《浅析甲醇生产中变频调速空冷的应用》-工学论文，工业技术论文-论文范文参考-科学狗论文网

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浅析甲醇生产中变频调速空冷的应用

范文

摘要：企业对运行费用降低的要求不断在提高，水资源的日渐紧张以及新型空冷器设计的显著经济性，一部分水冷却器开始逐渐为空气冷却器所代替。现分析空冷器在甲醇生产装置上的使用优劣。

关键词：空冷器；甲醇生产；优劣

1 前言

某公司12万吨/甲醇装置以无烟长焰煤为原料，采用固定床造气、低温甲醇吸附脱碳、低压合成、三塔精馏工艺。

该装置虽然在规模上没有优势，由于充分利用国内近几年甲醇行业发展的新技术，使从技术上、成本上占有很大优势成为可能。仅将在甲醇生产中空冷器在该装置上应用谈一谈。

2 现状和方向

甲醇合成冷凝器的冷却方式采用水作为冷却介质已有很多年的历史，近年来随着企业对运行费用降低的要求不断在提高，水资源的日渐紧张以及新型空冷器设计的显著经济性，一部分水冷却器开始逐渐为空气冷却器所代替。如今有更多的石油化工企业、冶金企业安装了空气冷却器或空气冷凝器来代替传统的循环水冷却，事实证明，这些设备不仅维护费用低廉，运行费用低，若与水冷却系统相比较，使用寿命更长，投资收效经济比更显著。空冷器的优越性越来越得到人们的认可，以空冷代替水冷的趋势非常明显。

蒸发式空冷是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备，它具有结构紧凑、传热效率高、投资省、操作费用低、安装、维护方便等优点。在炼油、冶金、电力、制冷、轻工等行业中有着广阔的应用前景，是空冷技术发展的新方向。其主要特点是利用管外水膜的蒸发强化管外传热，其工作过程是用泵将设备下部水池中的循环冷却水输送到位于水平放置的光管管束上方的喷淋水分配器，由分配器将冷却水向下喷淋到传热管表面，使管外表面形成连续均匀的薄水膜；同时用风机将空气从设备下部空气吸入窗口吸入，使空气自下向上流动，横掠水平放置的光管管束。此时传热管的管外换热除依靠水膜与空气流间的显热传递外，管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量，强化了管外传热。

由于水具有较高的汽化潜热(水在一个大气压下的汽化潜热为570kcal/kg)，因此管外表面水膜的蒸发大大地强化了管外传热，使设备总体传热效率明显提高。管外表面水膜的蒸发使得空气穿过光管管束后湿度增加而接近饱和，风机将饱和湿空气从管束中抽出并使其穿过位于喷淋水分配器上方的除雾器，除去饱和湿空气中夹带的水滴后从设备顶部风机出口排入大气中。由于风机位于设备上部向上抽吸空气，从而在风机下部空间形成负压区域，加速了管外表面水膜的蒸发，有利于强化管外传热。

蒸发空冷中，工艺介质走管内水平流动，空气、水走管外，空气由下向上流动，喷淋水则由上往下流动，水、空气与工艺介质为交叉错流，水与空气为逆流。这样一来从流程布置上也强化了传热传质过程。

为了防止水和空气对换热管外表面的腐蚀，通常对换热管外表面进行防腐处理。换热管一般采用光管，若采用翅片管，也只能采用低翅(翅片高度不超过1.25mm)大间距翅片管。普通空冷器中用的翅片管(翅片高度12.5-16mm)，虽然提高了传热表面积，但在蒸发空冷中用翅片管(尤其是小间距布置的高翅片管)的优越性不如干空冷和湿空冷那么显著；再加上翅片表面水的成膜性较差，翅片和翅片之间容易形成水桥，使得水膜与传热管无法有效地接触，翅片无法完全被水湿润，水膜的蒸发效率大大地下降，翅片间的积水也会削弱水膜的蒸发，使得传热、传质效率降低。

从结构上看，蒸发空冷的最大特点是将冷却塔和板式换热器（列管式水冷器）合为一体，省去了单独的循环水冷却系统，减少了设备占地面积，再加上采用光管做传热管，使其一次性投资大大降低，另一方面由于蒸发空冷采用光管，空气阻力减小，所需的风量也小，再加上它的冷却水自身在设备中循环使用，水的蒸发耗量较低，使其操作费用随之降低。

3 改造和投用核算

现就甲醇生产的合成工序和精馏工序使用不同的冷却方式做对比，可总结出实际的好处和优点。

设计空冷器进出口温度为90℃、40℃，实际温度为87℃、35℃，设计压力降为0.05Mpa，实际约0.01Mpa。增加了甲醇的冷凝率，提高了后续工段甲醇的分离效果，增加了循环机的打气量，如在冬天效果更佳。考虑到我公司环境腐蚀的影响，翅片采用防锈铝，表面钝化处理，风机叶片采用玻璃钢叶片，设备外壳采用喷塑处理，即美观又经济实用。

在此成功应用的基础上，我们对甲醇系统中的精馏工序也进行了适当的调整，将原设计的水冷器全部改为空冷器。根据实际情况，我们实际选用NZKL-2800J（常压塔塔顶冷凝器）为三台，NZKL-3400J（预塔一级冷凝）为一台，NZKL-800J（由加压塔产品冷却、常压塔产品冷却、预塔二级冷凝、常塔排气冷凝4部分组成）为一台。精馏工序蒸发空冷器应用也特别好，尤其是各塔回流液温度的调节非常方便，直接切换到自动调节，由DCS系统直接调节变频器的频率，回流液温度非常稳定。

4 总结

综上所述，12万吨/年甲醇装置采用蒸发空冷代替普通水冷，多投资192万元，年节约费用约59万元，年节约循环水2000多万方，提高了社会效益。这些费用都是基于最高消耗，考虑到全年的实际情况以及变频器的调整，年平均消耗要低的多，实际利润要高的多。经过高温天气的考验，蒸发空冷器的效果得到了验证，证明我们的选取方案不仅是可行的，正在发挥着重大的作用，经济效益、社会效益显著。并且我们采用一台变频器来控制调节空冷器的多台风机，通过DCS控制系统方便的进行调节，即减少了投资，又便于操作。变频器有着高精度、稳定性、可靠性以及节电的特点，使其在空冷器风机上应用，不但节能降耗，而且能使空冷器风机地操作向现代化程度上大大提高一步，使空冷器的档次处于跨时代的进步。

作者简介：付安伟（1971-），男,山东省陵县,助理化工工程师,现从事煤化工生产和管理工作。

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