石油化工装置空冷器的布置与管道设计

2020-01-19于畅中蓝长化工程科技有限公司

环球市场 2020年20期

于畅中蓝长化工程科技有限公司

化工装置中空冷器及其管道的合理布置方案是保证设备换热效率，装置安全可靠运行的前提。随着装置的大型化，新建化工装置通常都有装置布置紧凑，配管空间紧张，对装置布置及管道设计要求更高。化工设计院的装置及管道布置专业设计人员在工作过程中，要做到满足设计规范、工艺流程、符合厂家要求、保证生产安全，还要做到布置的整体美观、方便检修及日常操作等。

一、石油化工装置空冷器

空气冷却器（以下简称“空冷器”）是利用空气作为冷却介质将工艺介质（热流）冷却到所需温度的一种换热设备。一般来说，工业上，介质温度低于120℃时，热量回收代价比较大或因热源的分散性和间歇性而难以综合利用，这部分热量大多经空冷器换热后排放到大气中。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。

二、空冷器布置

某石化项目的空冷器均为水平鼓风式，参考规范要求，集中布置在装置管廊的上方以充分利用空间。布置时分为独立的三组，中间留出通道方便操作人员通行，也可以避免集中布置时，在布置方向上产生较大的热膨胀量；采用鼓风式的通风方式时，出口的风速较低，上风向侧空冷器排出的热风易被下游空冷风机抽回，形成热风循环的可能性较大。为降低热风循环对空冷器性能的影响，所有空冷器的管束和鼓风机安装在同一高度，使吸风断面处于同一水平上。

项目所用空冷器构架长度为11700mm，而主管廊构架宽度13500mm，布置时将空冷器构架靠管廊一侧，使其一边落在管廊构架柱子上；在另一侧留出通道和检修场地，其柱子可以根据需要升高，作为空冷器入口管道的支撑。当管廊与空冷器构架宽度一样时，为支撑空冷器平台和进出口管道，需要单独设置立柱；而采用本文的布置方法，可以利用管廊构架升起作为支撑，减少悬挑结构的使用；同时由于管廊构架比空冷构架宽1800mm，又可以避免管廊立柱升起时碰到空冷器检修平台。管廊两侧的地面预留的空地和冷换设备管束抽出区均可作为空冷器吊装检修区。为了方便管束的检修和百叶窗角度的调节，每组空冷器的四周均设置了宽800mm的平台，空冷器电机的检修平台则直接利用管廊19.00m平台。空冷平台与管廊平台间采用直梯相连接，利用管廊已有斜梯通向地面，作为安全疏散通道。

三、空冷器管道设计

（一）基本要求

空冷器的配管在符合工艺流程的要求之外，还应满足操作检修及日常维护的需求。管道专业设计人员在考虑管道走向布置时，同时还需要规划电气、仪表桥架的位置，避免与管道安装的交叉碰撞，并将预留的桥架位置提给下游专业确认。在化工行业中，管道内介质通常含有硫分，当物料冷却至露点温度以下时，含硫的蒸汽就会对管道造成腐蚀。为了避免管道末端发生低温露点腐蚀，各级管道之间还应尽可能使用弯头进行连接，减少管道的末端导致的不流动的死区。

（二）防偏流的设计要点

随着装置规模的大型化，目前化工装置多数采用多台空冷器成组布置的方案。为保证物料进料分配均匀，入口管道压降一致，保证空冷器效率，空冷器的入口管线应采用对称布置。进料总管至空冷器入口应逐级变径，分流前的上一级总管还应保持一定长度，以保证物料有足够的空间分配均匀。对于含有硫分的气体物料，为避免管道死区，不应使用三通加管帽的形式，集合管两端应采用弯头连接。空冷器的出口管道也应采用对称布置，减少管道压降不同对空冷器入口分流的影响，出口管线可直接汇和至一根集合管后接走。

（三）管道应力要求及设计要点

在管道设计过程中，空冷器的管道布置还应做到对称布置、美观、无液袋、管路有足够的柔性。当空冷器上游设备与空冷器入口管道较近时，可通过管道П形布置，增强管道柔性，以满足空冷器厂家对管口受力的要求，如果厂家没有提出相关需求，可采用API661相关要求进行校核。一般情况下，通过管道固定点位置的设置，使管道膨胀方向与设备膨胀方向一致，减少管道对设备管口的附加力。

四、管束材料的合理选择

（一）抗硫化氢材料应用

国内设计院及大型石化企业陆续研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo等抗湿H2S 应力腐蚀材料，具有良好的耐腐蚀效果，可抵抗湿硫化氢环境，价格相比于10 号钢略高。当下，国内诸多空冷器厂家在进行管束抗硫性分析中，已经将08Cr2AlMo材料当作高硫分原油的首选换热器原料。

（二）超级不锈钢

超级不锈钢的抗腐蚀效果良好，具相关资料统计，超级不锈钢的耐受性极大，可抵抗点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等常见现象。此外，400℃以下进行该材料的使用可避免晶间腐蚀现象的发生。如若工艺介质中含有氯离子，其耐应力腐蚀作用也会相对较高，比一般的Cr-Ni 合金不锈钢抗腐蚀性高。因此超级不锈钢已经成为石化空冷器未来发展的常见材料。

（三）双相钢的应用

国内双相钢应用中，一般含铬双相钢具有耐孔腐蚀性高的特点，尤其是铬含量在25%状况下的双相不锈钢，更具有较为稳定的抗腐蚀效果，耐腐蚀性较316L 更加突出。部分设计人员可能会考虑该材料是否会发生奥氏体不锈钢析出碳化现象，是否会出现晶间腐蚀问题。工程实践表明：双相钢在高温状况下也未析出碳化物，不会发生明显的晶间腐蚀。