摘要：企業(yè)對(duì)運(yùn)行費(fèi)用降低的要求不斷在提高，水資源的日漸緊張以及新型空冷器設(shè)計(jì)的顯著經(jīng)濟(jì)性，一部分水冷卻器開始逐漸為空氣冷卻器所代替。現(xiàn)分析空冷器在甲醇生產(chǎn)裝置上的使用優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：空冷器；甲醇生產(chǎn)；優(yōu)劣

1 前言

某公司12萬噸/甲醇裝置以無煙長(zhǎng)焰煤為原料，采用固定床造氣、低溫甲醇吸附脫碳、低壓合成、三塔精餾工藝。

該裝置雖然在規(guī)模上沒有優(yōu)勢(shì)，由于充分利用國內(nèi)近幾年甲醇行業(yè)發(fā)展的新技術(shù)，使從技術(shù)上、成本上占有很大優(yōu)勢(shì)成為可能。僅將在甲醇生產(chǎn)中空冷器在該裝置上應(yīng)用談一談。

2 現(xiàn)狀和方向

甲醇合成冷凝器的冷卻方式采用水作為冷卻介質(zhì)已有很多年的歷史，近年來隨著企業(yè)對(duì)運(yùn)行費(fèi)用降低的要求不斷在提高，水資源的日漸緊張以及新型空冷器設(shè)計(jì)的顯著經(jīng)濟(jì)性，一部分水冷卻器開始逐漸為空氣冷卻器所代替。如今有更多的石油化工企業(yè)、冶金企業(yè)安裝了空氣冷卻器或空氣冷凝器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的循環(huán)水冷卻，事實(shí)證明，這些設(shè)備不僅維護(hù)費(fèi)用低廉，運(yùn)行費(fèi)用低，若與水冷卻系統(tǒng)相比較，使用壽命更長(zhǎng)，投資收效經(jīng)濟(jì)比更顯著?？绽淦鞯膬?yōu)越性越來越得到人們的認(rèn)可，以空冷代替水冷的趨勢(shì)非常明顯。

蒸發(fā)式空冷是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)過程融為一體且兼有兩者之長(zhǎng)的高效節(jié)能冷卻設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、投資省、操作費(fèi)用低、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。在煉油、冶金、電力、制冷、輕工等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，是空冷技術(shù)發(fā)展的新方向。其主要特點(diǎn)是利用管外水膜的蒸發(fā)強(qiáng)化管外傳熱，其工作過程是用泵將設(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)備下部空氣吸入窗口吸入，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(水在一個(gè)大氣壓下的汽化潛熱為570kcal/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)使得空氣穿過光管管束后濕度增加而接近飽和，風(fēng)機(jī)將飽和濕空氣從管束中抽出并使其穿過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)備頂部風(fēng)機(jī)出口排入大氣中。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，空氣由下向上流動(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。這樣一來從流程布置上也強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程。

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。換熱管一般采用光管，若采用翅片管，也只能采用低翅(翅片高度不超過1.25mm)大間距翅片管。普通空冷器中用的翅片管(翅片高度12.5-16mm)，雖然提高了傳熱表面積，但在蒸發(fā)空冷中用翅片管(尤其是小間距布置的高翅片管)的優(yōu)越性不如干空冷和濕空冷那么顯著；再加上翅片表面水的成膜性較差，翅片和翅片之間容易形成水橋，使得水膜與傳熱管無法有效地接觸，翅片無法完全被水濕潤(rùn)，水膜的蒸發(fā)效率大大地下降，翅片間的積水也會(huì)削弱水膜的蒸發(fā)，使得傳熱、傳質(zhì)效率降低。

從結(jié)構(gòu)上看，蒸發(fā)空冷的最大特點(diǎn)是將冷卻塔和板式換熱器（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，再加上它的冷卻水自身在設(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。

3 改造和投用核算

現(xiàn)就甲醇生產(chǎn)的合成工序和精餾工序使用不同的冷卻方式做對(duì)比，可總結(jié)出實(shí)際的好處和優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)空冷器進(jìn)出口溫度為90℃、40℃，實(shí)際溫度為87℃、35℃，設(shè)計(jì)壓力降為0.05Mpa，實(shí)際約0.01Mpa。增加了甲醇的冷凝率，提高了后續(xù)工段甲醇的分離效果，增加了循環(huán)機(jī)的打氣量，如在冬天效果更佳?？紤]到我公司環(huán)境腐蝕的影響，翅片采用防銹鋁，表面鈍化處理，風(fēng)機(jī)葉片采用玻璃鋼葉片，設(shè)備外殼采用噴塑處理，即美觀又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

在此成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我們對(duì)甲醇系統(tǒng)中的精餾工序也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將原設(shè)計(jì)的水冷器全部改為空冷器。根據(jù)實(shí)際情況，我們實(shí)際選用NZKL-2800J（常壓塔塔頂冷凝器）為三臺(tái)，NZKL-3400J（預(yù)塔一級(jí)冷凝）為一臺(tái)，NZKL-800J（由加壓塔產(chǎn)品冷卻、常壓塔產(chǎn)品冷卻、預(yù)塔二級(jí)冷凝、常塔排氣冷凝4部分組成）為一臺(tái)。精餾工序蒸發(fā)空冷器應(yīng)用也特別好，尤其是各塔回流液溫度的調(diào)節(jié)非常方便，直接切換到自動(dòng)調(diào)節(jié)，由DCS系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)變頻器的頻率，回流液溫度非常穩(wěn)定。

4 總結(jié)

綜上所述，12萬噸/年甲醇裝置采用蒸發(fā)空冷代替普通水冷，多投資192萬元，年節(jié)約費(fèi)用約59萬元，年節(jié)約循環(huán)水2000多萬方，提高了社會(huì)效益。這些費(fèi)用都是基于最高消耗，考慮到全年的實(shí)際情況以及變頻器的調(diào)整，年平均消耗要低的多，實(shí)際利潤(rùn)要高的多。經(jīng)過高溫天氣的考驗(yàn)，蒸發(fā)空冷器的效果得到了驗(yàn)證，證明我們的選取方案不僅是可行的，正在發(fā)揮著重大的作用，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。并且我們采用一臺(tái)變頻器來控制調(diào)節(jié)空冷器的多臺(tái)風(fēng)機(jī)，通過DCS控制系統(tǒng)方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)，即減少了投資，又便于操作。變頻器有著高精度、穩(wěn)定性、可靠性以及節(jié)電的特點(diǎn)，使其在空冷器風(fēng)機(jī)上應(yīng)用，不但節(jié)能降耗，而且能使空冷器風(fēng)機(jī)地操作向現(xiàn)代化程度上大大提高一步，使空冷器的檔次處于跨時(shí)代的進(jìn)步。

作者簡(jiǎn)介：付安偉（1971-），男,山東省陵縣,助理化工工程師,現(xiàn)從事煤化工生產(chǎn)和管理工作。