空气冷却器浅谈

王 震

（金陵石化炼油运行四部，江苏 南京210033）

某炼油运行部800 万吨/年常减压有空冷风机31 台、10 万吨/年硫磺18 台、350 万吨/年催化66 台、180 万吨/年渣油加氢22 台， 由此可见空冷运行的“长、满、优”的确值得重视、研究。 空气冷却器是以空气为冷却介质，横掠翅片管外壁，使管内高温工艺流体得以冷却的设备， 采用空气冷却器代替其他冷却器冷却工艺介质不仅可以节约成本，还可以减少污染，此外还具有维护费用低、使用寿命长、运转安全可靠等优点。 在石化行业尤其炼油厂的冷换设备中。 空冷器成为必不可缺的一类设备。其应用范围包括塔顶、蒸汽、溶剂、汽油、柴油冷却的各种不同工况。在冶金、电力及化工等行业，空气冷却器也有着及其广泛的应用[1]。

1 空冷器的基本部件

空冷器的主要构件有轴流风机、管束、构架、附件等，具体结构见图1。

图1 空气冷却器的基本结构

1.1 风机

空冷器通过一个或多个为一组的轴流风机， 带动空气的流动，从而完成换热过程。

风机的主要性能参数：

1） 风量—单位时间内流经风机（或管束）的空气容积；

2） 压力—升压（相对于大气压力），即气体在风机内压力升高值，或者说是风机进出口处气体压力之差。

3） 轴功率—驱动风机叶轮所需的功率， 或者说是单位时间内传给风机轴的能量；

4） 全压效率—风机所做的有用功（风量与全压的乘积）与输入功的比值。

风机的标准进口状态：

最常见的风机分为：引风式与鼓风式两种

1）引风式风机

空气先经过管束再引入风机。

2）鼓风式风机

空气先经过风机再至管束，某石化100kt/a 硫磺装置18 台空冷均为鼓风式风机。

1.2 管束

管束由框架、管箱和翅片管的组合件组成，需要冷却的工艺流体在管内流动，空气在管外横掠流过翅片管束，从而对流体进行冷却换热。

管箱

管箱一般就是列管两侧和管程相连接的部分，由法兰、短接及封头组成。

2) 翅片管

翅片管，是为了提高换热效率，通常在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积），从而达到提高换热效率的目的一种换热管。

1.3 其它部件

1）构架：管束及风机的支撑部件。

2）附件：梯子、平台、百叶窗等。

2 空冷器的分类

按照不同的分类方法划分，空气冷却器类型多种多样，而按管束布置、通风方式、冷却方式三种方法，空气冷却器分类如下：

1）空冷器按管束的布置类型主要分为：①圆环式空冷器；②斜顶式空冷器；③立式空冷器；④水平式空冷器。

2）按空冷器通风方式分类：①鼓风式空冷器；②引风式空冷器；③自然通风式空冷器。

3）按空冷器冷却方式分类：①湿式空冷器；②干式空冷器；③干-湿联合空冷器；④两侧喷淋联合空冷器。

3 结构形式及特点

空气冷却器各部件不同形式的组合就形成了多样的结构形式，每个结构形式也具有其相应的特点及使用场合，下面对不同的结构形式进行介绍。

3.1 水平式

水平式主要有水平鼓风式与水平引风式，结构见图2。

图2 水平式引、鼓风机的结构形式示意图

图3 垂直式的结构形式示意图

1）水平引风式：适用于任何场合，叶轮置于上方，进入叶片的是热空气，管束有3°的倾斜。

2）水平鼓风式：叶轮置于下方，进入叶片的是冷空气，管束有3°的倾斜。

水平式优点：结构简单，安装方便，换热分布较均匀。

缺点：占地面积较大，管内介质流动阻力较大

3.2 直立式

直立式主要指管束直立放置，结构见图3。

与风机水平放置相比，直立式多用于干湿联合空冷，一般用于气体、真空系统的冷凝冷却。 进入叶片的是热空气或增湿后的热空气。

优点：占地面积小、管内流体阻力较小。

缺点：换热分布不均匀，易受自然风干扰，结构略微复杂。

3.3 斜置式

斜置式主要指管束斜置呈人字形，夹角一般在60°，结构见图4。

图4 斜置式的结构形式示意图

优点：换热较均匀，管内流动阻力小，占地面积小。

缺点：结构较复杂

4 维护要点

4.1 常见失效形式及处理

4.1.1 叶片损坏：主要原因是叶片安装不当和叶片材质缺陷[2]

叶片是空冷关键部件，其运行状态关系到空冷效果。 2013 年炼油四部100kt/a 硫磺装置1 台空冷风机出现叶片断裂，当时DCS 显示风机超电流跳停，设备及检修到达现场后发现风机叶片严重损坏，风机入口滤网划开约1 米， 所幸反应及时无人员伤亡也未影响装置生产。此次风机故障主要原因为： 十字头的叶片夹和连接螺栓处发生断裂，导致风机叶片脱落打在其它叶片及滤网。 此次故障属于材质问题，在空冷器的应用中，很多企业为了节省成本对于其构件材质的选择不够重视， 忽略了风机在高速旋转下的构件摩擦等因素所带来的损害，叶片的叶轴质量不过关，很容易造成断裂，加之维修难度很高，对生产运行造成很大的影响。

处理措施：叶片材质升级、轴承座改进、减少风机的振动、科学安装。

4.1.2 换热管、管束泄露

主要原因是腐蚀、材质缺陷和管束使用周期较长

处理措施：对普通漏点化学粘补或打卡补胶；严重的需要更换管束及换热管

4.1.3 空冷器效果差

主要原因是翅片管内壁结垢、弯曲堵塞和翅片变形

处理措施：对空冷器切除进行吹扫或清洗，并检查修复损伤的翅片

4.1.4 风机系统故障

常见的风机系统故障主要包括：电流表指示异常、气流量低、传动部件异常振动、异响和转动部件温度较高

处理措施：重新校正平衡安装、检查皮带松紧、紧固螺栓、更换轴承并定期添加或更换润滑脂，开停切换要严格遵守动设备管理规定。

由于炼厂灰尘大、环境气候格外恶劣，导致现场联组皮带老化断裂较频繁，因此皮带预紧力的控制尤为重要，因为它直接影响到空冷的冷却效果：

炼油四部所辖装置基本都是用的5-V 联组皮带， 较单根皮带有更高的传动效率。为了保证皮带正常高效传动工作皮带必须要有适当的预紧力可以通过电机座调整螺栓把电机拉到一定位置，以达到皮带的预期张紧程度。检查预紧力是通过在皮带与两皮带轮的切点跨距中点M 加载荷（见图5）测量皮带的挠度y，跨距a 每100mm 产生的挠度为1.66mm 时的预紧力为最恰值，载荷G 计算方法如下：

Z 为皮带根数

图5 皮带预紧力示意图

4.2 检修维护

4.2.1 日常维护内容

1）清扫检查管束和管箱以及翅片的保护

2）检查维修相关法兰、堵丝及管线

3）检查风机系统各部件运行状态

4）校验安全附件

4.2.2 注意事项

1）使用环境应经常保持整洁，风机表面保持清洁，进、出风口没有杂物，定期清除风机及管道的灰尘等杂物。

2）根据使用环境条件下不定期对轴承补充或更换润滑脂，为保证风机在运行过程中良好的润滑，加油次数不少于1000 小时/次封闭轴承和电机轴承，加油用锂基润滑油脂填充轴承内外圈的1/3,严禁缺油运转。

3）风机在运行过程中发现风机有异常声、电机严重发热、外壳带电、开关跳闸、不能启动等现象，应立即停机检查。为了保证安全，不允许在风机运行中进行维修，检修后应进行试运转五分钟左右，确认无异常现象再正常运行。

4）风机应贮存在干燥的环境中，避免电机受潮。 风机在露天存放时，应有防护措施。

5 结语

通过对空气冷却器结构特点及维护注意事项的深入了解，在生产实践中可以对空气冷却器出现的常见故障进行提前预防维护，降低空冷故障对装置正常运行造成的影响。 同时，还可以提高空气冷却器使用效果，促进装置的优化运行。

［1］包振军.PK2801 风机程序控制系统的改造[C]//中国化工学会2005 年石油化工学术年会论文集.2005.

［2］符艳军.低压轴流通风机降噪的优化设计[J].风机技术，2001，3.

［3］B.埃克.通风机[M].机械工业出版社，1983.