空气预冷系统(空冷系统)是大中型空分设备的一个重要组成部分，它位于空压机系统和分子筛吸附系统之间，用来降低出空压机高温空气的温度与湿度，同时通过水的洗涤除去空气中的硫化物等易使分子筛中毒的化合物，使空气达到一定要求后进入分子筛吸附系统。
1 空冷系统典型流程介绍
    空冷系统典型流程见图1。从空压机来的高温空气进入空气冷却塔(空冷塔)下部，与从水泵来的常温冷却水在空冷塔下段逆流直接接触，进行热质交换。空气得到初步冷却，再上升到空冷塔上段，与来自水冷却塔(水冷塔)的低温冷却水进一步热质交换后出空冷塔，进人分子筛吸附系统。冷却水分为两路，一路进入水冷塔，与干燥污氮气传质换热后作为低温冷却水进入空冷塔上段；另一路直接进入空冷塔中部。两路水与空气换热后在空冷塔下部汇集后出空冷塔。污氮则从水冷塔下部进，上部放空。配套设备有空冷塔、水冷塔、水泵等。
    此空冷系统流程为近几年中最常用的，它取消了冷水机组，以水冷塔代替，充分利用了空分设备副产品污氮的吸湿性来得到低温水，从而大大降低了能耗。空冷塔和水冷塔采用了{zxj}的填料塔形式，具有阻力小、效率高、处理能力强等优点。

表1 不同流程空冷系统比较

项 目 A(全部利用污氮气的空冷系统) B(冷水机组制冷)
空气出口温度 ~18℃，出口温度较高，分子筛吸附器容量需加大 ~10℃
空冷塔上部进水温度 ~15℃，允许较高的冷却水温度 ~7℃，一般需依靠冷水机组来达到此温度
流程中部回水 一般不中部回水。因此可取消空冷塔上“中心筒”结构，降低塔高约2米，取消相应接管、阀门、测点 只能采用中部回水结构。因为制造厂对冷水机组水进出口温降△T有要求，通用型为5℃，特殊的不大于13℃，回水可降低冷水机组进口水温，使△T小于13℃，否则厶T将大于20℃，冷水机组无法满足要求
空冷塔上部水量 ~20m3/h ~20m3/h
空冷塔上部水泵 由水冷塔供水，供水压力仅约0．02MPa，要求水泵扬程较高 空冷塔内压力即水泵供水压力，约0．5MPa，所以要求水泵扬程较低
空冷塔下部水量 ~60m3/h ~80m3/h
空冷塔下部水泵 上段水直接到下段参与换热，从而下部水量可减少约20m3/h，要求水泵流量较低 下部水量不能减少，水泵流量要求较高
冷水机组 无 有。因此增加电耗90kW，水耗75m3/h，以及运行维护费用。
水冷塔 有。利用空分设备副产品污氮气与水传质换热获得冷量，不增加电耗，水的消耗为污氮气放空所带走的水蒸气，极少。基本不用检修，无运行维护费用 无

    由于空分设备用户的条件和要求各不相同，有 的用户提供给水冷塔的污氮量很少，此时就要靠冷 水机组来制取冷量，水冷塔一般取消，亦可保留，流程作如下更改(见图2)：空冷塔中部加一出口，空冷塔上部进水从该出口流回冷水机组(或水冷塔)，冷却后再进入空冷塔上部，形成一个循环。

2 空冷系统不同流程比较
2．1 整体比较
    以6000m3/h空分设备为例，全部利用污氮气 制取冷量(设水冷塔、不设冷水机组)的空冷系统 (A)与靠冷水机组制取冷量(不设水冷塔)的空 冷系统(B)的比较见表1。
2．2 空冷塔的比较
    空冷系统最主要的设备为空冷塔，空气的降温 过程就是在空冷塔中完成的，空冷塔的优劣将决定 整个空冷系统的运行效果。不同类型空冷塔示意图 见图3。
2．2．1 喷淋式(如图3a)
    这种类型的塔依靠塔内喷头将进水雾化，增加 水与空气的接触面而提高换热效果。塔内仅有喷头 数只，结构简单，制造、安装、检修都很容易，空 冷塔重量较轻。但也存在如下问题：①需要大量实 验数据来确定各种型号尺寸的喷头；②喷头阻力较 大，一般可达0．4~0．5Mh(A)，增加水泵功耗，若水不够清洁，容易引起喷头堵塞；③效率较低， 用水量大。这种形式的空冷塔已不多用了。
2．2．2 塔板式
    通过将喷头改为塔板，塔内零部件复杂很多， 但效率得到较大提高，水耗、水泵电耗下降。塔板形式一般为穿流筛板或带降液管筛板，前者用于塔 径较小时，制造安装比后者容易且效率相当；后者 用于塔径较大时，考虑到空冷塔内温度较高，易引 起结垢，导致塔板开孔处堵塞，塔板采用大开孔形 式，同时保持一定的开孔率，既防止开孔堵塞，又 能保证效率。塔板式空冷塔常见有两种，一种是上 段为塔板，下段为喷头(如图3b)；另一种是上、 下两段均为塔板(如图3c)。
2．2．3 填料式
    以往填料塔存在着高效填料品种少、相关数据 不足、造价高等问题。随着高效填料大量出现，成 本降低，近年来填料在空冷系统中也得到大量应 用。塔板改成填料，使气液两相由逐级接触逆流操 作变为微分接触逆流操作，两相传质换热效果更 好。一般填料式塔的空气出口温度与水进口温度差 小于2℃，而板式塔则为3℃左右。填料塔制造安 装也较方便，只要填料支承板、盖板、水分布器装 好后，将一定高度的填料装人即可。填料塔还具有 阻力小、处理量大等优点。空冷塔中常使用散堆填 料，如鲍尔环、阿尔法环等，材质为聚丙烯。
    填料塔也有一些缺点：①由于填料材质为聚丙 烯，寿命不如塔板(不锈钢材质)，一定年限后需 更换；②填料塔对液相分布要求严格，对水分布器 设计要求高；③目前，填料塔成本高于板式塔。 从各方面综合来看，填料式塔具有其它形式塔 无法比拟的优点，所以在实际应用中，空冷塔已大 部分采用填料结构。不过空冷塔下部空气进口温度 达100℃，影响聚丙烯填料寿命，该处又易结垢， 所以空冷塔下段仍使用塔板(如图3d)。
2．3 水冷塔的比较
    水冷塔的比较与空冷塔相似，不再叙述。只说 明一点，从换热原理上讲，填料非常适合于水冷 塔，因为水与污氮气的热交换主要通过传质实现， 微分接触逆流操作的填料塔可使两相传质换热效果 达到{zj0}。
    根据上述分析对比，综合考虑用户运行维护费 用、能耗、系统效率、制造成本等，空冷系统应尽 量选用如下方案：取消冷水机组，设置水冷塔，采 用中部不回水流程，空冷塔上段为填料结构、下段 为塔板结构，水冷塔为填料结构。
3 使用中要注意的两个问题
    (1)要注意水循环系统的冷却效果，尽量降低 冷却水的温度，这有利于空冷系统的良好运行。如 供水温度过高，可能使空气出口温度达不到设计要 求，分子筛吸附系统就要吸附更多的水分。
    (2)注意冷却水的水质问题。常见为硬度过 高，这样的水结垢很厉害．特别是使用冷水机组的 用户，其冷凝器常因管路结垢而使冷水机组达不到 应有的制冷量。另外，在填料或塔板、捕雾器上结 垢，会增加塔的阻力。一般处理方法有：在管路上 设置“电子除垢器”，或加化学药剂于水中。用加 xx法时要防止水起泡沫，否则容易引起空冷塔雾 沫夹带，出现分子筛吸附系统带水事故。
    随着全球对水资源保护及能源的日益重视，节 能、节水将是永恒的主题。对空冷系统也是如此， 不断通过改进流程、冷却塔的设计或运用其它控制 手段来达到节能节水目的，谁在这方面做得更好， 谁就能得到更多的用户。