空氣冷卻器基礎

1、1 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 二、總體設計考慮因素 三、空氣側膜傳熱系數(shù)及阻力 四、強制通風的風機功率 五、自然通風的風筒高度 2 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 空氣冷卻器的基本部件如下： 管束由管箱、翅片管和框架組合構成。需要冷卻或 冷凝的流體在管內通過，空氣在管外橫掠流過翅片管 束，對流體進行冷卻或冷凝； 軸流風機一個或幾個一組的軸流風機驅使空氣流動； 構架空氣冷卻器管束及風機的支承部件； 附件如百葉窗、蒸汽盤管、梯子、平臺等； 3 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 4 第三章 空氣冷卻器 一、基本類

2、型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 空氣冷卻器分類： 按管束布置方式分為：水平式、立式、斜頂式等。 按通風方式分為：鼓風式、引風式和自然通風式。 按冷卻方式分為：干式、濕式和干濕聯(lián)合式。 按工藝流程分為：全干空冷、前干空冷后水冷、前干空冷后濕空 冷、干濕聯(lián)合空冷。 按安裝方式分為：地面式、高架式、塔頂式（在塔頂上和塔聯(lián)成 一體）。 按風量控制方式分為：停機手動調角風機、不停機自動調角風機、 自動調角風機和自動調速風機、百葉窗調節(jié)式。 按防寒防凍方式分為：熱風內循環(huán)式、熱風外循環(huán)式、蒸汽拌熱 式以及不同溫位熱流體的聯(lián)合等形式。 5 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形

3、式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 水平式鼓風式 適用于任何場合。管 束水平放置，為防止 冷凝液滯留管中，管 子應傾斜3或。 鼓風式風機葉輪呈水 平放置，置于管束下 方。進入葉片的是冷 空氣。 優(yōu)點是結構簡單， 安裝方便、管內熱 流體和管外空氣分 布比較均勻。 缺點是占地面積較 大，管內流動阻力 較斜頂式大。 6 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 水平式引風式 引風式風機葉輪呈水 平放置，置于管束上 方。進入葉片的是熱 空氣。 優(yōu)點是結構簡單，

4、安裝方便、管內熱 流體和管外空氣分 布比較均勻。 缺點是占地面積較 大，管內流動阻力 較斜頂式大。 7 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 直立式風機葉輪垂直放置 管束立放，風機葉輪 可垂直或水平放置。 多用于濕式空冷，干 濕聯(lián)合空冷或小型冷 卻裝置。安置方向應 與平時的風向配合。 一般用于氣體冷凝冷 卻，也適用于真空系 統(tǒng)。進入葉片的是熱 空氣或增濕后的熱空 氣。 優(yōu)點是結構緊湊， 占地面積小。管內 流體阻力較水平式 小。 缺點是管束中空氣 分布不均勻，易受 外界自然風的干擾； 管束不易太

5、長，否 則其剛度下降。 8 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 直立式風機葉輪水平放置 管束立放，風機葉輪 可垂直或水平放置。 多用于濕式空冷，干 濕聯(lián)合空冷或小型冷 卻裝置。安置方向應 與平時的風向配合。 一般用于氣體冷凝冷 卻，也適用于真空系 統(tǒng)。進入葉片的是熱 空氣或增濕后的熱空 氣。 優(yōu)點是結構緊湊， 占地面積小。管內 流體阻力較水平式 小。 缺點是管束中空氣 分布不均勻，易受 外界自然風的干擾； 管束不易太長，否 則其剛度下降。b型 結構略復雜。 9 第三章 空氣冷卻器 一、基本類

6、型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 斜頂式鼓風式 適用于任何場合。 風機葉輪水平放置， 置于管束下方。進入 葉片的是冷空氣。 優(yōu)點是管內熱流體 和管外空氣分布比 較均勻。傳熱系數(shù) 比水平式略高，管 內流動阻力小。占 地面積較小。 缺點是結構略復雜。 10 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 斜頂式引風式 管束斜放呈人字形， 夾角一般在60左右。 百葉窗置于管束上方， 風機置于管束下方空 間的中央。 優(yōu)點是管內熱流體 和

7、管外空氣分布比 較均勻。傳熱系數(shù) 比水平式略高，管 內流動阻力小。占 地面積較小。 缺點是結構略復雜。 11 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 增濕空冷器水平式 適用于相對濕度低于 30的 干燥炎熱地區(qū)?？諝?經(jīng)過增濕室和水分離 板后進入管束。 在空氣入口處噴霧 狀水，借水蒸發(fā)使 干燥的空氣增濕而 接近空氣的濕球溫 度。增濕后的低溫 空氣經(jīng)過水分離板 除去水滴，再橫掠 翅片管束。 耗水量較大，增加 了空氣側的流動阻 力。 12 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式

8、及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 增濕空冷器噴淋蒸發(fā)濕式 空冷器 在氣溫較高而且比較干 燥的地區(qū)，干濕球溫差 不小于14，則可采用 噴淋水使空氣增濕，將 空氣干球溫度降低到接 近濕球溫度，使傳熱溫 差加大，提高傳熱效果。 管外膜傳熱系數(shù)比普通 干式空氣冷器高35倍 （3）。同時兼有增濕和蒸 發(fā)空冷的優(yōu)點，實際消 耗水量很少。 在換熱管束前方設置若干 個噴頭，噴頭將霧化水滴 均勻地噴向管束。霧化水 滴直接噴射在管束表面， 形成一層薄水膜，水膜蒸 發(fā)的汽化潛熱使管束的換 熱能力大幅度提高。 噴頭易堵塞造成噴淋不均 勻，采用高翅片、小片距 的管束，水膜易在

9、翅片間 出現(xiàn)架橋現(xiàn)象，致使水霧 不能直接噴淋到翅片管表 面，降低了效果。 13 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的空冷器結構特點及適用場合 結構形式 適用場合及特點 優(yōu)缺點 增濕空冷器表面蒸發(fā)式 空冷器 表面蒸發(fā)空冷是由光 管組成的一種空冷裝 置，利用管外水膜的 蒸發(fā)帶走熱量，借以 把管內流體的溫度降 到所需溫度。 由分配器將冷卻水向 下噴淋到傳熱管表面， 使傳熱管外表面上形 成連續(xù)均勻的薄水膜。 表面蒸發(fā)空冷具有 結構緊湊，效率較 高的優(yōu)點。當管內 介質的溫度很低時， 由于蒸發(fā)量小也會 影響表面蒸發(fā)空冷 的使用效果。當管 壁溫度處于露點時， 易產(chǎn)

10、生露點腐蝕。 因采用光管，流動 阻力較低。 14 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 （1）L形翅片管 L型繞片管是通過把彎 成L形的鋁帶拉緊 后纏繞在芯管上制造 而成的。 最高使用溫度： 鋼管鋁片 T180； 鋁管鋁片 T150； 最高使用壓力： 鋼管 P32.0MPa； 鋁管 P0.25MPa； 制造簡便，價格便 宜，使用最多。 翅片易松動，增大 接觸熱阻。由于鋁 翅片的剛度不夠， 翅片的抗倒伏性能 較差。在濕空冷時 壽命較短。 15 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及

11、分類 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 （2）LL形翅片管 LL形翅片管翅片根部 互相重疊，與管壁接 觸良好，適于濕空冷 器。使用溫度比L型翅 片管略高。 LL型翅片管可以部 分克服L型翅片管的 翅片易松動，接觸 熱阻大的缺點。保 證了對管壁的完全 覆蓋，傳熱性能比L 型翅片管略好。缺 點是加工難度增加， 價格可能略有提高。 16 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 (3)G形鑲嵌式翅片管 鋁片嵌入鋼管表面被 擠壓到約0.250.5毫 米深的螺旋槽中，同 時將槽中擠出的金屬 用滾

12、輪壓回翅片根部 優(yōu)點是傳熱效率高 （有資料表明比L形 翅片高約20）。 工作溫度鋼管鋼片 400，鋼管鋁片 260。缺點是不 耐腐蝕，造價高。 17 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 （4）KLM形翅片管 KLM翅片管是L型繞片 管的一種。制造中多 了兩道滾花工藝，使 其綜合性能超過了其 它所有翅片管。 傳熱性能好，接觸 熱阻?。怀崞c管 子的接觸面積大， 貼合緊密、牢靠， 承受冷熱急變能力 較佳；翅片根部抗 大氣腐蝕性能高。 18 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類

13、 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 （5）DR雙金屬軋片管 雙金屬軋片管是較理 想的抗腐蝕型管子， 它完全克服了L、LL繞 片管的缺點。內外管 可以分別選材，內管 可選用碳鋼、不銹鋼、 黃銅等；管外可一般 采用鋁或銅。經(jīng)過軋 制內外管子可以緊密 結合在一起。 主要優(yōu)點有許用溫 度高，可達260； 抗腐蝕性能好，壽 命長；傳熱性能好， 壓力降?。怀崞?管子形成一個整體， 剛度好。缺點是價 格較其它翅片管高， 重量大。 19 第三章 空氣冷卻器 一、基本類型及特點 結構形式及分類結構形式及分類 幾種典型的翅片管及適用范圍 翅片管形式 適用范圍 優(yōu)缺點 （6）橢圓形翅片管

14、鋼制橢圓管套矩形翅 片，然后熱浸鍍鋅。 或熱浸鍍鋅纏繞式橢 圓鋼翅片管 。 使用范圍寬廣。 比具有相同周長的圓管， 水力直徑小，管內傳熱 系數(shù)高；橢圓翅片管束 通常以短軸面迎風，氣 流流動平滑管子后面形 成的渦流小，因此空氣 流動阻力比圓管減少約 30，特別適合用于自 然通風空冷器；迎風面 積小、比較緊湊，占地 面積只有圓管的80。 20 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 1 1 總體設計要點總體設計要點 根據(jù)工藝介質的冷凝冷卻要求及所建裝置的水源、電力情況，進 行空冷與水冷的技術經(jīng)濟比較，以確定使用空冷器的合理性； 根據(jù)熱介質要求的冷卻終溫、環(huán)境條件，確定空冷器的型式； 按經(jīng)驗總傳熱

15、系數(shù)初步估算所需的換熱面積，選擇空冷器型號； 根據(jù)工藝介質的操作條件及物性，對初選型號進行精確核算：管 內膜傳熱系數(shù)及阻力降、管外傳熱系數(shù)及阻力降、總傳熱系數(shù)、 有效平均溫差，進而計算所需傳熱面積。如果所選型號的面積不 足或偏大，需調整型號，重復前面計算，直至所選型號滿足設計 要求。然后再對風機進行核算。若選用的是濕式空冷或干濕聯(lián)合 空冷，還需計算噴水量及水的蒸發(fā)量； 根據(jù)裝置生產(chǎn)特點，綜合考慮空冷平豎面布置及控制方案； 考慮噪聲、防凝防凍等方面的問題。 21 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 2 2 有關參數(shù)的選擇有關參數(shù)的選擇- -總體形式選擇總體形式選擇 （1）前干空冷-后水冷

16、a.水源充足； a.需有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)； b.要求介質終端溫度冷至 b.操作費和檢修費較大； 接近大氣濕球溫度； c.裝置內場地較緊湊。 c.熱介質終端溫度控制較差。 （2）前干空冷-后濕空冷 a.水源不充足，水耗約為后冷器 a.后濕冷占地面積大； 的510左右； b.要求介質終端溫度高于大氣濕 b.操作費技術比后冷要求高。 球溫度5左右； c.操作費用比后冷小2040。 22 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 2 2 有關參數(shù)的選擇有關參數(shù)的選擇- -總體形式選擇總體形式選擇 （3）干濕聯(lián)合空冷 a.適于中小處理能力場合； a.操作技術要求高。 b.占地面積?。?c.操作費用省。 （

17、4）全干空冷 a.寒冷地區(qū)； b.介質終溫比夏季設計氣溫高 1520； c.運轉費最省。 23 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 2 2 有關參數(shù)的選擇有關參數(shù)的選擇- -總體形式選擇總體形式選擇 （5）全濕空冷 a.作為干空冷的補充手段； a.進口溫度高于80時， b.進口溫度低的介質，并且介質 翅片管表面易結水垢。 冷卻終溫高于濕球5。 24 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 2 2 有關參數(shù)的選擇有關參數(shù)的選擇- -管排數(shù)的選擇（依據(jù)過程選擇）管排數(shù)的選擇（依據(jù)過程選擇） （1）冷卻過程 （2）冷凝過程 輕碳輕化合物 輕碳輕化合物 （汽油、煤油等） 4 或 6 （汽油、煤

18、油等） 4 或 6 輕柴油 4 或 6 水蒸氣 4 重柴油 4 或 6 重整或加氫反應器 潤滑油 4 或 6 出口氣體 6 塔底重質油 6 或 8 塔頂冷凝器 4 或 6 煤氣 4 汽缸冷卻水 4 25 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 2 2 有關參數(shù)的選擇有關參數(shù)的選擇- -管排數(shù)的選擇（依據(jù)管內介質溫度選擇）管排數(shù)的選擇（依據(jù)管內介質溫度選擇） T6 3 6T10 300 3 50T100 200 5 100T170 100 6 T170 8或以上 26 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 3 3 迎風面速度底選擇迎風面速度底選擇 3 4 5 6 7 8 3.15 2.84

19、 2.74 2.54 2.44 2.8 2.5 2.3 3.15 3.0 2.83 2.75 2.58 2.5 27 第三章 空氣冷卻器 二、總體設計考慮因素 4 4 翅片管類型的選擇翅片管類型的選擇 2000 高翅 12002000 高翅或低翅 1201200 低翅 120 光管 28 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圓形翅片管 強制通風條件： 膜傳熱系數(shù)： 引風式空冷則應根據(jù)管排數(shù)取下表管排校正系數(shù)， 對上式進行校正。 o t 0.296 t 0.333 a 0.718 a r a o 1378. 0 A A h s PrRe d h 管排數(shù) 2

20、 3 4 5 6 7 8 管排數(shù)校正系數(shù) 0.81 0.871 0.908 0.93 0.945 0.953 0.961 29 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圓形翅片管 強制通風條件： 阻力計算： 當2000Rea5000，1.8St/dr4.6時， 正三角形排列： 橫向管心距與縱向管心距不相等的三角形排列： a 2 max ast 2 G NfP r 927. 0 t 0.316 aa Re86.37 r d s f 0.515 p t 0.927 r t 0.316 aa 86.37 s s d s Ref 30 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側

21、傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圓形翅片管 自然通風條件：自然通風的風速一般低于1m/s，而低風速下園翅片 管的傳熱和阻力試驗數(shù)據(jù)非常缺乏。現(xiàn)根據(jù)對低風速下圓翅片管的傳 熱和流動阻力研究的結果，推薦以下的計算關聯(lián)式，僅供參考。 以基管外表面積為基準的管外膜傳熱系數(shù)： 1100Rea3000 空氣通過園翅片管束的阻力： 0.35m/sUn0.95m/s o t 0.683 a r a o 076. 0 A A Re d h 1.434 nrst 292. 2UNP 31 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 2.2.橢圓翅片管 強制通風條件：2300R

22、e15000（ua1.0m/s） 膜傳熱系數(shù)： 流動阻力： A A m d h n o t a er a o Re f t a 2 max ast 2A AG fP 0.425 a 3 rra )00105. 0005. 04 . 1 ( ReNNf 32 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 2.2.橢圓翅片管 自然通風條件： 800Re2300（ua1.0m/s） 膜傳熱系數(shù)： m,n的算法與強制通風不同。 流動阻力： A A m d h n o t a er a o Re f t a 2 max 0.563 aast 2 76. 1 A AG GfP 0.4

23、25 ar r 3 r a 71 0189. 024.10 ReN N N f 33 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 干式空冷器干式空冷器 3.3.橢圓管繞鋼制翅片I型翅片管 強制通風條件：3000Re9000 膜傳熱系數(shù)： 流動阻力： 0.332 f 0.453 er t 31 a 0.482 a er a o 6943. 0 h S d S PrRe d h a 2 maxr 2 GN fP ast 081. 1 f 78. 0 er ert 4408. 0 a )()(031.14 h S d dS Ref 34 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 濕式空冷器濕式

24、空冷器 1.1.早期模型 強制通風條件：Gmax26 kg/m2s；Bl80370 kg/m2s；5 52020。 膜傳熱系數(shù)： 溫度準數(shù) 空氣入口干球溫度 入口處的露點溫度入口處的露點溫度 流動阻力： 35. 0 )0.035N(0.77 )0.08N(0.05 ao r r 78 l BGh 1.54 a 12. 0 rst 22. 0GBNP l p1g1 g1b tt tt 94. 0 s0g0g0g1 ln 175 04. 1tt BB tt ll 87.226 ln3036.18 44.3816 s p1 P t 35 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 濕式空冷器濕式空冷器 2.2.LPEC模型 洛陽石化工程公司和西安交通大學合作，對濕式空冷的最佳結構做了進 一步的開發(fā)研究，證明翅片高度低、翅間距大的翅片管具有較好的增濕換熱 性能。 1.638 f d S t)(S 0.403 max 0.453 o r p f 82.133 h tS GBh h l 36 第三章 空氣冷卻器 三、空氣側傳熱系數(shù)與阻力 濕式空冷器濕式空冷器 3.3.噴水量及耗水量 噴水量 耗水量 由于空氣的設計溫度一般都在2535之間，在這個溫度區(qū)間內的汽 化潛熱變化不大，取其平均值Hs2256.25J/k