中國(guó)石油撫順石化公司石油二廠在其非燕餾裝置摻煉俄羅斯原油改造工程中在國(guó)內(nèi)眾多煉油廠成功使用的獨(dú)特產(chǎn)品蒸發(fā)式空冷器。原來(lái)的干空冷加后水冷換熱器在初餾塔塔頂油氣冷卻中已不滿足工藝操作要求，且存在傳熱效率低，占地面積大，操作費(fèi)用高，耗水量大，不經(jīng)濟(jì)等缺點(diǎn)。鑒于以上情況，必須對(duì)原換熱器進(jìn)行更新改造。

1設(shè)計(jì)選型

針對(duì)石油二廠北蒸餾初餾塔頂油氣工況進(jìn)行具體分析，并對(duì)各種形式換熱器進(jìn)行橫向比較，且根據(jù)蒸發(fā)式空冷器在各廠家的應(yīng)用情況及效果，最終選用了蒸發(fā)式空冷器。為適應(yīng)裝置的改造，確定以下設(shè)計(jì)要求:(1)蒸發(fā)式空冷器油氣出口溫度在設(shè)計(jì)條件下≤40℃;(2)管程壓降≤0.02MPa;(3)操作彈性70%一130%;(4)設(shè)計(jì)壓力2.5MPa.

根據(jù)撫順石油二廠提供的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求，進(jìn)行了該設(shè)備的工藝計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì).確定采用3臺(tái)蒸發(fā)式空冷器代替原來(lái)的干空冷加后水冷器，設(shè)備型號(hào):ZP9X3-884-2.5S-F-F，面積富裕量41%，管程壓降:0.019MPa，殼程壓降:279.3Pa，完全滿足工藝操作要求。

2工作原理

蒸發(fā)式空冷器的典型結(jié)構(gòu)與工藝流程。其工作原理是利用管外水膜的蒸發(fā)強(qiáng)化管外傳熱。其工作過(guò)程是用泵將設(shè)備下部水池中的循環(huán)冷卻水輸送到位于水平放置的光管管束上方的噴淋水分配器，由分配器將冷卻水向下噴淋到傳熱管表面，使管外表面形成連續(xù)均勻的薄水膜;同時(shí)用風(fēng)機(jī)將空氣從設(shè)備下部空氣人口吸人，使空氣自下向上流動(dòng)，橫掠水平放置的光管管束。此時(shí)傳熱管的管外換熱除依靠水膜與空氣流間的顯熱傳遞外，管外表面水膜的迅速蒸發(fā)吸收了大量的熱量，強(qiáng)化了管外傳熱。由于水具有較高的汽化潛熱(水在101.325kPa下的汽化潛熱為2386.48kj/kg)，因此管外表面水膜的蒸發(fā)大大地強(qiáng)化了管外傳熱，使設(shè)備總體傳熱效率明顯提高，管外表面水膜的蒸發(fā)使得空氣穿過(guò)光管管束后濕度增加而接近飽和，機(jī)將飽和濕空氣從管束中抽出并使其穿過(guò)位于噴淋水分配器上方的除霧器，除去飽和濕空氣中夾帶的水滴后從設(shè)備頂部空氣出口排人大氣中。由于風(fēng)機(jī)位于設(shè)備上部向上抽吸空氣，從而在風(fēng)機(jī)下部空間形成負(fù)壓區(qū)域，加速了管外表面水膜的蒸發(fā)，有利于強(qiáng)化管外傳熱。蒸發(fā)空冷中，工藝介質(zhì)走管內(nèi)水平流動(dòng)，空氣、水走管外，空氣由下而上流動(dòng)，噴淋水則由上往下流動(dòng)，水、空氣與工藝介質(zhì)為交叉錯(cuò)流、水與空氣為逆流。這樣一來(lái)從流程布置上也強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過(guò)程。

換熱管一般采用光管，為了防止水和空氣對(duì)換熱管外表面的腐蝕，通常對(duì)換熱管外表面進(jìn)行防腐處理。

3工作特點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)上看，蒸發(fā)式空冷器的最大特點(diǎn)是將冷卻塔和列管式水冷器合為一體，省去了單獨(dú)的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，減少了設(shè)備占地面積，再加上采用光管做傳熱管，使其一次性投資大大降低，另一方面由于蒸發(fā)空冷采用光管，空氣阻力減小，所需的風(fēng)量也小，冷卻水在設(shè)備中循環(huán)使用，水的蒸發(fā)耗量較低，使其操作費(fèi)用隨之降低。

4技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

北蒸餾裝置原設(shè)計(jì)處理量為6000t/d,2002年開(kāi)始裝置提高至7000t/d。同時(shí)，因?yàn)檠b置將摻煉俄羅斯原油，其輕質(zhì)油品較多，因此，蒸發(fā)塔、常壓塔頂?shù)乃斬?fù)荷將分別比原來(lái)增加65%和55%，原空冷器的負(fù)荷已不能滿足要求，根據(jù)此情況，特提出兩種改造方案，一種為原蒸發(fā)塔、常壓塔頂冷卻器拆除4片，原位置另起框架，在蒸常塔頂空冷增加共6臺(tái)水冷器，該方案裝置循環(huán)水用量增加，裝置現(xiàn)有循環(huán)水系統(tǒng)需進(jìn)行改造;另一種為拆除四片空冷器，在原位置安裝3臺(tái)表面蒸發(fā)空冷器，作為蒸頂空冷器，其余8片空冷片全部為常頂空冷器。該方案需考慮原空冷基礎(chǔ)進(jìn)行加固。兩種方案的綜合比較見(jiàn)表1.

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用兩種方案均可使蒸發(fā)塔、常壓塔頂空冷器負(fù)荷滿足處理量的需要，而后者面積富裕量較大達(dá)到41%，為今后的進(jìn)一步擴(kuò)能改造留有余量。雖然蒸發(fā)空冷的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用要比增加6臺(tái)水冷器要高近35萬(wàn)元。但考慮到循環(huán)水管道改造及框架的制造等的投資后，蒸發(fā)空冷一次性的投資約為水冷加空冷的投資的75%，而每年總操作費(fèi)用為前者的76.7%。因此考慮到投資及操作費(fèi)用，以及其傳熱效率高的特點(diǎn)，蒸發(fā)空冷相比干空冷、濕空冷、干空冷加后水冷等在傳熱效率、經(jīng)濟(jì)性等方面有明顯的優(yōu)越性。

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