板式空冷器在气体分馏装置中的应用探讨.pdf
王树胜++张君满
[摘 要]东方石化60万吨/年气分装置脱丙烷塔和丙烯塔顶冷却器，使用复合表面蒸发式空冷器，复合表面蒸发式空冷器建设投资与普通循环水冷却器相当。复合表面蒸发式空冷器结构设计比较合理；装置气密实验工作量小，冷却效果较好，节能效果明显；而且布局合理，有效使用空间位置，节约使用土地；与普通循环水冷却器相比，体现出较多的使用优势，复合表面蒸发式空冷器在本装置得到较好应用。
[关键词]设计合理；现场布局；气密工作量小；运行稳定；节能降耗；
中圖分类号：TQ05 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0350-01
中海油东方石化有限责任公司气分装置公称设计规模60万吨/年，本装置按三塔流程设计，包括脱丙烷部分、脱乙烷部分、精丙烯部分和公用工程部分。脱丙烷塔和丙烯塔的塔顶冷却器采用了复合表面蒸发式空冷器与循环水冷却器串联的工艺设计。脱丙烷塔顶空冷器有3台，位号为A-1101A～C，与后冷器E-1103AB串联；精丙烯塔B顶空冷器有13台，位号为A-1102A～M，与后冷器E-1107AB串联，复合式表面蒸发式空冷器共16台。（工艺流程简图如下图所示）。
本套气分装置自从2014年2月1日投用生产以来，已经连续运行16个月，产品质量合格，降低了生产成本，而且现场布局合理，操作方便。（见图1）
1 复合式表面蒸发式空冷器简介
1.1 理论基础、设计理念 及适用工况
1.1.1 理论基础
复合表面蒸发式空冷器以潜热换热、显热换热的基本理论为基础，将蒸发式、空冷式、水冷式等多种冷却方式优化组合，利用一项动力完成两项或多项任务，实现冷凝冷却技术新突破，拓展了潜热换热新思路，达到节能、节水、环保、占地面积小、投入低的综合效果。具有结构稳定可靠，适用范围广，冷却效果好等显著优势。
1.1.2 设计理念
模块化柔型结构设计，性能稳定可靠，制造操作检修方便；蒸发式、冷却式和湿式空冷器优化组份，进行大温差冷却，节能节水；采取预冷却的措施，大大减缓了蒸发冷凝的管外结垢；蒸发冷凝的引风机和空冷的通风机合二为一，实现动力利用；可根据系统需要，合理调整空气冷却作用与蒸发冷却作用的结构比例，实现最佳节能节水效果；风机部分变频控制，冷却温度恒定，能耗最低。
2 结构组成及特点
2.1 结构组成
每台表面蒸发式空冷器主要组成部分有：下部的水箱、上部的轴流风机、内部的冷凝盘管、外部的管道泵、以及冷却水喷淋装置、进风口百叶窗、外护板。每台复合表面蒸发式空冷用除盐水作为冷却介质，2台管道泵作为除盐水循环泵，分别为P1、P2；空冷器顶部设有四台风机，分别为K1、K2、K3、K4，其中位号K1风机为变频风机，可在DCS画面通过操作风机转速以调节冷却效果，控制塔顶压力。具体结构如下图所示：（见图2）
2.2 空冷风机
通过风机的强制对流，使得冷空气穿过翅片，将管内热物料冷却或冷凝，风机叶片材质为玻璃钢B，叶片数量为6片。
2.3 冷凝盘管
将进、出口阀门与盘管组成若干换热模块，根据换热量和环境条件变化，实施动态调节，更进一步满足系统运行的稳定，降低运行费用减少能耗，便于运行能量调节、维护检修。
盘管采用整体热浸锌防腐工艺：换热管束在焊接成型后再进行478℃的整体高温热浸锌（GB/T13912），消除了防腐死角，提高了整体防腐能力，降低了管内的残余应力，提高了系统可靠性。
各流程管路沿流向倾斜一定角度，便于液体工质流出，在减小管内层流层厚度的同时减小了设备进出口压降。
3 复合表面蒸发式空冷器与干式空冷器和循环水冷却器相比较的优点
3.1 干空冷的缺点：主要有占地大、耗电多、投资高、翅片堵、翅片结垢、风速小、热阻大，管外传热系数减小、设备传热效果变差。
水冷器的缺点：造价高、易泄漏、用水量大、结垢后难清洗、管外传热系数减小、停车后必须开封头清洗。
相较于干空冷、水冷器，东方石化使用的复合表面蒸发式空冷的主要优点：
1.柔型结构设计，有利于消除盘管热应力，运行安全可靠；
2.模块化设计，制造、安装、检修、维护方便；
3.运用先进换热机理，冷却终温低，换热效率高；
4.空冷、蒸发；水冷多元组合，适用范围广，防垢性能好；
5.节能节水环保，投资性价比高，运行费用低；
6.管型、管数、管长、管程等优化配比，实现高效传热；
7.换热部件整体热浸锌防腐处理，设备使用寿命长；
8.占地面积合理，布局适应性强；
9.运用变频等自动控制技术，工艺指标控制精确；
10.表面护板镀锌喷塑双重防腐，外形美观大方。
3.2 大大减少气密工作量，缩短开工气密时间
东方石化气分装置在首次开工的气密实验阶段，由于相对于其他形式空冷器，复合蒸发式空冷器需要进行气密的位置少，气密工作量减少很多，气密难度大大降低。在空冷器气密过程中，气密工作所用的时间，就比其他形式冷却器至少节省2天时间。全装置只用4天就达到气密实验要求，并且开车后没有任何泄露。
4 与同类装置能耗相比较的情况
洋浦炼化的60万吨/年气体分馏装置，与东方石化60万吨/年气分装置规模相同，洋浦炼化气分装置各塔顶冷凝器均采用循环水冷却器，脱丙烷塔顶冷凝器共2台循环水冷却器，丙烯塔顶冷凝器共7台循环水冷却器。东方石化的60万吨/年气分装置，脱丙烷塔和丙烯塔顶冷凝器使用的是复合表面蒸发空冷器。
上述两装置实际运行中，洋浦气分装置的加工量是77.7t/h，达到装置设计负荷的103.6%东方石化的气分装置加工量是56 t/h，达到装置设计负荷的74.6%，装置加工量越大，越有利于节能降耗，洋浦炼化的加工量比东方石化的加工量高21.7 t/h，是有利于节能降耗的。由于东方石化使用复合表面蒸发空冷，节能效果比较明显，东方石化的气分装置塔顶冷凝器比洋浦炼化气分塔顶冷凝器单耗低0.54kg/t，每小时东方石化的气分装置塔顶冷凝器比洋浦炼化气分塔顶冷凝器节能206 KgEO/h。
5 结论
（1）东方石化使用节能理念的复合表面蒸发式空冷器，建设投资与常用的循环水冷却器相当。但是在生产运行中，大大节约生产运营成本，降低产品单位加工费，为装置的节能降耗做出巨大贡献。
（2）复合式表面蒸发空冷器，装置布局合理，一般安放在平台上，有效利用空间位置，方便建设安装施工，占用地面较少，有效节约用地。
（3）负荷蒸发式空冷器泄露点少，开工气密工作量小，气密实验工作难低，大大缩短开工准备时间。
（4）调整操作方便，装置设置变频风机，在塔的操作压力发生轻微偏离操作指标时，利用变频就可以进行有效调节，有利于保障安全生产
（5）复合蒸发式空冷器冷却效果稳定，有效保证装置运行稳定，有力于保证产品质量。endprint
