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我国高寒地区空气冷却器的使用——热风循环湿式空冷器张荣克中国石化北京设计院100011摘要介绍了热风循环湿式空冷器的结构特点、工作原理和工业应用情况,并就空冷与水冷的经济性进行了比较。关键词热风循环湿式空冷器工作原理结构特点应用当前,工业用水的短缺,已是全球范围内关注的问题。淡水作为一种资源越来越被重视,随着冷却水耗量的增长,导致一些地方的水位下降到危险程度。大量工业用水导致的第二个问题就是环境污染问题,特别是石油化工企业,含油污水排放到江河湖海,破坏了生态平衡,危及了人们的健康和安全。因此,工业发达国家都制订了严格的污水排放法规。这一切,使空气冷却器技术发展十分迅速,国外从30年代,空冷技术就开始用于工业,至今在石油、化工、冶金、电力和食品工业,空冷器作为冷凝、冷却设备,其覆盖率已很高。我国从60年代中期开始研制空冷技术,最初主要用于石化工业,30多年来,在理论研究和实验上都进行了大量工作,各种类型的空冷器也广泛地用于石化、冶金、电力等工业中。用空冷器代替水冷器可以从根本上解决工业用水量过大和污染问题。但空冷器也有一些严重缺陷,其中之一是冷源的温度变化问题。空冷器冷源为空气,冬夏温差特别大,可达50～70℃,如我国辽阔的东北和西北地区,夏季最热月,日最高温度达30～35℃,而冬季最冷月,日最低温度在-30℃以下,即是在同一天,日间和夜晚的气温差可达10℃以上,这大大地限制了空冷器的使用范围。对于冷却后温度范围要求很严或在高寒下会结冰冻裂传热管的,如电力工业蒸汽透平的复水器及石化工业减压塔顶冷凝器等空冷器就难于使用。70年代中期,我国开发出了湿式空冷器,夏季用少量净化水在空冷器翅片表面增湿降温,强化传热,用它来代替油品的后冷器,有效地解决了夏季低温差传热问题。该项技术在我国已广泛用于石化工业中。但在高寒地区,象复水器、减压塔顶冷凝器这类空冷设备的安全过冬问题,长期以来没有得到很好的解决。70年代末期,我国抚顺石油二厂首次在减压塔顶采用了湿式空冷器,第一个冬天就冻裂了传热管而带来了一系列问题,以致我国西北、东北高寒地区再也无人采用减顶空冷器。近几年,某些炼油厂试用蒸汽加热方式来解决高寒地区空冷器过冬问题,但宜用于小规模的空冷设备。在我国西北、东北地区,温度低于0℃季节长达4～6个月,如冷却器面积很大时,蒸气耗量也很大,而且在夏季,多余的蒸汽加热设备对空冷器的传热也带来一些不利的影响。为解决空冷器在高寒地区过冬问题,中国石化北京设计院、北京市华辰石油化工新技术开发公司、鞍山炼油厂、鞍山冷却器厂联合开发出了热风循环湿式空冷器,并在工业装置上成功地运行了一年时间。1热风循环湿式空冷器简介图1是热风内循环空冷器结构示意图,图2是热风外循环空冷器结构示意图。热风内循环空冷器(收稿日期:1996212211)·2·石油化工设备技术1997年结构略简单些,但风温不易控制,对于被冷却产品的温度控制要求较严格时,采用热风外循环空冷器比较可靠。图3为我国自行开发的热风循环湿式空气冷凝冷却器结构简图,本文将介绍这种空冷器的结构特点及使用情况。叶窗微开,顶百叶窗半开,热风部分循环。b1当环境温度低于介质凝固点时,中部百叶窗全开,下百叶窗和顶百叶窗全关,热风全部循环,如果入口风温偏高,可定期打开顶百叶窗,微开下百叶窗,降低入口空气温度。c1冬季运行,电机的输入频率要降低10%～25%,一方面防止电机电流负荷偏大,同时也节能。d1三组百叶窗的打开或关闭、电机频率的调节幅度,主要根据大气温度、空冷器的冷后温度及工艺条件的变化进行人工控制。一般入口风温控制在介质凝固点以上2～10℃之间为宜。操作人员要根据经验,选择最佳控制方案。112空冷器的夏季运行——湿式空冷器的操作当环境温度高于设计温度的最高值时,由于传热温差变小,空冷器取热条件恶化,为此要启动喷水设施,向翅片表面喷水,既能增湿降温,又能强化翅片传热。a1将空冷器的顶百叶窗和下百叶窗全开,中百叶窗全关,热风全部从顶部排出。图1热风内循环空冷器结构示意图图2热风外循环空冷器结构示意图b1打开喷水阀,将雾化水喷向翅片表面,使空气的温度降至接近湿球温度。c1空冷器在湿式运行期间,由于翅片阻力增大,要调节电机输入频率,将风速降低10%左右。d1喷淋用水须用净化水,防止翅片表面结垢。e1喷水时的环境温度确定点主要以产品冷后温度为控制点,尽量缩短喷水期。113空冷器的干式运行当环境温度在设计温度范围之内时,空冷器可在干式工况下操作(不喷水)。此时,将顶百叶窗和下百叶窗全开,中百叶窗全关,热空气全部从顶部排出。为了节约电能,可根据季节气温的变化及产品要求用调频开关控制风量大小。2热风循环湿式空冷器的工业应用1995年鞍山炼油厂250万t?a常减压装置减压塔改造中,在我国减压塔顶油气冷凝冷却首次使用了热循环湿式空冷器。减