温（却塔出水水温）为53℃。散热器迎面风速优化取值1.49m/s。

两种工况的温升均按照10℃考虑，即TMCR工况循环水冷却水出口水温（却塔进水水温）为42.5℃；TRL工况循环水冷却水出口水温（却塔进水水温）为63℃.

循环水温保留1℃余量是比较合适的，如保留余量过高，今后实际运行中背压可能接近阻塞背压，对机组出力增加不大，同时对冬季的防冻也增加了困难。

根据以上进出塔水温，我方间冷塔方案为：

方案 单位 数值

工况参数：

设计工况TMCR

设计环境温度 ℃ 14.00

循环冷却倍率 55 汽轮机排汽量 t/h 682.1