空冷器全称“空气冷却器”, 也称“空气冷却式换热器”。在大型密闭式循环冷却水系统中, 空冷器是常用的核心冷却设备。夏季气温较高, 空冷器可以采用增湿方式, 配套喷雾装置, 通过对空气喷雾来降低空冷器进风温度, 从而确保将进入空冷器冷却的循环水降低至供水温度的要求。喷雾系统常采用高压雾化系统, 工作压力高达6.0~7.5 MPa。

　　 本文就大型增湿空冷器系统配套喷雾系统的设计与施工进行探讨。

　　 增湿空冷器喷雾系统是将高压水通过雾化喷头形成细小微雾, 水雾气化后迅速融入大气, 增加空气相对湿度, 降低空冷器进风温度。

　　 喷雾系统由喷雾水池、喷雾泵、喷雾管道、过滤器、喷雾喷头等组成。

　　 喷雾系统喷头均匀布置于空冷器管束下方, 喷头数量的确定应结合喷雾量需求、喷头最大喷雾量、喷射角度以及喷雾所需供水压力要求等多重因素整体考虑。喷雾需求量根据夏季最不利条件环境温度、湿度, 结合换热量需求、风量、风速等计算确定。喷头最大喷雾量、喷射角度以及喷雾所需供水压力要求等由喷头产品的技术规格确定。在有条件情况下, 大型喷雾系统可先做1套测试装置, 这样对于喷头的布置将更为准确。

　　 喷头可指向上方或下方。喷头如指向上方, 应确保水雾不会直接喷射在空冷器管束或其它空冷器框架的梁、柱结构上, 以免水雾过早凝结。喷头如指向下方, 不应垂直向下, 以免水雾直接凝结在喷雾管道上。水雾过早凝结将直接降低喷雾效果, 使得空冷器进风难以得到有效的降温冷却。

　　 从安全角度考虑, 最靠近空冷器边缘外侧处不要设置向下或者指向外侧的喷雾喷头, 喷头可指向空冷器下方内侧, 以免万一喷雾喷头朝外飞溅, 造成意外伤害事故。图1为常用的喷雾系统喷头工作场景。

　　 喷雾系统的喷头数量有时多达上万个, 上万个喷头同时喷雾既不经济, 也不便于系统控制, 因此喷头系统划分是必然的。所谓喷头系统划分是指将喷雾系统合理划分为若干子系统, 子系统由一定数量的喷头组成。

　　 喷头系统划分方式可分为区域划分法和环境划分法。

　　 区域划分法, 把整个喷雾系统按地理区域划分为若干子系统, 比如东、西、南、北等区域, 某个区域内的所有喷头工况相同, 同时开启或同时关闭。区域划分法的特点是控制、管理简单。

　　 环境划分法, 把整个喷雾系统按物理区域划分为若干子系统, 比如同样是在东、西、南、北等区域, 同一地理区域内的喷头隶属于不同的子系统, 同一子系统的喷头可以均匀地分布在同一地理区域内不同的地理位置上, 子系统喷头同时开启或关闭。环境划分法就是要让整个空冷器下方的空气温度、湿度保持一致。

　　 对于大型喷雾系统而言, 最合理的喷头系统划分就是结合区域划分法和环境划分法, 使得大区域内的空冷器下方的空气温度、湿度保持一致。

　　 喷头系统划分确定后, 喷雾水系统主干管网的走向其实也已经基本确定, 应贯穿各区域, 有效连接各喷雾子系统;喷雾水系统支管应从各子系统区域中部穿过, 尽量做到均匀配水。

　　 在管网布置时应注意以下细节:

　　 (1) 管网优先呈环装布置, 如环状布置有困难, 可采用枝状管网, 但应避免同一系统内喷头处压差过大。

　　 (2) 管网布置应注意避让空冷器风机、轴承的检修通道, 不能因为管网设置, 导致难以开展检修工作。

　　 (3) 在供水主管和支管末端应设置放空排水管路和阀门, 确保系统在夏季过后能彻底放空。

　　 (4) 在供水主管和支管末端可设置排气管路和手动阀, 每逢夏季系统首次启动时, 管网中有大量空气需要快速排出, 以免因为压力波动对系统运行带来危害。

　　 (5) 在管道布置时, 因为喷雾管道是高压力管道, 每间隔一定距离应采用高压管夹固定喷雾管道。

　　 喷雾水池是喷雾系统水源供给设施, 喷雾系统对于喷雾水水质要求较高, 水中有任何杂质均会堵塞喷头, 造成喷雾系统无法正常运行。喷雾系统应采用脱盐水或纯水、软化水等, 喷雾水池建议优先采用封闭式不锈钢水箱或封闭式钢筋混凝土水池内衬不锈钢等做法。

　　 喷雾系统一般在夏季白天使用, 喷雾系统用水总量较大, 为减少对于全厂脱盐水或纯水、软化水等高质量水源的冲击负荷需求, 喷雾水池宜储存当日喷雾用水总量, 采用晚上进水, 白天用水的方法。

　　 条件许可时, 可考虑在空冷器管束下方、空冷器进风处单独设置封闭式进风区, 喷雾系统喷头集中设置在该区域内。在封闭条件下, 喷雾不易受外界条件影响 (比如风) , 喷雾和空气冷却效果将更有保证。单独设置封闭式进风区将会增加工程投资, 但对于系统运行有利, 可酌情考虑。

　　 喷雾喷头的选型是否恰当是喷雾系统成功的关键。喷雾喷头应采用高压微细雾化喷雾喷头, 喷头材质为不锈钢, 喷头内置过滤器, 喷头为广角喷雾。喷头孔径可从0.41~2.2 mm, 喷头有效工作压力从60bar (1bar=0.1 MPa) 到70bar以上, 在有效工作压力下单个喷头喷雾水量为10~500L/h, 标准喷头连接管尺寸一般为DN15。喷头喷雾量、雾化效果与喷雾供水压力密切相关, 压力越高, 喷雾量越大, 雾化效果也越佳。喷头选型具体应根据喷雾需求量的大小、喷雾角度和喷头布置情况确定。

　　 为便于安装、检修以及后期喷头的更换, 喷雾喷头一般采用丝扣连接。按照螺纹形式的不同, 喷雾喷头可分为直螺纹喷头和锥螺纹喷头。锥螺纹就是沿轴线方向螺纹外径从开始端面从小慢慢变大, 而直螺纹的螺纹外径是不变的。根据现场实际运行情况反馈, 在水压低于30bar的情况下, 可选用直螺纹喷头。如果水压高于 (含) 30bar, 喷雾喷头应选用锥形螺纹喷头。大型增湿空冷器系统配套喷雾系统有效工作压力50bar以上, 应选用锥形螺纹喷头。另外, 需要注意的是喷头螺纹形式和安装喷头的接口螺纹形式必须匹配, 否则会引起喷头漏水甚至是喷头飞溅。。

　　 喷雾水泵的要求是流量不大但是供水压力要求极高。另外, 从喷雾系统工况分析, 喷雾系统启动是水量逐步增大、水压逐步增高的过程, 因此喷雾水泵建议采用变频水泵配置变频电机^[1], 以起到保护系统作用。

　　 大面积的喷雾主系统往往是由若干小面积的喷雾子系统构成, 建议喷雾水泵的配置数量与喷雾子系统的设置数量或同时开启数量匹配, 这样更便于喷雾系统的控制和稳定运行。

　　 由于喷雾系统为高压系统, 为确保系统的可靠性, 喷雾供水管道可选用无缝不锈钢管道。喷雾水池补水管、溢流管、排污管等常压或无压管道可采用内衬塑钢管。

　　 喷雾系统施工的最大难点在于喷头的安装和固定, 所有喷雾喷头均须固定于喷雾水主管上。1套循环水量为20 000 m³/h的大型密闭式循环水系统, 其配套喷雾系统的喷头数量多达上万个。如何确保上万个高压喷雾喷头的安装质量, 避免喷头在工作过程中发生飞溅, 这是安全生产的关键。另外, 如果喷头跌落, 喷雾水大量外泄, 会导致喷雾系统水压力大跌, 无法再形成满足要求的水雾。

　　 喷头的安装和固定有两种方法。

　　 方法一, 在喷雾水支管上焊接带内螺纹的不锈钢短管, 然后将喷头通过螺纹连接安装于短管末端, 这也是传统的安装和固定方法 (见图2a) 。

　　 方法二, 采用热熔钻技术在喷雾水主管上开孔攻丝, 然后将喷头以螺纹连接的方式固定于喷雾水主管上 (见图2b) 。

　　 热熔钻又叫热钻, 它改变了传统钻孔紧固工序的工艺, 使得以往加工过程中的难题———薄板薄管的攻牙紧固几秒钟就可以轻松解决。此项工艺用以取代钻孔, 取代焊接螺母, 取代压铆螺母。热熔钻的整个加工过程, 不会破坏金属材料的结构和性能。同时形成的厚壁层具有高抗力和高抗扭力的性能, 完全可以直接进行高质量的攻丝。

　　 与在喷雾水支管上焊接丝扣短管的传统技术相比, 热熔钻技术具有以下优点: (1) 提高生产效率, 快速钻孔, 快速衬套成型, 整个过程只需要2~6s, 成型衬套可直接挤压螺纹, 取代生产工序繁琐的焊接螺母或者压铆螺母; (2) 提高产品质量, 简化工艺流程, 操作方便, 孔位精度高;挤压所得螺牙具有高强度抗拉力和抗扭力; (3) 降低生产成本, 操作简便容易掌握, 无需添置设备, 取代昂贵的焊接工序; (4) 清洁环保, 不带屑; (5) 节约材料。根据现场实际检验, 即便热熔钻接口内部的丝扣有局部损伤, 也不会影响喷头的正常工作。

　　 喷头处密封完好不漏水, 是形成合格水雾的重要条件。防止喷头螺纹和管道上喷头接口螺纹咬合, 是保障今后生产过程中喷头正常更换的必要条件。

　　 喷头和管道上喷头接口密封可采用生料带或密封胶。生料带的优点在于不仅可以做好密封, 而且具有防咬合功能, 但是生料带如果缠绑不好, 则会造成生料带脱落或者堵塞喷头。密封胶可起到很好的密封作用, 但不具备防止喷头螺纹和管道上喷头接口螺纹咬合的功能。为防止喷头螺纹和管道上喷头接口螺纹咬合, 可在连接处涂二硫化钼防咬合剂, 但需要注意防咬合剂不具备密封功能。

　　 喷雾系统是空冷器进风增湿从而降低空气温度最有效的手段, 对于确保空冷器系统的正常运行、控制空冷器冷却水温有着至关重要的作用, 拥有广泛的应用前景。但是, 喷雾系统本身的设计与施工也有着很高的安全和质量要求, 设计时应周密考虑。