(陜西海通化工機械有限公司， 陜西 西安 710086)

淺談熱風(fēng)循環(huán)空冷器

郭俊峰

(陜西海通化工機械有限公司， 陜西 西安 710086)

在嚴(yán)寒冬季，因各種原因，會使空冷器換熱管內(nèi)某些介質(zhì)凝結(jié)而破環(huán)空冷器，需對空冷器采取防凍措施，熱風(fēng)循環(huán)能很好解決此類問題。簡單介紹了熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)和熱風(fēng)外循環(huán)空冷器的運行原理、結(jié)構(gòu)特點及其優(yōu)缺點，提出了空冷器制造要求及安裝要求。

空冷器； 熱風(fēng)循環(huán)； 運行原理； 結(jié)構(gòu)特點； 制造； 安裝

空冷器在高寒地區(qū)使用過程中，因氣溫較低，被冷卻介質(zhì)的冷后溫度往往會超過介質(zhì)的凝固點導(dǎo)致介質(zhì)在管內(nèi)凝結(jié)。一些凝固點或傾點較高的工藝介質(zhì)，經(jīng)空冷器后可能會在低于這些物質(zhì)的臨界點時凝固。某些物質(zhì)的水化合物在低于一定溫度時會引起結(jié)晶。這些介質(zhì)在空冷器管內(nèi)凝結(jié)，不但會阻斷工藝介質(zhì)的流動，同時還會脹裂換熱管造成對設(shè)備的破壞[1-6]。

對于這樣的使用工況，設(shè)計空冷器時須考慮采用熱風(fēng)循環(huán)空冷器進(jìn)行防凍處理[2，3，7-10]。熱風(fēng)循環(huán)分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，共同點是構(gòu)架周圍有風(fēng)墻板，使從管束上部出來的熱風(fēng)不與外界冷空氣接觸，熱風(fēng)在管束之間流通起來，形成內(nèi)部空氣循環(huán)，提高風(fēng)機空氣入口溫度，在管束下方配有蒸汽加熱排管。文中對兩種熱風(fēng)循環(huán)空冷器的結(jié)構(gòu)特點、運行原理等進(jìn)行探討。

1 熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)空冷器

1.1運行原理

熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)空冷器運行分夏季運行和冬季運行兩種方式。夏季運行時，2個風(fēng)機都向上送風(fēng)，側(cè)百葉窗和頂上的通風(fēng)百葉窗均為打開狀態(tài)，與一般水平空冷器運行情況相同。冬季運行時，側(cè)百葉窗與頂上的通風(fēng)百葉窗均為關(guān)閉狀態(tài)，開啟蒸汽加熱排管，1臺風(fēng)機向上鼓風(fēng)，另外1臺風(fēng)機向下引風(fēng)，引出的熱風(fēng)與空冷器下部周圍空氣混合，再被向上鼓風(fēng)的風(fēng)機吸入，從而達(dá)到在空冷器風(fēng)箱內(nèi)部形成熱風(fēng)循環(huán)的目的。

1.2結(jié)構(gòu)特點

熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)空冷器結(jié)構(gòu)示意見圖1。其占地面積與干式水平空冷器基礎(chǔ)尺寸一樣，但高度要高于水平式空冷器，主要是管束上部有一封閉通風(fēng)道。

圖1 熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)空冷器結(jié)構(gòu)示圖

使用熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)空冷器是要達(dá)到冬季熱風(fēng)循環(huán)的效果，避免冬季運行時熱風(fēng)向外泄漏，而且其內(nèi)部要自然形成一個熱風(fēng)循環(huán)的通風(fēng)道。設(shè)計時首先要考慮空冷器的箱體密封性，還應(yīng)考慮運輸以及現(xiàn)場的安裝方便，各部件(風(fēng)墻板、風(fēng)機檢修平臺、地板)的尺寸不得大于2.8 m×5 m，還需考慮剛度要求。相鄰風(fēng)墻之間要有擋風(fēng)板條，目的是防止漏風(fēng)和安裝方便。

立柱設(shè)計高度在8 m左右，這樣下部的地板距基礎(chǔ)距離為0.5 m，內(nèi)部設(shè)置風(fēng)機檢修平臺，側(cè)百葉窗要達(dá)到進(jìn)風(fēng)量的設(shè)計要求。風(fēng)機安裝高度在3.5 m較為合適，在管束兩端均設(shè)置有側(cè)百葉窗，留1.5 m寬的檢修門后，側(cè)百葉窗布滿其側(cè)面寬度。管束安裝高度在5 m較為適宜，上部通風(fēng)道高度應(yīng)大于1.6 m。頂部的百葉窗與管束的外形尺寸一致。

管束(及加熱排管)中間翅片管之間需有擋風(fēng)板，避免熱風(fēng)不經(jīng)過管束上面的通道，直接沿管束橫向流過，以降低空冷器的換熱效果。根據(jù)位置可以并排放置多組空冷器，但每組空冷器均為獨立的熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。

2 熱風(fēng)外循環(huán)空冷器

2.1運行原理

熱風(fēng)外循環(huán)空冷器運行同樣分為夏季運行和冬季運行兩種方式。夏季運行時風(fēng)機都向上送風(fēng)，側(cè)百葉窗和頂上的通風(fēng)百葉窗均為打開狀態(tài)，旁路百葉窗關(guān)閉，與一般水平空冷器運行相同。冬季運行時，側(cè)百葉窗與頂上的通風(fēng)百葉窗均為關(guān)閉狀態(tài)，開啟蒸汽加熱排管，打開旁路百葉窗，使從管束上部出來的熱風(fēng)沿通風(fēng)道向下流動，后到達(dá)風(fēng)機底部，從而形成一個封閉的熱風(fēng)循環(huán)通道[4]。如果對自動化要求高，可以考慮采用自調(diào)百葉窗、變頻調(diào)速風(fēng)機，在介質(zhì)的出口位置設(shè)溫度傳感器，根據(jù)介質(zhì)出口溫度高低自動控制百葉窗的開關(guān)量、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到需要的介質(zhì)出口溫度。

2.2結(jié)構(gòu)特點

熱風(fēng)外循環(huán)空冷器與內(nèi)循環(huán)空冷器的本質(zhì)區(qū)別在于，內(nèi)循環(huán)在管束頂部形成循環(huán)通風(fēng)道，而外循環(huán)要靠外部增加風(fēng)道和管束一起形成一個熱風(fēng)流通的通風(fēng)道。熱風(fēng)外循環(huán)空冷器示意圖見圖2。

圖2 熱風(fēng)外循環(huán)空冷器結(jié)構(gòu)示圖

使用熱風(fēng)外循環(huán)空冷器的目的是要達(dá)到冬季熱風(fēng)循環(huán)的效果，避免冬季運行時熱風(fēng)向外泄漏，而且依靠外側(cè)通風(fēng)道和管束自然形成一個熱風(fēng)循環(huán)的通風(fēng)道。通風(fēng)道寬度一般為1.8～2 m，中間位置設(shè)置有旁路百葉窗，旁路百葉窗長度與管束長度相同。熱風(fēng)外循環(huán)空冷器只能每2組并排放置在一起，通風(fēng)道設(shè)置在兩側(cè)，但每組空冷器是獨立的熱風(fēng)外循環(huán)系統(tǒng)。

2013年我公司為山東某煉油單位DAO罐區(qū)制作了兩套熱風(fēng)外循環(huán)空冷器，冷卻器型號為FRJP9x16B/K-36/2F，為一開一閉聯(lián)合構(gòu)架，單臺中心線為8 700 mm×6 200 mm，加上兩側(cè)的通風(fēng)道，其基礎(chǔ)尺寸為8 700 mm×(1 800+6 200+6 200+1 800)mm。側(cè)百葉窗為8臺SC3×2.5，旁路百葉窗為2臺SC9×1.8，頂部通風(fēng)百葉窗為4臺SC9×3，管束4臺，加熱排管4臺，風(fēng)機4臺，構(gòu)架高度為8 m。在每組熱風(fēng)循環(huán)通風(fēng)道的內(nèi)側(cè)(靠近風(fēng)機)側(cè)板下部需設(shè)置高度為800 mm的熱風(fēng)導(dǎo)流板，以便熱風(fēng)能夠順利進(jìn)入風(fēng)機，不產(chǎn)生死角。

產(chǎn)品設(shè)計制造完成之后交付用戶使用，要求用戶嚴(yán)格按照熱風(fēng)循環(huán)空冷器使用說明書操作。在夏季最熱月開啟夏季工況模式，介質(zhì)的出口溫度能夠確保其設(shè)計值。而在寒冷冬季則開啟冬季工況模式，空冷器運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)運行過程中介質(zhì)凝結(jié)的現(xiàn)象。

3 兩種熱風(fēng)循環(huán)空冷器比較

相對于一般的水平鼓風(fēng)式空冷器，熱風(fēng)循環(huán)空冷器有諸多優(yōu)點，克服了許多冬季應(yīng)用空冷器的局限。兩種熱風(fēng)循環(huán)空冷器各有優(yōu)缺點，見表1[1，4，5]。

表1 兩種熱風(fēng)循環(huán)空冷器比較

4 熱風(fēng)循環(huán)空冷器制造要求

要求整套熱風(fēng)內(nèi)(外)循環(huán)空冷器密封性好、保溫、不允許漏風(fēng)。其加工精度要求較高，制造過程中應(yīng)嚴(yán)格按圖樣加工，并將尺寸誤差控制在允許范圍內(nèi)。 各部件之間的連接孔間距誤差小于1.5 mm，外形尺寸誤差小于2 mm，各風(fēng)墻板、門板、底板的平整度誤差小于5 mm，對角線誤差小于4 mm。管束、加熱排管、百葉窗等組件各連接部位孔允許誤差應(yīng)小于3 mm且平整[11-17]。

有些零部件，如構(gòu)架立柱、橫梁、管束側(cè)梁、加熱排管側(cè)梁、百葉窗側(cè)梁等尺寸較大，在加工中需特別注意其直線度，以保證安裝順利進(jìn)行。

百葉窗起到熱風(fēng)循環(huán)的進(jìn)風(fēng)、阻擋等作用，是最容易漏風(fēng)的地方，制作精度要求更高。從側(cè)梁、葉片下料折邊開始，就要嚴(yán)格控制其尺寸，需用數(shù)控折邊機折邊，以保證折邊的統(tǒng)一性以及準(zhǔn)確性。側(cè)梁、拉桿的開孔數(shù)目比較多，劃線鉆孔時，要保證相鄰開孔孔距的誤差，還需要控制整條線上的孔距誤差。葉片軸套采用聚四氟乙烯材質(zhì)加工，要使其開啟方便、關(guān)閉嚴(yán)實，葉片相互壓合嚴(yán)密，關(guān)閉時不能有1%的漏風(fēng)。

應(yīng)當(dāng)在制造工廠進(jìn)行熱風(fēng)循環(huán)空冷器的預(yù)組裝，檢查各部件的制作是否符合設(shè)計要求，各部件的誤差是否在允許范圍內(nèi)，并且相應(yīng)標(biāo)記好各部件的位置。

5 熱風(fēng)循環(huán)空冷器安裝要求

安裝熱風(fēng)循環(huán)空冷器時，先檢查現(xiàn)場的立柱基礎(chǔ)是否按圖樣設(shè)計，按在工廠標(biāo)記的各部件位置將各部件放置在合適的平臺處，將立柱用地腳螺栓連接于平臺基礎(chǔ)上，用橫梁將各立柱連接成一個框架，測量各相關(guān)尺寸，如在允許范圍內(nèi)，可以將各螺栓擰緊。之后安裝下側(cè)板、端板和底板，用螺栓連接固定。應(yīng)先將設(shè)備內(nèi)部的風(fēng)機檢修平臺放置在框架內(nèi)部，再吊裝風(fēng)機頂板、直梯、中間端板、支撐角鋼、風(fēng)筒和風(fēng)機等，檢查各部件安裝是否符合圖樣要求，然后將加熱排管和管束、頂部百葉窗安裝就位。最后安裝側(cè)百葉窗、檢修門和風(fēng)墻板[4]。

若安裝之后熱風(fēng)循環(huán)空冷器各部件有間隙大于5 mm的地方，需要用扁鋼、角鋼進(jìn)行補焊。對于間隙小于5 mm的部位，采用環(huán)氧樹脂、泡沫橡膠堵塞，安裝完畢之后不能出現(xiàn)有縫隙處，這樣才能保證設(shè)備在冬季運行時內(nèi)部的熱風(fēng)與外部的冷空氣不產(chǎn)生對流。

6 結(jié)語

熱風(fēng)循環(huán)空冷器解決了空冷器在高寒地區(qū)冬季使用時介質(zhì)易凝結(jié)的問題，在這些高寒地區(qū)，冬季可以照常使用空冷器來冷卻各類介質(zhì)，使空冷器使用不再受地域的限制、影響。設(shè)計者可以根據(jù)占地面積、費用高低及使用要求等因素設(shè)計出合理的熱風(fēng)循環(huán)空冷器，以滿足工藝的要求。制造者須嚴(yán)格按圖樣進(jìn)行加工，控制誤差，以制造出合格的熱風(fēng)循環(huán)空冷器。

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(張編)

IntroductionontheHotAirCirculationAirCooler

GUOJun-feng

(Shaanxi Haitong Chemical Machinery Co. Ltd.， Xi’an 710086， China)

In the chiller winter，some mediums could be caused by different elements to be coagulated in the hot rods，thus destroy the air cooler. In a result，some actions are needed to take to protect the air cooler from freezing，just like the hot air circulation is a fine method to solve such problems. The running principle，structural features，pros and cons，fabrication requirments and installation requirements of the hot air inside and outside circulation cooler in brief are introduced.

air cooler； hot air circulation； running principle； structure feature； fabrication； installation

TQ051.5； TE965

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.02.015

1000-7466(2017)02-0068-04

2016-09-26

郭俊峰(1974-)，男，陜西西安人，工程師，學(xué)士，主要從事空冷器設(shè)計研究工作。