摘 要: 天然气压缩机是天然气处理厂的核心设备，压缩机组的安全正常运行情况直接关系到下游天然气能否正常供应。空冷器是服务于压缩机组的散热设备。某公司压缩机空冷器在夏季气温高时，因空气温度升高而导致冷热介质温差减小，同时，在使用一定年限后，空冷器的总传热系数也有所下降，使得空冷器传热负荷随之下降、冷却介质出口温度升高，屡次导致停机故障，影响压缩机组的正常运行。文章介绍了一种以蒸发预冷模块为核心的蒸发预冷系统。该系统利用水蒸发吸热的原理对进入空冷器的空气进行预冷，以提高空冷器的传热平均温差ΔT，实现降温。理论计算及实践操作证明，该系统能够提升空冷器的传热负荷，彻底解决夏季高温天气引起的压缩机超温报警停机问题，并可使机组环境得到改善。
关键词: 压缩机 空冷器 散热 传热负荷 风机 蒸发预冷模块 布水器 供水模块
空冷器是石油化工、煤化工、天然气行业应用最广泛的冷凝、冷却类换热设备，在油气加工生产流程中起着重要作用。若空冷器运行效果不佳，则会导致介质温度过高，生产中往往只能通过减产、减量或喷水降温等临时措施进行应急处置，不仅严重影响整条工艺产线的运行效率，还会给企业带来显著的经济损失。为此，本文提出一种增设蒸发预冷模块的方法。该方法可有效保证空冷器的安全平稳、运行，提高工艺产线的运行效率。
1 空冷器结构介绍和设备运行情况说明
空冷器基本结构型式如图1所示，主要由2组管束、2台风机及构架【1】等组成;其中一组管束管内介质为天然气，另一组管内介质为冷却液。
图1 空冷器结构示意【2】
最近几年，在夏季高温天气时，某公司压缩机空冷器管内的天然气和冷却液出口温度经常发生高于临界值现象，导致报警停机，为此在空冷器管束上方临时增加了喷水设施，持续对翅片管进行喷水降温。该方法可以满足装置运行需求，但存在以下缺点:
1)长期对管束进行喷水，造成翅片表面结垢、腐蚀【3】，同时浪费水资源，增加人员劳动强度，且存在作业风险等不利因素;
2)空冷器下方及附近的设施长期处于淋水环境，存在安全隐患;
3)因喷水不及时、降温效果差等原因，天然气压缩机组在夏季高温天气时多次发生停机故障，严重影响生产运行，造成处理厂产量降低。
2 空冷器传热负荷下降原因分析
空冷器的管内外热交换过程属于间壁对流传热。传热计算符合传热的基本关系式[见式(1)]，即单位面积传递的热量Q/A与有效传热平均温差ΔT成正比，与各项热阻之和
成反比【4】。
式中:Q——热负荷，W;
A——传热面积，m2;
ΔT——有效传热平均温差，℃;
各项热阻之和，与管内流体膜传热系数、管外流体膜传热系数、管内流体的结垢热阻、管外流体的结垢热阻、管壁的热阻、翅片间隙热阻以及通过翅片表面的风速等因素相关;K——总传热系数，W/(m2·℃)。
式(1)可写成传热的基本方程，见式(2)。
根据传热的基本方程、总传热系数表达式，以及管外膜传热系数和管内膜传热系数可知，使用一定年限后的空冷器，传热负荷下降的原因有:
1)在全球变暖的气候背景下，夏季气温越来越高，导致有效传热平均温差ΔT减小。
2)空气中的灰尘、柳絮等杂质会逐渐附着在翅片管的表面和缝隙中，使管壁的热阻和翅片间隙热阻增大，导致总传热系数K降低。
3)随着空冷器使用时间变长，管内流体结垢越来越严重，管内流体的结垢热阻变大，导致总传热系数K降低。
4)随着空冷器使用时间变长，风机皮带轮、皮带等磨损严重，风机出现打滑丢转现象，导致其转速下降，使得空气穿过翅片管外最窄截面处的质量流速降低，间接导致总传热系数K降低。
5)临时喷水措施虽然可以暂时增大有效传热平均温差ΔT，但是该管束为4层结构，喷水只能降低最外层翅片管受水面的温度;此外，长期喷淋降温会使水中的Ca2＋、Mg2＋在翅片表面析出并形成硬垢，当水垢厚度超过0.2mm时，空冷器传热效率将下降20％～40％【5】。
3 提高空冷器传热负荷的方法
由式(2)可知，总传热量Q与K、A、ΔT均成正比关系，所以提高其中任何一项，均可提高总传热量Q。
3.1 提高总传热系数K
总传热系数为各项热阻之和的倒数。以翅片外表面为基准的总传热系数的表达式如式(3)所示【2】。
式中:Ao——单位长度基管外表面的面积，m2/m;Ai——单位长度基管内表面的面积，m2/m;
hi——管内流体膜传热系数(以管内壁表
面积为基准)，W/(m2·℃);
ri——管内流体的结垢热阻(以管内壁表
面积为基准)，m2·℃/W;
ho——管外流体膜传热系数(以管外壁表
面积为基准)，W/(m2·℃);
ro——管外流体的结垢热阻(以管外壁表
面积为基准)，m2·℃/W;
rw——管壁的热阻(以管外壁表面积为基
准)，m2·℃/W;
rj——翅片间隙热阻，又称接触阻，m2·℃/W。
由式(3)可以看出，提高总传热系数K的方法如下:
1)对翅片管的内、外表面进行清洗，降低管内和管外流体的结垢热阻，可提高总传热系数K。但是采用该方法需要长时间停机施工，且清洗后翅片管的热阻也并不能完全恢复到原设计值。
2)通过调整风机叶片角度，可提高电机的运行功率P，即提高空气掠过翅片管表面的风速V，进而提高管外流体膜传热系数ho。
空冷器风机功率与风速的关系【6】如式(4)所示。
式中:P1、P2——分别为提高风速前、后的电机功率，KW;V1、V2——分别为提高风速前、后掠过翅
片管表面的风速，m/s。从式(4)中可以看出，功率与风速的立方成正比。由于电机的运行功率P是一个确定的范围，所以在不更换原电机的情况下，即使将功率调整到最高，对掠过翅片管表面的风速V的提升空间也有限。
管外流体膜传热系数ho与掠过翅片管表面的风速V的关系【7】如式(5)所示。
式中:V——掠过翅片管表面的风速，m/s。
从式(5)中可以看出，风速的增加并不能使管外流体膜传热系数ho等比例提高，其变化规律与风速V的0.718次方成正比。
3.2 增加传热面积A
可通过更换传热面积大的管束增加空冷器的传热面积A。该方法的缺点是:必须停机施工;同时，因传热面积增加，使得风阻增大，导致原配风机不能满足风速的需求，因此，还必须更换风机，这就相当于除了保留原空冷器构架外，需要更换整套空冷器，投入成本太高。
3.3 提高有效传热平均温差ΔT
提高有效传热平均温差ΔT的方法如下:
1)持续对翅片管喷水确实能达到降低空气温度、增大传热平均温差ΔT的目的，但同时也存在前文所述的诸多缺点;
2)在空气流通路径中加装蒸发预冷模块，使空气流经蒸发预冷模块后再进入翅片管进行换热，可实现预先降低空气温度从而提高ΔT的目的。
蒸发预冷模块利用水在蒸发模块外表面蒸发吸热，实现对空气的降温冷却，使环境高温空气温度由干球温度降到接近湿球温度。该方案可避免翅片管直接接触水，从而避免其表面结垢、腐蚀等问题，并且该途径还可以在不停机的状态下进行施工。
通过以上分析可知，解决空冷器传热不足的最佳方案是在空气流通路径中加装蒸发预冷模块，从而达到提高总传热量Q的目的。
4 方案介绍与计算分析
4.1 方案介绍
在空气流通路径中加装蒸发预冷模块，形成以蒸发预冷模块为核心的蒸发预冷系统，如图2(a)～图2(b)所示。
图2 蒸发预冷系统工艺流程及蒸发芯工作原理
蒸发预冷系统主要由蒸发预冷模块、收水槽、供水模块(含水泵和控制系统)和布水器组成。循环水在蒸发预冷模块表面蒸发，吸收空气的热量，降低空气温度。未蒸发的循环水则回流到收水槽内，并储存在其中，用于整套系统运行。供水模块将循环水由水泵输送到蒸发预冷模块顶部的布水器内，使其分布均匀，再喷淋到蒸发预冷器模块上部，均匀润湿该模块，同时控制系统所包含的液位监测装置和自动补水装置随时监测并定期补充由于蒸发而损耗的循环水。布水器内的循环水垂直向下流动，被蒸发预冷模块的蜂窝状蒸发芯吸收，在重力作用下，借助纤维良好的吸水性使水由上向下迅速扩散，在蜂窝状蒸发芯的纤维表面形成均匀水膜，水膜与空气充分接触摩擦并持续蒸发，吸收空气中的热量，从而实现空气的大幅降温。未蒸发的循环水流到底部的收水槽中。收水槽与供水模块相连接，实现水的循环使用。
4.2 蒸发预冷模块的工作原理
蒸发预冷模块由蜂窝状蒸发芯和边框构成。其利用水分蒸发实现降温效果，因此需要持续对其进行喷淋，使蒸发芯一直保持湿润状态。该模块布置于空气流通的路径中，不需要额外增加通风的动力，依靠原空冷器风机产生的负压即可实现通风。
4.3 蒸发预冷模块性能曲线、降温参数及理论计算
图3所示为蒸发预冷模块的性能曲线。
图3 蒸发预冷模块性能曲线【8】
空冷器需加装蒸发预冷模块时，应满足如下设计条件:
1)为满足蒸发效率≥85％、风阻≤25Pa的要求，蒸发预冷模块的面积应按式(6)进行配置。
式中:S——蒸发预冷模块配置面积，m2;
V4——穿过蒸发预冷模块的风速，m/s，理
论值取2.0m/s。
2)为确保蒸发预冷模块能够对流经空气实现持续、稳定降温，淋水量应≥10倍的蒸发量。夏季高温时循环水的蒸发量约为1t/h，所以淋水量应≥10t/h。
穿过蒸发预冷模块的风速为2.0m/s【9】时，空气在不同温、湿度环境下经过蒸发预冷模块后所能降低的温度如表1所示。
表1 不同温度、湿度环境对应的空气温降
由图3和表1可知，在穿过蒸发预冷模块的风速为2.0m/s的条件下，可得到以下结果:
1)蒸发效率约为85％，即空气温降值为该湿度状态下的干湿球温差的85％。
2)增加蒸发预冷模块，风压增加25Pa。空冷器原设计风压在180～280Pa之间，假设为250 Pa，则增加蒸发预冷模块后，其设计风压增大为250＋25＝275Pa。
3)根据蒸发预冷模块使用地区(陕西榆林)气候特点(7月下旬～8月中旬，白天平均气温为32℃，平均相对湿度25％)，其空气温降为13℃。
根据风机空气动力性能曲线【10】，在转速、叶片角不变的情况下，风机功率N为
式中:q——风量，m3/h;
P——风压，Pa。
根据式(7)可知:当风压增加10％(25Pa/250Pa)时，在风机功率不变的情况下，风量减小10％，若迎风面积不变，则风速降低10％，将该值代入式(5)可得，ho降低了2.7％。ho为影响总传热系数K的因子之一，在其他因子不变的情况下，K值也相应降低2.7％。
现有空冷器相关参数见表2。
表2 空冷器相关参数
依据上述条件可得:
a)空冷器加装蒸发预冷模块后，可使流经翅片管的空气温度降低13℃，使有效传热平均温差ΔT增大37.1％(按较极端天气温度35℃计算得到，即13℃/35℃＝37.1％);
b)总传热系数K降低2.7％。
根据式(2)可知，加装蒸发预冷模块后，传热量Q的提升比例为37.1％×(1－2.7％)＝36.1％。
5 蒸发预冷系统应用效果评价
目前天然气作为清洁能源，是城市居民的主要生活燃料，且其在工业燃料中所占比例越来越大，保障天然气稳定供应、足量供给始终是油田的核心工作之一。该蒸发预冷系统投入应用后，经过严酷的夏季考验，空冷器介质1(天然气)出口温度始终保持在≤65℃，介质2(防冻液)出口温度保持在≤75℃，彻底解决了夏季高温天气引起的压缩机超温报警停机现象;且与临时喷水措施相比，耗水量节约60％;同时，产气效率大大提升，为油田创造了显著的经济效益。
蒸发预冷系统通过水分蒸发实现空气降温，预冷后的空气不夹带液态水，且因空气温度低于其所接触的所有设备设施的表面温度，所以在翅片管表面不会出现凝结、滴水现象，可有效减轻翅片管的结垢、腐蚀问题，消除空冷器本体及下方周边设施长期处于淋水环境的安全隐患。此外，蒸发芯还可吸收噪音，经测试，加装蒸发预冷系统后，空冷器运行时的噪音降低了3～5dB。
杨茂， 刘昂， 张鸿斌， 陈尧， 何建斌， 胡有民， 刘婷， 陈喜军
【作者机构】 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司
为了提升石化行业本质安全，保障石化企业“安稳长满优”运行，解决设备运行与检维修“卡脖子”技术热点、痛点、难点问题，提高石化企业设备管理完整可靠性，设备智能化运维、预知性维修和检维修水平，引领我国石化智慧运维与检维修行业发展新质生产力，中国化工学会于2026年6月10-12日在陕西西安举办“2026年（第七届）石油化工设备智慧运维与检维修技术大会暨展览会”（IOMT CHEM 2026）。
一、大会主题
加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越
二、大会主办单位
中国化工学会
三、大会联合主办
西安陕鼓动力股份有限公司
浙江鹏飞绝热安装有限公司
四、大会协办单位
中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专委会
西安交通大学机械工程学院
北京化工大学机电工程学院-国家危险化学品生产系统故障预防与监控基础研究实验室
中机维协石油石化建安检维修分会
中国石化集团石油化工设备防腐蚀研究中心
中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心
中国石油集团安全环保技术研究院有限公司炼化设备技术研究与服务中心
青海民族大学化学与材料科学学院
中石研石化设备安全运维服务（西安）有限公司
大连东方亿鹏设备制造有限公司
五、大会承办单位
碳索视界（北京）企业管理咨询有限公司
盛融华创（北京）能源科技发展有限公司
六、会议时间及地点
会议时间：2026年6月10-12日（6月10日全天报到）
会议地点：陕西西安（详见报到通知）
七、会议日程及报告
（一）会议日程
6月10日：大会报到
6月11日：全体大会
6月12日：全天分论坛
分论坛一：石化企业转动设备智慧运维与检维修技术论坛
分论坛二：石化设备密封、润滑与装置节能降碳改造论坛
分论坛三：石化企业腐蚀防护与管道罐区安全技术论坛
（二）报告安排
报告题目：高端装备智能运维——“抽血化验”实现故障溯源 报告人：雷亚国 西安交通大学机械工程学院教授/常务副院长 |
报告题目：先进润滑技术与实践前沿 报告人：何承厚 中国石油化工集团有限公司高级专家 |
报告题目：强化“监、检、查”作用，科学做好“维、管、修” 报告人：陈 轩 中国石油炼油化工和新材料分公司副处长 |
报告题目：石化载荷离心泵节能技术 报告人：熊建新 中国石油化工集团有限公司高级专家 |
报告题目：化工装备智能预测维护与健康监控关键技术及应用 报告人：屈定荣 中国化安全工程研究院有限公司首席专家、设备安全研究室主任 |
报告题目：数智化引领设备运维提质增效 报告人：赵 岩 中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专委会常务副主任委员、中海石油炼化有限责任公司原安全总监 |
报告题目：陕鼓全生命周期系统解决方案服务介绍 报告人：西安陕鼓动力股份有限公司 |
报告题目：绝热工艺解析及效能评估 报告人：浙江鹏飞绝热安装有限公司 |
报告题目：精工细造赋能石化装备安全智慧运维 报告人：大连东方亿鹏设备制造有限公司 |
报告题目：炼油化工装置腐蚀防控技术现状与发展趋势 报告人：段永锋 中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心副总经理 |
报告题目：大修管理专业化服务的现状与发展 报告人：上海安恪技术股份有限公司 |
报告题目：基于设备服役状态预测的预防性维护策略 报告人：王晓静 青海民族大学化学化工学院（曾任天津大学化工学院过控系系主任）院长/教授/博导 |
报告题目：降低泄漏与失效风险：机械密封隔离液解决方案分享 报告人：克鲁勃润滑剂（上海）有限公司 |
报告题目：螺杆筒体国产化助力大型挤压造粒机长周期平稳运行 报告人：都江堰市江宁机械有限公司 |
报告题目：AI赋能石化装置智能防腐：从精准预测到科学检修的实践路径 报告人：刘小辉 中国石油化工集团公司首批高级专家、中国石化青岛安全工程研究院原副总工程师/首席专家 |
报告题目：设备智能监测发展展望 报告人：李迎丽 中国石油天然气集团有限公司设备专家 |
报告题目：石油化工设备的“养生之道” 报告人：西安国联质量检测技术股份有限公司 |
报告题目：Si@SiC/Si@Si3N4材料在化工、石油行业中的应用 报告人：陕西新兴热喷涂技术有限责任公司 |
报告题目：石化关键装备智能监测检测与事故防控技术 报告人：王 峰 北京化工大学机电工程学院教授，国家危险化学品生产系统故障预防与监控基础研究实验室主任 |
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报告题目：石化化工装置零泄漏密封、高效密封技术以及密封状态监测技术展望 报告人：孟 剑 中国石化青岛炼化公司正高级工程师/高级专家 |
报告题目：炼化装置工艺防腐蚀技术研究 报告人：佘 锋 中国石化工程建设公司正高级工程师/专业副总 |
报告题目：数字化转型下的转动设备智慧运维与检维修 报告人：王红超 山东东明石化集团有限公司炼化公司设备经理 |
报告题目：实时优化技术在炼油化工多单元协调优化及关键设备智能监测中的应用研究 报告人：赵 毅 中石化石油化工科学研究院有限公司正高级工程师/院专家 |
报告题目：ZERUST石油石化行业全生命周期防锈保护综合解决方案 报告人：北美防锈技术(上海)有限公司 |
报告题目：AI驱动TSI‑PHM融合技术与石化机组智慧运维实践 报告人：重庆川仪自动化股份有限公司 |
报告题目：再电气化驱动石化设备升级路 报告人：谢国学 中国石化工程部原首席专家 |
报告题目：双碳目标下化工设备的一些绿色节能技术 报告人：付大春 中国石油中国寰球工程有限公司北京分公司正高级工程师/动设备专家 |
报告题目：光弘科技声学成像技术在石化行业气体泄漏监测中的应用 报告人：惠州光弘科技股份有限公司 |
报告题目：RENK高效传动产品在石化旋转设备智慧运维和检修实践分享 报告人：韧客(上海)商贸有限公司 |
报告题目：设备润滑管理内容 报告人：马 彦 中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专委会常务委员、设备润滑管理专家原中国兵器工业集团北方华锦集团设备部润滑油管理中心管理专家/原处长 |
报告题目：炼化装置停工大检修标准化实践 报告人：李家鹏 中海石油宁波大榭石化有限公司机械动力部高级工程师/副经理 |
报告题目：压缩机汽改电与行星齿轮调速技术 报告人：哈尔滨广瀚动力传动有限公司 |
报告题目：能源行业输电-电缆事故与安全防护措施应用分析及建议 报告人：广东安诺新材料科技有限公司 |
报告题目：石化电气化率提升有效途径 报告人：蔡玉田 中石化节能技术服务有限公司高级工程师/副总经理 |
报告题目：炼化企业设备完整性管理体系建设与风险防控实践 报告人：钱广华 中国石化天津分公司化工部正高级工程师/原设备专家 |
报告题目：石化关键设备润滑数智化长效管理（油液在线监测+旁路超微过滤除漆膜） 报告人：预维工坊(上海)物联技术有限公司 |
报告题目：新形势下腐蚀一体化管控与炼化装置长周期运行 报告人：刘雪梅 中国石油兰州石化分公司研究院（科技创新中心）高级工程师 |
报告题目：紫外光固化防护层适用性评价 报告人：张永强 陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院正高级工程师/副所长 |
报告题目：精准定位严苛工况 筑牢设备防腐屏障 助力石化行业智慧运维高质量发展 报告人：江苏邦杰防腐保温科技有限公司 |
报告题目：无溶剂聚硅氧烷涂料介绍 报告人：深圳市易珑科技有限公司 |
报告题目：炼化企业防腐工程完整性管理与苛刻工况涂层选用 报告人：李晓炜 中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心高级工程师/专业副总 |
报告题目：炼化及罐区管道检维修决策及可视化交互管理技术 报告人：崔凯燕 中石化（大连）石油化工研究院有限公司副研究员/主任师 |
报告题目：仪表设备大检修质量管理及技术要求 报告人：董殿臣 延长石油延安能源化工有限责任公司装备管理部副经理 |
报告题目：从传统检维修到智慧运维：WTPM体系下石化设备的全周期保障之路 报告人：岳建峰 万达控股集团有限公司技术装备部经理 |
报告题目：机电仪专业一体化管理与提升 报告人：谢施展 广东九丰能源有限公司高级工程师/工程技术总监 |
报告题目：化工行业设备全生命周期创新技术解决方案 报告人：淄博福世蓝高分子复合材料技术有限公司事业部 |
报告题目：炼厂节能降碳技术改造路径 报告人：薛小波 山东京博石油化工有限公司生产运营专家 |
报告题目：先进腐蚀电化学无损检测技术及其应用 报告人：赵 博 中国特种设备检测研究院正高级工程师/科创团队带头人 |
报告题目：化工企业可燃液体常压储罐区安全管理规范 报告人：孙新宇 中石化（河南）炼油化工有限公司副处长 |
报告题目：炼化行业大型机组检维修的难点与困境 报告人：崔钟续 中化泉州石化有限公司高级工程师/动设备专业经理 |
报告题目：试运期间突发事故与泄压罐泄压设施标准选择案例解析 报告人：任洪理 原中油工程建设公司阿布扎比公司ADCOP项目正高级工程师 |
八、参会注册
中国石化、中国石油、中国海油、国能集团、中化集团、国家管网、陕西延长、民营炼化企业及煤化工、罐区、码头、化工、氯碱、纯碱、磷肥、轮胎、精细化工生产企业设备部门管理与技术人员。（免会议注册费）
