高效干式空冷叶片在重整空冷A-202的应用

高效干式空冷叶片在重整空冷A-202的应用

俞浩,陈兴赟,史学义,余洪涛,陈强宇

兰州石化炼油运行一部连续重整区域 甘肃 兰州 730060

摘要：80万吨/年连续重整装置再接触系统空气冷却器A-202为鼓风式轴流干式空冷器，随着重整装置处理量的提高，夏天空冷器即使在满负荷状态下冷却效果仍不理想，空冷冷后温度最高高达48℃，造成压缩机K202一级入口温度高，机组带液严重，机组活塞支撑环磨损较快，严重影响机组长周期运行，2022年10月16日对空冷叶片进行了改造，改造后风机风量是改造前的两倍。本文针对本次改造，计算了改造后风机在冬季最低气温下适宜的安装角度和风机所能提供的最大风量，给出了A-202在不同环境温度下安装角的大概范围。同时，对A-202分机叶片改造后所创造的经济效益进行了计算。

关键词：风机叶片、叶片特性曲线、安装角范围

1.概述

连续重整区域一号再接触罐空冷器A-202风机型号为G-SF36B4-E22，自重整产物分离罐D-201来的氢气经重整氢增压机K-202一级增压后，在A-202换热后去一级再接触冷却器。A-202在进行高压深冷分离，回收轻烃，提纯氢气的工艺过程中发挥了重要作用。但是随着装置处理量的提升以及设备运行时间的增加，A-202冷却效果大大下降，在夏季即使满负荷状态下氢气经过空冷器的最高冷后温度仍达48℃。因此对空冷风机从叶片型号，叶片数量以及叶片的安装角等方面对空冷风机进行了改造。但是由于增加了分机叶片以及改变了叶片的型号，有可能导致风机与原有的电机出现功率不匹配的问题。为此，通过查阅该型号的叶片的特性曲线，核算了冬季条件下为保证风机正常运行所需的电机功率，为保证风机的最大风量，给出了在不同环境温度条件下的安装角。同时从空冷器改造前后的混合氢气产物的分析结果出发，计算了改造后所创造的经济效益。

2.空气冷却器基本参数

连续重整区域空冷器A-202型号为G-SF36B4-E22，其表示含义为该风机为鼓风式，停机手调角风机、直径为3600mm、B型玻璃钢叶片、叶片数4个，悬挂式电动机朝上、V带传动、风机叶片为E型叶片、电动机功率为22kW。

改造风机叶片由江苏中金环保科技有限公司提供，叶片由原来的四叶片改为六叶片。叶片材料为玻璃钢，环氧树脂和碳纤维组成的复合材料，改造后风机叶

片型号为ZIK3600-6，叶型采用先进的低损失叶型，保证了二维流动在宽广的工作范围内具有较低的流动损失。

3风机风量测量

改造完毕后须对风量进行测算，测点布置在风筒上，按等圆环面积布置3个测点。用风速仪测试各点流速3次。计算出改造前后平均风速为3.29 m/s和6.47m/s。

其中，为A-202风筒直径3.6m，为无效区直径1.18m；将改造前

后的平均风速带入上式中，得出改造前风量为12.05×104 m3/h；改造后风量为21.14×104 m3/h。

从风机特性曲线图中查得安装角为18°时的理论风量为35.53×104 m3/h，内效率为0.831。由于此次改造只针对风机叶片，导致实际测量风量与理论风量相差较大。

4核算电机轴功率

对不可调节风机（转速和安装角不变），温度降低后，气体密度加大，（体积）风量不变，风机产生的压头和轴功率随气体密度的增大而增大。

当空冷器的转速和叶片角度不变时，风机的体积风量是一个定值。如果入口风温下降，气体的密度会增大。静压△P是与的一次方成正比，所以空气通过管束的△P随着加大。特别是固定叶片角或手调风机，如操作不慎，冬季负荷会超过额定功率，容易引起风机传送机构或电机损坏。由于本次改造并未涉及电机，因此必须要考虑在冬季风机正常工作时所需电机的轴功率，

兰州当地大气压为85325Pa，标况下空气的密度为1.205，则-15℃时的空气密度为：

由风机叶片性能曲线中查得，在安装角为18°时的风机内功率为14.43KW,在-15℃时，在兰州本地风机的内功率为：

风机轴功率为：

则在-15℃时，电机轴功率为：

其中：为风机的叶片的内效率，查风机的特性曲线得0.831

为皮带的传动效率，一般按0.88-0.945考虑，此处取0.9。

为电机效率，正常负荷按0.86-0.92考虑，此处取0.9。

从上面的计算中可以看出，A-202在冬季-15℃运行时，电机轴功率小于额定功率22KW。同理，计算出在安装角为20°时，为保证A-202平稳运行的最低气温约为7℃，若气温低于7℃时，则需要将风机叶片调整至18°，若气温继续下降至-15℃时，需调整风机叶片安装角至16°。

5.经济效益

在更换空冷器A-202风机叶片后，空冷风机冷却效果显著增加，为了使计算结果具有代表性，在工艺条件基本保持不变的前提下，分别截取10月16日前后30天的各组分的体积百分数为分析对象，发现氢气纯度在10月17日有明显增加，C3-C6组分的体积百分数有所下降。

此次A-202改造带来的经济效益从两方面考虑：

一是氢气的纯度提高了约2个百分点，此方面所带来的经济效益不便进行量化计算。氢气纯度提高对本装置带来的益处体现在以下几点：

1.减少机组带液情况，减缓活塞式压缩机活塞支撑环的磨损，提高了压缩机的长周期运行时间。

2.氢气纯度提高使得低温脱氯罐D-204内的催化剂使用时间延长，减少了催化剂更换的频次。

3.减缓了还原气电加热器的结焦情况，提高了还原气电加热器的使用寿命。

4.氢气纯度提高加氢反应，提高产品质量。

二是从混合氢气中回收了部分轻烃，假设有60的轻烃转化为了生成油，由表1知C3，C4，C5，C6组分体积百分数的变化量为：

表1  改造前后混合氢气各组分含量表（%体积分数）

连续重整装置产氢量每小时约为35000，则每月产氢量约为。

那么各组分的体积变化量为：

在兰州10月份平均气温10℃，大气压约85KP的条件下，查阅资料得出在该条件下的气体摩尔体积约为27.6 L/mol。

=4.1=2.1=6.4=1.7

C3，C4，C5，C6的相对分子质量分别为44 ，58，72，86。

10月份生成油出装置价格为3929元/t。则：

万元/月

从上面的分析得出，通过改造A-202风机叶片，除能够提纯氢气外，还能每月提高经济效益约11.6万元。

6.结论

通过以上分析计算，气温高于7℃时，风机可在最大安装角20°的情况下正常工作，在7℃～-15℃时空冷风机稳定工作的安装角为18°，若遇到低于-15℃的环境式，则需将安装角调整至16°。此次A-202叶片改造大大提高了空冷的进风量，致使氢气纯度得到了提升，且回收了部分轻烃，大大提高了装置的经济效益。

参考文献

[1] 赖周平.张荣克.空气冷却器第五章风机[M].

[2] 江苏中金环保科技有限公司ZIK3600-6型风机特性曲线图.