空冷器的設(shè)計(jì)講解

1、2006-3-5 第四章空冷器的設(shè)計(jì)4.1空冷器的設(shè)計(jì)條件4.1-1設(shè)計(jì)條件1.空氣設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)氣溫系指設(shè)計(jì)空冷器時(shí)所采用的空氣入口溫度。采用干式空冷器時(shí)，設(shè)計(jì)氣溫應(yīng)按當(dāng)?shù)叵募酒骄磕瓴槐ＷC五天的日平均氣溫123。采用濕式空冷器時(shí)，將干式空冷器的設(shè)計(jì)氣溫作為干球溫度，然后按相對(duì)濕度查出濕球溫度，該溫度即為濕式空冷器的設(shè)計(jì)氣溫。我國各主要城市的氣溫列于附表41。從該表可見我國絕大多數(shù)地區(qū)夏季平均每年不保證五天的日平均氣溫低于35C。當(dāng)接近溫度大于15-20C時(shí)，采用干式空冷器比較合理。在干燥炎熱的地區(qū)，為了降低空氣入口溫度可以采用濕式空冷器。2.介質(zhì)條件（1）適宜空冷器的介質(zhì)條件適于采用空冷器的

2、介質(zhì)有石油化工過程中的氣體,液體，水和水蒸汽等。3.熱流的操作條件（1）流量。根據(jù)工藝要求而定。（2）操作壓力。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“空冷式換熱器”的規(guī)定，最高的設(shè)計(jì)壓為35Mpa，這個(gè)壓力可以滿足石油化行業(yè)空冷器的操作要求。（3）入口溫度熱流的入口溫度越高其對(duì)數(shù)平均溫差越大，因而所需要的傳熱面積就越小，這是比較經(jīng)濟(jì)的。但是，考慮能量回收的可能性，入口溫度不宜高，一般控制在120-130C以下，超過該溫度的那部分熱量應(yīng)盡量采用換熱方式回收。在個(gè)別情況下，如回收熱量有困難或經(jīng)濟(jì)上不合算時(shí)，可適當(dāng)介質(zhì)入口溫度。就空冷器本身而言，考慮到介質(zhì)溫度升高會(huì)導(dǎo)致熱阻的增加，傳熱效率下降，繞片式翅片管的工作溫度可用到

3、165C而鋃片式翅片管可用到200C如果熱流入口溫度較低（低于7080C），可考慮用濕式空冷器。（4）出口溫度與接近溫度對(duì)于干式空冷器出口溫度一般以不低于5565C為宜，若不能滿足工藝要求，可增設(shè)后濕空冷，或采用干-濕聯(lián)合空冷。接近溫度系指熱流出口溫度與設(shè)計(jì)氣溫之差值。干式空冷器的最低值應(yīng)不低于15C，否則將導(dǎo)致空冷器的面積過大，這是不經(jīng)濟(jì)的。上述的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)填入表4.1-1的”空氣冷卻器規(guī)格表”內(nèi).表41-1空冷器設(shè)計(jì)規(guī)格表表號(hào)空氣冷卻器規(guī)格表審核項(xiàng)目號(hào)校對(duì)位號(hào)編制日期版次用戶廠址裝置型式及規(guī)格單元面積光管m2翅片管m2換執(zhí)量W傳執(zhí)系數(shù)光管W/m?K翅片管W/m2K特性數(shù)據(jù)管內(nèi)側(cè)液體名稱進(jìn)口

4、出口致命毒性有無進(jìn)入液體總量重度kg/m3進(jìn)口出口比執(zhí)J/kgK液體kg/h泡占C蒸氣kg/h傾占C不凝汽kg/h潛執(zhí)7水蒸汽kg/h粘度Pas水kg/h管內(nèi)結(jié)垢執(zhí)阻m2K/W壓力MPa壓降kPa允許計(jì)算特性參數(shù)空氣側(cè)空氣總量m3/s海撥高度m空氣量/臺(tái)風(fēng)機(jī)m3/s進(jìn)口溫度（設(shè)計(jì)干球溫度）C靜壓Pa出口溫度C迎風(fēng)面風(fēng)速m/s結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)溫度管束管箱型式管子規(guī)格尺寸長X寬管箱材料管子材料：無縫焊制數(shù)量管稈數(shù)管子長度m布置絲堵材料管子數(shù)量管束串聯(lián)并聯(lián)墊片材料管心距臺(tái)數(shù)串聯(lián)并聯(lián)腐蝕裕量翅片型式架規(guī)格長X寬進(jìn)口管數(shù)直徑mm翅片材料出口管數(shù)直徑mm翅片外徑構(gòu)架數(shù)量架中心距百葉窗自動(dòng)手動(dòng)振

5、動(dòng)切換開關(guān)有無化學(xué)清洗特殊接管法蘭面型式溫度表壓力表片距印記風(fēng)機(jī)型號(hào)風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)風(fēng)機(jī)直徑風(fēng)機(jī)功率調(diào)節(jié)型式：手調(diào)自調(diào)調(diào)頻驅(qū)動(dòng)機(jī)型式驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)分減速機(jī)型式減速機(jī)臺(tái)數(shù)傳動(dòng)比功率支架支座材料葉片輪轂控制發(fā)生故障時(shí)的風(fēng)機(jī)角度控制發(fā)生故障時(shí)的風(fēng)機(jī)速度出口溫度控制精度空氣再再循環(huán)內(nèi)循環(huán)最大最大最小最小鎖住鎖住百葉窗外循環(huán)蒸汽盤管總重占地面積圖號(hào)4.2翅片管參數(shù)的優(yōu)化翅片管是空氣冷卻器的傳熱元件，翅片管的參數(shù)對(duì)空冷器的傳熱效率、功率消耗和噪聲等有直接的關(guān)系4。因此，選擇合適的翅片管參數(shù)對(duì)空冷器設(shè)計(jì)是非常重要的的以下就翅片管參數(shù)對(duì)傳熱和阻力降的影響及如何選擇作出評(píng)述。1翅片管的參數(shù)圖

6、4.2-1圖中幾何參數(shù)的意義如下:翅片管的幾何參數(shù)翅片管的參數(shù)主要是指它的幾何參數(shù)如圖1所示。b翅片平均厚度，m；b=0.5(b+b)prb翅片頂部厚度，m；pb翅片根部厚度，m；rd光管外徑，m；D翅片外徑，m；d翅片根部直徑，mrH翅片高度，m；S翅片間距，m；S翅片管橫向管心距，m；TS沿氣流方向的管排之管心距，m；L一般說來，翅片管的光管直徑、翅片厚度基本上是固定的。所以在評(píng)價(jià)翅片管的性能時(shí)選擇的參數(shù)主要是翅片高度，翅片間距和管心距。這些參數(shù)對(duì)翅片管的翅化比起主導(dǎo)作用，同時(shí)對(duì)傳熱和壓力降也產(chǎn)生很大影響。翅片管參數(shù)的優(yōu)化主要是指空冷器設(shè)計(jì)中如何合理地選擇片高、片距和管心距這三個(gè)參數(shù)，使所

7、設(shè)計(jì)的空冷器得到較高的傳熱效率和較低的阻力損失。從而使空器設(shè)計(jì)處于較優(yōu)的狀態(tài)。2翅片管的翅化比和有效翅化比在空氣冷卻器中，管外以空氣作為冷卻介質(zhì)與管內(nèi)的熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)低引起管外側(cè)的傳熱系數(shù)也較低，為了彌補(bǔ)管外側(cè)的傳熱系數(shù)的不足，所以在管外增加翅片以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。管外的翅片總面積與光管表面積之比稱之為翅化比。翅化比表示如下：A+As=f(4.21)0Ao式中：翅化比0A翅片表面積，m2；fA翅片根部面積，m2；rA光管外表面積，m2。這個(gè)翅化比是幾何翅化比，它沒有考慮到翅片的效率。翅片管的傳熱效率與翅片管的表面溫度有關(guān)，翅片表面溫度自根部至頂部是遞降的，愈到翅頂，其傳

8、熱平均溫差愈低，傳熱效果就愈差。翅片的傳熱效率為：主流溫度翅片表面平均溫度E=f主流溫度一翅片根部溫度從文獻(xiàn)5可得：|hE=1.092-0.1632Ho(4.2-2)f九bm式中：E翅片管的傳熱效率fH翅片的高度，m；h翅片管對(duì)空氣側(cè)的傳熱系數(shù)，W/(m2.K)o入m翅片材料的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)于鋁為203.5W/(m.K)將以上數(shù)據(jù)代入上式得到高低翅片管的效率如下：高翅片效率，E=1.092-0.1736U0.359fF低翅片效率，E=1.092-0.1298U0.359fF式中的U為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的迎面風(fēng)速，m/s.F兩種翅片高度的翅片效率與迎面風(fēng)速的關(guān)系如圖4.2-2所示。從圖中可以看出翅片高度是

9、影響翅片效率的主要因素，低翅片比高翅片有較高的翅片效率。翅片的效率隨迎風(fēng)面風(fēng)速的增加而下降，率效片翅0.80.780.763.235迎面風(fēng)速m/s42990098.80.0680480280圖4.22高低翅片的效率翅片效率與翅片材料、翅片厚度和高度、空氣側(cè)傳熱系數(shù)有關(guān)。當(dāng)翅片效率求得后便可由下式求翅片管有效翅化比：4.2-3)_EA+A=_FRAb式中：翅片管有效翅化比從圖4.2-2可以看出，低翅片有較高的翅片效率，但由于它的翅化比低，最終的有效翅化比還是比不上高翅片，所以在設(shè)計(jì)中當(dāng)管內(nèi)側(cè)的傳熱系數(shù)較高時(shí)還是采用高翅片為好。如果管內(nèi)的傳熱系數(shù)較低時(shí)則應(yīng)采用低翅片管。2、翅片管幾何參數(shù)與管外側(cè)傳

10、熱系數(shù)的關(guān)系計(jì)算管外空氣側(cè)傳熱系數(shù)的公式很多，在進(jìn)行翅片管參數(shù)評(píng)價(jià)時(shí)可采比較通用的Briggs公式，該公式的標(biāo)準(zhǔn)誤差為5.1%。該式適用于各種翅片高度、片距、管心距等.將空氣參數(shù)、迎面風(fēng)速代入相應(yīng)的準(zhǔn)數(shù)并加以化簡，便得到以光管外表P、.,S4.2-3)h=0.1378九(一)0.718d-0.282a0.718p0.333()0.296U-71880式中：面為基準(zhǔn)的管外側(cè)傳熱系數(shù)如下式所示：prrHh-管外側(cè)的傳熱系數(shù)W/m2.K0Pr空氣的普蘭特準(zhǔn)數(shù)；Pr=宜；九入一空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.K；口一空氣的粘度，pa.s;C空氣的比熱，J/(kg.K);U標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的迎風(fēng)面風(fēng)速，m/s；FP空氣

11、密度，kg/m3；S-翅片凈間距，mH-翅片高度，md-翅根直徑，mr翅片管的有效翅化比a系數(shù)，為迎風(fēng)面積與最窄通風(fēng)面積之比值。它是與翅片管的高度管心距和片厚有關(guān)的參數(shù)。Sa=t(4.24)bS-d-0.75(Dd)TrSr4.25)將空氣為60C時(shí)的物性參數(shù)代入可得管外側(cè)的傳熱系數(shù)表達(dá)式：S-8.69d-o.282a0.718()0.296U0-718rHF從上式可看出，管外給熱系數(shù)是翅片管根部直徑、片距、片高、管心距、迎風(fēng)面風(fēng)速和有效翅化比等的函數(shù)，除迎風(fēng)面風(fēng)速外均是翅片管的幾何參數(shù)，這些幾何參數(shù)有的是互相關(guān)聯(lián)的，為了確切地說明這些幾何參數(shù)對(duì)空氣膜給熱系數(shù)的影響，下面就以高低兩種翅片，各選

12、兩種管心距和三種不同片距，計(jì)算出不同風(fēng)速下的空氣膜給熱系數(shù)，并將其結(jié)果繪成下圖(圖4.23)2001.522.533.502000086數(shù)呂0404迎風(fēng)面風(fēng)速m/s圖4.2-3翅片管的管外空氣側(cè)傳熱系數(shù)從圖4.2-3可看出：各種幾何參數(shù)的翅片管，其管外空氣側(cè)的傳熱系數(shù)隨迎風(fēng)面風(fēng)速的增加而增加翅片管空氣側(cè)的傳熱系數(shù)隨翅片的高度的增加而增加；翅片管空氣側(cè)傳熱系數(shù)隨翅片間距的增加而下降；翅片管空氣側(cè)傳熱系數(shù)隨管心距的增加而下降；為了工程上的估算方便，下面給出兩種翅片管的簡化計(jì)算公式：高翅片管(翅片高H=16m)：h=441.51U0.7180F低翅片管(翅片高H=12.5mm):h=395.11U0

13、.718oF上兩式的簡化條件是：空氣定性溫度60C；光管外徑do=25mm；翅片厚度b=0.4mm;高翅片的翅片效率E=0.85;低翅片管的翅片效率E=0.9ff翅片間距S=2.31mm2、翅片管的幾何參數(shù)與管外壓力降的關(guān)系空氣流經(jīng)翅片管管外側(cè)時(shí)，氣流對(duì)翅片表面的摩擦、氣體的收縮和膨脹引起了氣流的壓力損失，通常稱之為管外壓力降。這種壓力降主要與風(fēng)速、翅片管型式、幾何參數(shù)及制造質(zhì)量有關(guān)。至今為止，壓力降的精確理論計(jì)算尚未見到，目前所采用的計(jì)算公式均是經(jīng)驗(yàn)公式。國內(nèi)外在這方面都做出大量的實(shí)驗(yàn)，歸納出各種型式的關(guān)聯(lián)式，下面是羅賓遜（Robinson）和勃列格斯（Briggs）7通過試驗(yàn)歸納的計(jì)算式：

14、(S)0.927(S)0.515Ps=37.86Re-0.3184.2-6)(_L)-0.927X(T)0.515dS2prL若取空氣定性溫度為60C時(shí)的物性參數(shù)代入（4.2-6）式得:P=0.0678NS-0.927a1.684U1.684（4.2-7）stTF式中：AP管外側(cè)靜壓降，pasN沿氣流方向翅片管的排數(shù)；tS管束的橫向管心距，m；Ta管束的迎風(fēng)面積與最小通風(fēng)面積之比；U迎風(fēng)面風(fēng)速m/sF為了便于分析比較，將不同片高、片距和管心距的翅片管，改變迎風(fēng)面風(fēng)速按4.2-7）式計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)下的管外靜壓降，并將結(jié)果繪于圖4.2-4。圖4.2-4翅片管的管側(cè)靜壓降從圖4.2-4可看出：（1）

15、管外靜壓降隨風(fēng)速的增加而增加；（2）在相同的風(fēng)速下，管外靜壓降隨管心距的增加而下降、隨翅片間距的加而減少。空冷器中翅片管的管外靜壓降是決定功率消耗的重要因素。另一方面，靜壓降的增加也導(dǎo)致了噪聲的增大。因此，從降低功率消耗和噪聲來看，都需要找出一組較為合適的翅片管參數(shù)，使得它的壓力降最小。3翅片管幾何參數(shù)的選擇盡管空冷器采用的冷卻介質(zhì)是取之不盡的空氣，但要達(dá)到高效地利用空氣亦不是一件易事。因此空冷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)就成了眾所關(guān)心的課題。為了達(dá)到空冷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，需要將空冷器的翅片管幾何參數(shù)與整個(gè)空冷器費(fèi)用進(jìn)行關(guān)聯(lián)，找出它們之間的關(guān)系，為合理選用翅片參數(shù)提供依據(jù)?？绽淦鞯馁M(fèi)用包括：一是設(shè)備費(fèi)、運(yùn)輸

16、費(fèi)和安裝費(fèi)，即一次投資；二是操作費(fèi)。在一定熱負(fù)荷條件下，空冷器的費(fèi)用與管外側(cè)傳熱系數(shù)、積垢熱阻、空氣量及壓力降有關(guān)。根據(jù)已知的工藝條件可計(jì)算某一組翅片參數(shù)下的空冷器換熱面積和功率消耗，前者可計(jì)算出一次投資費(fèi)用，后者可計(jì)算出操作費(fèi)用。兩者相加即可得出總費(fèi)用。經(jīng)過對(duì)各組翅片參數(shù)下總費(fèi)用的比較，便可找出相同工藝條件下費(fèi)用比較合理的一組翅片參數(shù)。下面就各個(gè)參數(shù)對(duì)費(fèi)用的關(guān)系作一個(gè)定性的分析。為翅片管參數(shù)的選擇提供參考。翅片高度翅片面積愈大，折合到光管外表面的膜傳熱系數(shù)也就愈高。因此當(dāng)管內(nèi)的膜傳熱系數(shù)較高時(shí)，采用高翅片管對(duì)提高總傳熱系數(shù)的效果也愈顯著。所以應(yīng)根據(jù)管內(nèi)傳熱系數(shù)的高低選擇翅片管的高度。參見表4

17、.21表4.21翅片高度的選擇管內(nèi)傳熱系數(shù)hI/w/(m2K)翅片高度H1000高翅片1000-1800咼或低翅片100-1000低翅片100光管翅片間距翅片管的單位長度傳熱面積與片距成反比，在一定風(fēng)速下，翅片管所能傳遞的熱量與換熱面積成正比。也就是說，片距愈小傳遞的熱量愈大，同時(shí)壓力降也愈大。表4.2-2為迎面風(fēng)速為2.8m/s、管心距為62mm、翅片外徑為57mm的條件下，片距的變化對(duì)管外傳熱系數(shù)、壓力降、總費(fèi)用的影響。表4.2-2片距對(duì)給熱系數(shù)、壓力降和費(fèi)用的影響片距，mm2.32.542.823.183.63管外傳熱系數(shù)變化趨勢壓力降變化趨勢總費(fèi)用變化趨勢10.930.870.800.

18、73108907806705910.980.970.970.97注：上表的評(píng)價(jià)是以翅片距2.3mm為基準(zhǔn)的。從表4.2-2看出，在一定風(fēng)速下，管外傳熱系數(shù)及阻力降隨片距增大而下降的幅度較大。在計(jì)算總費(fèi)用時(shí)，假定管內(nèi)的傳熱系數(shù)為700W/(m2K).從總費(fèi)用的變化趨勢可以看出，費(fèi)用逐漸下降，當(dāng)片距增到某一值時(shí)就不再下降了，因?yàn)樵O(shè)備費(fèi)用的增加與操作的減少幾乎相等，故總費(fèi)用幾乎不變。當(dāng)然，當(dāng)管內(nèi)條件改變時(shí)，最低費(fèi)用值的片距可能會(huì)出現(xiàn)在別的地方。針對(duì)上述情況，翅片管間距的改變對(duì)總費(fèi)用的影響不大，當(dāng)管排數(shù)在4以下，管外壓力降在風(fēng)機(jī)的許可范圍之內(nèi)時(shí)，可以采用S=2.3mm的常用片距。當(dāng)管排數(shù)較多，為了降低

19、管外側(cè)壓力降，宜采用片距較大的翅片管。（3）翅片管管心距按照以上的工藝條件考查翅片管排列的管心距對(duì)傳熱系數(shù)、壓力降和總費(fèi)用的影響，其結(jié)果列于表4.2-3。從表4.2-3看，一臺(tái)冷卻一定熱負(fù)荷的空冷器，其傳熱系數(shù)、壓力降和總費(fèi)用隨管心距的增大而下降。傳熱系數(shù)和總費(fèi)用的下降速率相同，壓力降的下降速率較快。從而可以看出適當(dāng)增加管心距對(duì)空冷器是有利的。此外，管心距增大，壓力降減少也降低了空冷器噪聲。表4.2-3管心距對(duì)給熱系數(shù)、壓力降及費(fèi)用的影響管心距，mm6061626364656667管外傳熱系數(shù)變化趨勢1.000.990.980.970.960.950.940.93壓力降（四排）變化趨勢1.00

20、0.960.920.880.850.810.790.75總費(fèi)用變化趨勢1.000.990.980.970.960.950.940.93（4）管排數(shù)管排數(shù)對(duì)投資及操作費(fèi)用影響較大,表4.2-4列出了管排數(shù)對(duì)設(shè)備費(fèi)用的影響從表中可以看出選用多管排數(shù)較為經(jīng)濟(jì)。排數(shù)少，傳熱效果好，所需面積略小，但占地大，單位傳熱面積造價(jià)高，同時(shí)由于空氣溫升小，風(fēng)量就要大。當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)傳熱系數(shù)小，則管排數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。但管排數(shù)過多，對(duì)數(shù)平均溫差降低，傳熱面就增大，同時(shí)氣流阻力損失增加，電機(jī)的功率也就上升；當(dāng)管內(nèi)傳熱系數(shù)較高時(shí)，要盡量減少管排數(shù)并提高風(fēng)速，從而獲得較大的管外側(cè)傳熱系數(shù)。因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)管排數(shù)要進(jìn)行合理選擇?？筛鶕?jù)

21、管內(nèi)介質(zhì)及介質(zhì)溫度變化范圍參考4.24、表4.2-5和表4.2-6選擇管排數(shù)。如空氣溫升小于15-20C,則應(yīng)適當(dāng)增加排數(shù)。表4.2-4管排數(shù)對(duì)設(shè)備費(fèi)用的影響管排數(shù)2345678費(fèi)用系數(shù)1.251.151.000.9160.8560.8370.815表4.25依據(jù)管內(nèi)介質(zhì)選用管排數(shù)類別建議管排數(shù)類別建議管排數(shù)冷卻過程：冷凝過程：輕碳?xì)浠衔铮ㄆ汀⒚河偷龋?或6輕碳?xì)浠衔铮ㄆ?、煤油等?或6輕柴油4或6水蒸汽4重柴油4或6重整或加氫反應(yīng)器出口氣體6潤滑油4或6塔頂冷凝器4或6塔底重質(zhì)油品6或8煙氣4汽缸或咼爐冷卻水4表4.2-6依據(jù)管內(nèi)介質(zhì)溫度變化范圍選用管排數(shù)熱流體溫度變化范圍/C總傳熱

22、系數(shù)/（W/m2.K）推薦管排數(shù)TW636AT10310ATW50450ATW1003505100ATW1701701808（6）迎風(fēng)面速度的選擇管束迎風(fēng)面的面積SF為管束外框內(nèi)壁以內(nèi)的面積，一臺(tái)空冷器的迎風(fēng)面積近似于管束寬B乘管長L及管束數(shù)NS?？諝庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（指P=0.1013MPa,t=20C）下通過迎風(fēng)面的速度簡稱為標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，用迎風(fēng)面的風(fēng)速作為基本參數(shù)，比用通過管間的實(shí)際風(fēng)速要方便得多。迎風(fēng)面風(fēng)速的選擇要適當(dāng)，風(fēng)速過高會(huì)使得空氣側(cè)的壓力降太大，風(fēng)機(jī)的功率消耗大；相反，風(fēng)速太低，則會(huì)使得傳熱速率低，換熱面積增加。另外，風(fēng)速的選擇還應(yīng)與風(fēng)機(jī)的性能相適應(yīng)。對(duì)目前國產(chǎn)L、L

23、L、KLM、G翅片管，采用鼓風(fēng)式空冷器時(shí)，推薦的迎風(fēng)速度列于表4.27。當(dāng)采用引風(fēng)式空冷器時(shí)，因風(fēng)機(jī)入口處空氣溫度較高，為了節(jié)省動(dòng)力可采用較低的迎風(fēng)速度，但空冷器的傳熱面積要稍大一些。表4.27推薦的迎風(fēng)速度管排數(shù)345678迎風(fēng)速度/（m/s）3.22.82.72.52.42.3（7）.管程數(shù)的選用1）氣體或液體冷卻時(shí)，在滿足允許壓力降條件下應(yīng)盡量提高流速，一般液體流速在0.51.5m/s之間，氣體質(zhì)量流速在510kg/m2s左右，管內(nèi)流體處于湍流流動(dòng)狀態(tài)最為有利，因此選用二以上的管程數(shù)比較適宜。2）對(duì)于冷凝過程，如果對(duì)數(shù)平均溫差的校正系數(shù)大于0.8，可采用一管程否則（如：含不凝氣時(shí)）應(yīng)考慮

24、采用兩管程或多管程以提高管內(nèi)流速。4-3計(jì)算步驟概述估算傳熱面積（1）首先要依據(jù)工藝條件計(jì)算出總熱負(fù)荷。（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取總傳熱系數(shù)（3）根據(jù)總傳熱系數(shù)估算空氣出口溫度（4）計(jì)算平均溫差（5）估算出所需的傳熱面積?？绽淦鞯脑O(shè)計(jì)過程是一個(gè)猜算過程，按估算的傳熱面積，初步確定空冷器總體結(jié)構(gòu)、管束和構(gòu)架、風(fēng)機(jī)的參數(shù)；空冷器總體設(shè)計(jì)（1）管束的長度一般般情況下，管束的長度應(yīng)為為下列長度之一：3、4.5、6、9、10.5、12。單位為m.。（2）管束的寬度管束的寬度可根據(jù)下式計(jì)算：A.SB=r_4+D+CA.NoP式中B-管束的計(jì)算寬度，mmAr_管束的估算光管面積，m2A。-管束翅片管的單管光管面積，

25、m2Np-管排數(shù)ST-翅片管橫向管心距,mmD-翅片外徑.mmC-包括管束邊梁側(cè)板厚度和翅片與側(cè)梁間隙在內(nèi)的橫向尺寸，一般為2030mm管束的長度和寬度應(yīng)與所選的構(gòu)架相適應(yīng)。否則應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。管束的寬度應(yīng)與構(gòu)架相適應(yīng)，例如放置空冷器的構(gòu)架6m時(shí)，最好選用2個(gè)寬度為3m或3個(gè)2m的管束。如果拼湊這些尺寸有困難時(shí)，也可按計(jì)寬度設(shè)計(jì)管束和構(gòu)架。（3）構(gòu)架參數(shù)構(gòu)架的跨度要比管束的長度短300mm.。主要考慮管束的進(jìn)出口管嘴的安裝方便。構(gòu)架的寬度與管束的寬度一致。（4）風(fēng)機(jī)參數(shù)根據(jù)構(gòu)架的尺寸初步選定風(fēng)機(jī)的直徑、臺(tái)數(shù)，同時(shí)應(yīng)使構(gòu)架的風(fēng)箱應(yīng)有足夠的高度，保證風(fēng)機(jī)擴(kuò)散角不大于45o。管束參數(shù)確定（1）翅片管的參

26、數(shù)：型式、高度、片距、片厚、光管外徑、管心距等（2）管束的參數(shù)：管束的長度和寬度、管排數(shù)、管心距、管程數(shù)、光管面積、管程流通面積等（3）管束的迎風(fēng)面積（4）管束的通風(fēng)面積與迎風(fēng)面積之比管束中的流通面積與迎風(fēng)面積之比為S（d+2b）+1.5bH/S1=1oSS.SFTS。-通風(fēng)面積，sF-迎風(fēng)面積ST-翅片管中心距S-翅片間距b-翅片厚度H-翅片高度（5）管束的通風(fēng)面積詳細(xì)核算依據(jù)已知條件和初定的管束參數(shù)進(jìn)行精確的傳熱及壓力降計(jì)算,將計(jì)算面積與所選用的面積進(jìn)行比較，令其相對(duì)誤差不大于給定的誤差值。若大于時(shí)需調(diào)整空冷器參數(shù)，重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求為止。詳細(xì)核算過程如下：（1）計(jì)算管內(nèi)膜傳熱系數(shù)

27、（2）計(jì)算管外膜傳熱系數(shù)（3）計(jì)算總傳熱系數(shù)（4）計(jì)算空氣出口溫度（5）計(jì)算平均溫差（6）計(jì)算所需的傳熱面積（7）計(jì)算面積余量，面積余量應(yīng)在許可范圍之內(nèi)，余量一般為1020%。如果不滿足此要求，則需從第一步中重新選取總傳熱系數(shù)，重復(fù)上計(jì)算過程，直至滿足要求為止。（8）計(jì)算管程壓力降管程的壓力降應(yīng)符合設(shè)計(jì)條件要求，否則應(yīng)重新設(shè)定管程數(shù)，自第二步開始重新計(jì)算，直至壓力降滿足要求為止。風(fēng)機(jī)計(jì)算（1）計(jì)算風(fēng)量。（2）計(jì)算管束的管外壓力降。（3）計(jì)算風(fēng)機(jī)軸功率、電機(jī)功率。若管束的管外壓力降超過風(fēng)機(jī)的承受能力，則要重新設(shè)定管束參數(shù)，如加大翅片片距或管間距。重新進(jìn)行計(jì)算，直至滿足要求為止。噪聲計(jì)算計(jì)算結(jié)果若

28、超過設(shè)備的額定值，則需調(diào)整風(fēng)機(jī)參數(shù)，甚至需調(diào)整空冷器型號(hào)，再重新計(jì)算之。4.4液相冷卻的空冷器設(shè)計(jì)4.4.1計(jì)算步驟（1）根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，考慮該項(xiàng)目使用空冷器的合理性。進(jìn)行選用空冷還是水冷，選用干空冷還是濕空冷，是否設(shè)置后冷器等項(xiàng)的分析比較；（2）確定設(shè)計(jì)條件，如確定空氣設(shè)計(jì)溫度；（3）計(jì)算熱介質(zhì)需要冷卻的熱負(fù)荷；（4）按空冷器估算方法計(jì)算所需的傳熱面積，初選空冷器的參數(shù)及臺(tái)數(shù)；（5）按初選設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)核算。計(jì)算管內(nèi)、外膜傳熱系數(shù)及總傳熱系數(shù)；（6）計(jì)算空氣出口溫升，空氣的出口溫度及有效平均溫差；（7）詳細(xì)計(jì)算所需的換熱面積，對(duì)計(jì)算面積與選用面積進(jìn)行比較，若相對(duì)誤差小于給定的誤差值，則計(jì)算

29、結(jié)束，否則需調(diào)整空冷器參數(shù)，自（4）重新計(jì)算，直至滿足要求為止；（8）根據(jù)空冷器管束面積初選風(fēng)機(jī)型號(hào)及臺(tái)數(shù)；（9）計(jì)算管程壓力降（10）按選定的風(fēng)機(jī)型號(hào)計(jì)算全風(fēng)壓、葉片角度、風(fēng)機(jī)軸功率、電機(jī)功率及噪聲等。如果計(jì)算結(jié)果超過所選風(fēng)機(jī)的額定值，則需調(diào)整風(fēng)機(jī)或空冷器型號(hào)，重新自（4）算起，直至滿足要求為止。（11）計(jì)算空冷器噪聲。4.4.2液體冷卻過程計(jì)算例題已知條件：介質(zhì)：航煤，餾程為130230C質(zhì)量流量：67000kg/h進(jìn)口溫度：165C出口溫度：55C入口壓力：0.2Mpa允許壓降：60kPa結(jié)垢熱阻：0.000173m2.K/W介質(zhì)物性：比重：P20=0.776；4特性因數(shù)；Kf=12.1

30、粘度，口35=0.388X10-3pa.s口50=0.714X10-3pa.s進(jìn)口熱焓Hl1=412.4KJ/kg出口熱焓Hl2146.5KJ/kg熱流冷卻的熱負(fù)荷：QR=Wi(Hll-Hl2)=67000/3600*(412.4-146.5)*1000=4947983.5W空氣設(shè)計(jì)溫度：q=35C空氣設(shè)計(jì)最低溫度：t=-10C空氣側(cè)污垢熱阻：ro=0.00018m2K/W海撥高度：50m估算傳熱面積(1)估算空氣出口溫度t2：據(jù)表3.26選取經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)K0=400W/(m2K)T+Tt2=ti+0.88x10-3K0Ff(T-ti)C由熱流溫差=16555=110C從圖3.21查出F=1

31、.17代入上式得ft=350.88X10-3X400X1.17X2165+552-35)=65.77C2)對(duì)數(shù)平均溫差(T-1)(165-65.77)-(55-35)2ATm=i-1T-tn2t-t211n165乞7755-35=49.46C3）估算換熱面積：4947983.5=250.08R400 x49.46初步選取空冷器規(guī)格參數(shù)管束長：L=9m管束寬B=2.5m管束數(shù)量n=2管束參數(shù)：翅片型式：L型管排數(shù)Nt=6管程數(shù)Np=6光管外徑：d=25mm光管內(nèi)徑：di=20mm翅片高：H=16mm翅片間距：S=2.31mm翅片厚度：b=0.4mm每米長度的翅片數(shù)：433管心距：ST=63.5m

32、m每m翅片面積Af=1.84m2每m光管面積Ao=0.07854m2翅化比=25.41迎風(fēng)面積SF=22.05m2通風(fēng)面積與迎風(fēng)面積之比a=0.528管子數(shù)n=228管束面積A=160m2管程流通面積：Sj=0.011932m2構(gòu)架規(guī)格：9*5風(fēng)機(jī)直徑D=3.6m風(fēng)機(jī)數(shù)量：2臺(tái)通風(fēng)方式：鼓風(fēng)式注意：選用面積比初估面積需留1020%的余量。4詳細(xì)核算傳熱面積(1)計(jì)算管內(nèi)膜傳熱系數(shù)定性溫度Td=0.4T+0.6T2=0.4x165+0.6x55=93.5C定性溫度下的物性:比熱：Cp=2.35kJ/(kgK)導(dǎo)熱系數(shù)：入=0.143W/(mK)重度：P=715kg/m3口=0.44x10-3pa

33、s0.1430.025x(35471.36)0.8(7.220)0.333質(zhì)量流速Gi-Wi-67000-779.88kg/m2-s3600-Si3600 x0.011932*2雷諾數(shù)Rd-G0.02x779.883力36Reii35471.36卩0.44x10-3勃蘭特準(zhǔn)數(shù)“C屮2.35x103x0.44x10-3Pr=(p)-7.22九0.143管內(nèi)膜傳熱系數(shù)首先假設(shè)壁溫正系數(shù)=1.0,按式(3.229)計(jì)算:hi=0.027(Re)?！?Pr)0.333二0.027xd=1302.28W/(m2K)(2)計(jì)算管外膜傳熱系數(shù)按勃利格斯關(guān)聯(lián)式進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。定性溫度空氣出口溫度先按估算法求出的

34、值。所以定性溫度為tD=0.5*(t1+t2)=0.5*(35+65.77)=50.39C定性溫度下的物性空氣比熱：ca=1009J/(kgK)導(dǎo)熱系數(shù)：九=0.0285W/(mK)a粘度：卩a=0.0195厘泊=0.0195X10-3Pas重度：Pa=1093kg/m3按所選的6管排，取標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)速UNF=2.5m/s。迎風(fēng)面面積：SF=LXBXNS=22.05X2=44.1m2FS標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量V=UNFXSFX3600=2.5X44.1X3600=396900m3/hNFF空氣的流通面積為：So=0.5286XSF=0.53X44.1=23.31m2空氣的質(zhì)量流率G=max396900*

35、1.20523.31*3600=5.699kg/m2-s翅根外徑dr=0.0258mdd-GRe=rmax0.0258x5.6990.0195x10-3勃蘭特準(zhǔn)數(shù)pC卩Pra尢a1009x0.0195x10-3=0.690.285翅片效率Ef=1.092+0.1376UF0.359=1.092+0.1376*2.50.359=0.9有效翅化比e=(Ef.Af+Ao)/Ao=(0.9*1.84+0.07854)/0.07854=22.02()0.296-e管外膜傳熱系數(shù)ho=0.1378(Re)o.7i8(Pr)o.296do0.02852.310.4=0.1378(7540.6)0.718(0

36、.69)0.333()0.296-22.020.025816=960.2W/(m2k)壁溫校正系數(shù)管壁溫度為t=(Tt)+1二一1364.12(93.550.39)+50.39二75.7h+hddd1364.12+960.2ioo壁溫下介質(zhì)的重度及粘度。P=725kg/m3口=0.71厘沲w口=0.725x0.71x10-3=0.5148x10-3pasWFh044.=(G-D)0.14=()0.14=0.978H0.5148w(3)總傳熱系數(shù)K二一11d+(+r)o+r+r+r+rhhidofpgoii取ri=0.00017m2k/wr=0.00018m2k/wo(rf+rp)=0.0002

37、4423m2k/w1間隙熱阻為r=x10%二0.00010051m2k/wghoK=960.2+(0.978爲(wèi)2.28+呎7)X0025+曲47=390w/(m2k)(4)有效平均溫差4947983.5計(jì)算空氣溫升t=39.13AUp-C22.05x2*2.5x1.093x1.005x1000FFp空氣出口溫度為：t2=3539.13=74.13對(duì)數(shù)平均溫差A(yù)Tm二(T2、-(T2-1)二(1657413)-(5535)二46.82C22InLziTt11165-74.13In55-35溫度效率：-t1-t174.13-35二74.1335二0.32165-35溫度相關(guān)系數(shù)T-T165-552

38、81R=1l2.81tt74.133521查圖3.29得FT=0.95有效溫差:T=ATm*46.07=46.82*0.95=44.48C(5)傳熱面積Q4947983.5A=r=284.59m2RKAT390 x44.48o實(shí)際選用面積余量C二A-arx100%二320284.59x100%二12.4%FA284.59R面積余量在許可范圍之內(nèi).5管程壓力降計(jì)算沿程壓力降：G2_L-N廠fi2PDdiJAPt=其中fi=0.4513(Re)-0.2653=0.4513(35471.36)-0.2653=0.02888APt=33.91kpa779.8829x60.02888xx2x7150.0

39、20.978*1000APr=G2i【4xN=-779.882_2pDt2x715*1000管箱壓力降：【4x6=10.21kpa進(jìn)出口壓力降：進(jìn)出口各二個(gè)，公稱直徑為100mm。APN1.5G2N2pD1.5*592.7122*715*1000=0.37kPaTOC o 1-5 h zW67000其中G=i=592.71kg/m2.sN兀兀n.d22*2*0.12*3600 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 4N4管程總壓力降：APi=APt+APr+4PN=33.91+10.21+0.37=44.49kpa管程壓力降在許可范圍之內(nèi)。風(fēng)機(jī)計(jì)算

40、根據(jù)風(fēng)機(jī)的選擇原則，估選風(fēng)機(jī)為:G-TF36R4型風(fēng)機(jī)2臺(tái)，葉輪直徑為3.6米。由于控制噪聲的需要，葉尖速度選為50米秒。故風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為60Vn=tn-Dt60 x503.1416x3.6竺265.26轉(zhuǎn)/分全風(fēng)壓通過管束的壓力降A(chǔ)PstG2AP=fNBmaxsB2pDd-G、/S、/S、f=37.86()-0.316-(4)-0.927-(1)0.515卩dSr20.0258x5.380.063.50.063.5=37.86()-0.316-()-0.927-()0.5151.95x10-50.02580.063.51.0015.382APs=1.001x6x27=79488m風(fēng)機(jī)動(dòng)壓頭U2

41、叮寸PB44.1*2.5Ub0.785-D2-n-3600=0.785x3.62x2=5.64米/秒fFAPd=UBp=6642x1.146=16.34pa2b2其中PB=1.205293=1.146kg/m3B273+35全風(fēng)壓H=APst+APD=79.488+16.34=95.83pa電機(jī)功率為:該裝置海拔50米，F(xiàn)l=1.01N二1(H)(V)(謬去(F)耳耳耳o273+20)L1231441*25273+35=0.95x0.86x0.65迅83)2-)()x心2)(293=10.77kw其中：風(fēng)機(jī)效率：n1=0.65傳動(dòng)效率:n2=0.86電機(jī)效率:n3=0.95冬季最低氣溫-10C

42、，此時(shí)的功率消耗為N=No(273+t1)/(273+t3)=10.77*(273+35)/(273-10)=12.61kW電機(jī)額定功率選用17kw,用皮帶傳動(dòng)。噪聲計(jì)算Lp=35.8+30logVt+10logNz-20logDf=35.8+30 xlog(50)+101og(10.77)-201og(3.6)=86.08分貝由于2臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)操作,總噪聲值應(yīng)為：Lp總=86.08+3=89.O8分貝2臺(tái)共同操作時(shí)也已滿足石油化工企業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)SH3024-1995石油化工企業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范中,空冷器總噪聲應(yīng)低于90分貝的規(guī)定。4.5氣體冷凝冷卻空冷器設(shè)計(jì)1氣體冷凝冷卻過程分類與特點(diǎn)氣體冷凝冷

43、卻過程可分為三類。一是單純的氣體冷卻過程,這一過程的特點(diǎn)是氣相冷卻,被冷卻介質(zhì)只是溫度下降而不發(fā)生相變過程。二是可凝氣的冷凝過程。被冷凝的氣體在冷凝過程中由氣體變成了液體,物理形態(tài)產(chǎn)生了變化。三是含不凝氣的冷凝冷卻過程。這是一個(gè)較為復(fù)雜的過程,即既有不凝氣的冷卻又有可凝氣體的冷凝,它是上述二個(gè)過程的綜合。其難點(diǎn)之一是管內(nèi)的傳熱量的計(jì)算,要通過閃蒸平衡計(jì)算出各點(diǎn)的熱量及汽化率,然后求出總熱負(fù)荷。難點(diǎn)之二是管內(nèi)的傳熱過程是兩相傳熱,它的傳熱系數(shù)計(jì)算較為煩雜。2氣體冷凝冷卻器設(shè)計(jì)應(yīng)采取的措施氣體冷卻過程的措施采用低翅片管由于單純的氣體冷卻過程的傳熱系數(shù)較低,熱阻較大,管外側(cè)的強(qiáng)化傳熱意義不很大,因而

44、可以采用翅化比較小的低翅片。強(qiáng)化管內(nèi)的傳熱由于管內(nèi)的氣體的傳熱數(shù)低,因而應(yīng)該盡可能地提高管內(nèi)的流速以強(qiáng)化管內(nèi)側(cè)的傳熱。單純的氣體冷卻過程不產(chǎn)生凝液,無冰凍現(xiàn)象,因此不用考慮防凍措施。可凝氣冷凝的措施(1)采用高翅片管。單純的可凝氣冷凝,是一個(gè)快速的相變放熱過程。管內(nèi)的傳熱系數(shù)很大。為了適應(yīng)管內(nèi)的傳熱狀態(tài),管外應(yīng)采用高翅片管。（2）提高迎面風(fēng)速。加大管外側(cè)的風(fēng)速以提高傳熱溫差，盡可能快速地將熱量傳遞出去。（3）采用單管程?？赡睦淠鞔蠖鄶?shù)在真空條件下工作，為了減少阻力降，通常采用單管程（4）進(jìn)出口管箱的設(shè)計(jì)都需特殊處理。進(jìn)口管箱為了減少阻力和有利于氣體的分配采用大集合管。出口管箱的容積也較大

45、，其目的是提供一個(gè)利于氣液分離的空間。含不凝氣的冷凝冷卻的措施含不凝氣的冷凝冷卻是前面所述兩個(gè)過程的綜合。是一個(gè)較復(fù)雜也是工業(yè)中經(jīng)常碰到的傳熱過程。除了應(yīng)采用可凝氣體的冷卻器的措施外，要特別注意精心設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)傳熱負(fù)荷、總傳熱系數(shù)和壓力降進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并盡可能用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算進(jìn)行修正。由于這種工況非常復(fù)雜，精心設(shè)計(jì)就更顯得重要。對(duì)于全冷凝過程的計(jì)算與冷卻過程基本相同，但需注意以下問題：定性溫度的確定：一般以1/2熱負(fù)荷處的冷凝溫度作為定性溫度。通過閃蒸平衡計(jì)算，作出熱負(fù)荷隨溫度變化的曲線，從曲線中可以查出冷凝1/2熱負(fù)荷處的溫度。如果熱負(fù)荷與流體溫度成正比關(guān)系變化，而且冷凝膜傳熱系數(shù)高于空

46、氣膜傳熱系數(shù)很多，則定性溫度可取進(jìn)出口溫度的平均值。系單一組分，則全過程的冷凝溫度不變。采用阿柯斯法計(jì)算管內(nèi)膜傳熱系數(shù)時(shí)，若冷凝膜傳熱系數(shù)很大，可忽略氣體顯熱對(duì)流傳熱，此方法比較簡便。當(dāng)需要較精確計(jì)算時(shí)應(yīng)按兩相流方法計(jì)算管內(nèi)膜傳熱系數(shù)。4.5-3可凝氣冷凝例題1已知條件：介質(zhì)：某穩(wěn)定塔頂汽油油氣冷凝。該過程為全冷凝過程，入口為完全汽相，出口為凝液。油氣流率：82000kg/h入口溫度：T=140C；出口溫度：T2=55C。入口壓力:P=0.2Mpa允許壓力降:AP=60kPa管內(nèi)污垢熱阻:ri=0.00012m2.K/W介質(zhì)物化性質(zhì)：比重：d42o=O.72Ol；特性因數(shù)：K=12.0；分子量

47、：M=l03；熱焓：進(jìn)口，Hg1=632.2KJ/kg出口，Hl2=l54.9KJ/kg熱流冷凝的熱負(fù)荷。Q=Wi(Hg1-Hl2)WQ=82000/3600X(632.2-154.9)x1Q3=10871724W2估算傳熱面積(1)確定設(shè)計(jì)氣溫、該設(shè)備位于某地區(qū)，當(dāng)?shù)睾０?0米，夏季平均每年不保證五天的日平均氣溫為35C,取此溫度為空氣設(shè)計(jì)溫度。(2)估算空氣出口溫度據(jù)表3.25選取經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)KQ=400w/(m2.k)，估算空氣出口溫度T+Tt2=t1+0.88x10-3KoFf(-1t-1)21f21由圖38查出Ff=1.11t2=35+0.88x10-3x400 x1.11x(14

48、0+55-35)=59.43C22(3)計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差：Tm=43.47C(140-59.43)-(55-35)4140-59.431n50-354)估算需要的傳熱面積Q10871724Ar=R625.27米2RK-A-400 x43.47om管束數(shù)量N=AR/Ao=625.27/193=3.233初選空冷器結(jié)構(gòu)參數(shù)管束數(shù)量N=4管束長：L=9m管束寬B=3m管束參數(shù)：翅片型式：L型管排數(shù)NB=6管程數(shù)Np=2光管外徑：d=25mm光管內(nèi)徑：di=20mm翅片高：H=16mm翅片間距：S=2.31mm翅片厚度：b=0.4mm每米長度的翅片數(shù)：433管心距：ST=63.5mm每m翅片面積Af=

49、1.84m2每m光管面積Ao=0.07854m2翅化比=23.41迎風(fēng)面積SF=26.01m2F通風(fēng)面積與迎風(fēng)面積之比a=0.528管子數(shù)n=276管束面積Ao=193m2管程流通面積：0.043332m2構(gòu)架規(guī)格：2個(gè)9*6風(fēng)機(jī)直徑D=3.6m風(fēng)機(jī)數(shù)量：4臺(tái)通風(fēng)方式：鼓風(fēng)式選用面積比初估面積已留余量。4核算（1）計(jì)算管內(nèi)膜傳熱系數(shù)定性溫度該過程為完全冷凝，其冷膜傳熱系數(shù)高于空氣膜傳熱系數(shù)較多，故取熱流速進(jìn)、出口溫度的平均值作為定性溫度即：TD=1(T1+T2)=1(140+55)=97.5CD2122定性溫度下的物性比熱(Cp)=2.462KJ/kg導(dǎo)熱系數(shù)入=0.153w/(mk)密度P尸

50、650kg/m3；pg=4.568kg/m3液體粘度口/=0.2795x10-3pas氣體粘度口=0.00775x10-3pasg當(dāng)量流量1p11WE=(W1+W2)(耳)2+(W+W)E21g2gp21i2/=2(82000)(g總1+!(82000)二53077-283當(dāng)量雷諾數(shù)為：(Re)E=dWiE3600SrN0.02x530077.28=60787.76ils3600 x0.043332x0.0002795*2勃蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=(Cp屮)i2.462x103x0.2795x10-30.153=4.5管內(nèi)冷凝液膜傳熱系數(shù)九0153h二0.0265.(Re)0.8.Pr0.333二0.0

51、265*60687.760.8*4.50.333二1797.13W/m2.Kide0.02i由于為完全冷凝過程，冷凝膜傳熱系數(shù)較大，故氣體顯熱膜傳熱系數(shù)可略去。(2)管外膜傳熱系數(shù)按勃利格斯關(guān)聯(lián)式進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。定性溫度空氣出口溫度先按估算法求出的值。所以定性溫度為tD=0.5*(t1+t2)=0.5*(35+59.43)=47.22定性溫度下的物性空氣比熱：ca=1.009kJ/(kgK)導(dǎo)熱系數(shù)：九=0.0285W/(mK)a粘度：卩=0.0196厘泊=0.0195X10-3Pasa重度：Pa=1.093kg/m3按所選的6管排，取標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)速UF=2.6m/s。迎風(fēng)面面積：SF=LXBXNS

52、=9X2.9X4=104.4m2FS標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量Vo=UFXSFX3600=2.6X104.4X1.205=296.68kg/s管束中的流通面積與迎風(fēng)面積之比為0.528SF-迎風(fēng)面積空氣的流通面積為：So=0.530XSF=0.528X104.4=55.123m2空氣的質(zhì)量流率G=max296.6855.123=5.38kg/m2-s翅根外徑dr=0.0258m=7117.63d-GRe=rmax0.0258x5.380.0195x10-3,C卩Praa尢a勃蘭特準(zhǔn)數(shù)1000 x0.0195x10-3=0.690.285翅片效率Ef=1.092-0.1376*Uf0.359=1.092-

53、0.1376*2.50.359=0.910.296-有效翅化比=(Ef.Af+Ao)/Ao=(0.91*1.84+0.07854)/0.07854=22.21管外膜傳熱系數(shù)ho=0.1378(Re)o.7i8(Pr)o.296do0.02852.310.4=0.1378(7117.63)0.718(0.69)0.333()0.296-22.210.02516=958.93W/(m2K)壁溫校正系數(shù)管壁溫度為h1797.13t=一(Tt)+1二(9949.8)+49.8二80.00h+hddd1797.13+958.93ioo壁溫下介質(zhì)的重度及粘度。P=725kg/m3口=0.71厘沲w口=0.

54、725x0.71x10-3=0.5148x10-3pasWFh044：=(D)0.14=()0.14=0.978H0.5148w(3)總傳熱系數(shù)K=11J+(+r)o+r+r+r+rhhidopfgoii各項(xiàng)熱阻選取如下：r.=0.00012m2k/wir=0.00012m2k/wo(rf+rp)=0.00020m2k/w1翅片間隙熱阻取r=x10%二0.0001m2k/wghK=o9+(仏+.00012)牆+.00012+.00020+.00010=433.2W/(m2K)4）計(jì)算空氣出口溫度按照熱平衡的方法求取空氣的出口溫度。10871724.12=t1+V.C.p=35+2.6*9*2.

55、9*4*1005*1.093=71.325）有效平均溫差對(duì)數(shù)平均溫差珈=(140-71.32)-(55-35)=39.46t140-71.321n55-35溫度效率因數(shù)P=擊=0.35溫度相關(guān)系數(shù)R=140一55=2.2471.32-35查3.28得FT=0.93.T=FtTm=39.46x0.93=36.76）傳熱面積AR=丄=10871724=683.8m2RK-AT433.2x36.7實(shí)際選用面積余量AxNs-arx100%二193*4二683.8x100%二12.9%F683.85）管程壓力降G2-Lipg(N)(G(g)/1000tG=W13600-S-Ni82000-3600 x0

56、.043332*4=131.41kg/m2s/仆、dxGRe)g=i.2X13141二339122.60.00775x10-3查圖3.223得fi=0.016因?yàn)樵撨^程為全部冷凝過程，：=0.5；Z=1.3朕呼X。5)“)/100。=2心Pr=-i(4N)/1000二4*2/1000二15.12kPa-2pt2*4.568DG2362.72PN=1.5-/1000=1.5*/1000=0.1N2p2*4.568g其中：進(jìn)出口直徑DN=100mm進(jìn)出口的質(zhì)量流速GN=82000/(3600*4*2*0.785*0.12)=362.7kg/m2s管程總壓降：Pt=APi+APr+APN=25.68

57、+15.12+0.1=62.4kPa壓力降稍稍超了一點(diǎn)，這還是可以的。4風(fēng)機(jī)計(jì)算估選風(fēng)機(jī)型號(hào)根據(jù)風(fēng)機(jī)的選擇原則，估選風(fēng)機(jī)為：F36R4型風(fēng)機(jī)4臺(tái)，葉輪直徑為3.6米。由于60 x50兀x3.6=265轉(zhuǎn)/分控制噪音的需要，葉尖速度選為50米秒，故風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為60-Vn=兀D計(jì)算全風(fēng)壓?？绽淦鞯娜L(fēng)壓由通過管束的靜壓降和風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓頭組成。通過管束的壓力降靜壓降：P=譏GmaxSB2pdrGSSf=37.86(max-)0.315卩dSr2=37.86()0.315=1.003O026X38)_0.316(應(yīng)(叱1.95x10-50.02580.0635Ps=1.003x6x27T：O93=79.

58、68pa風(fēng)機(jī)動(dòng)壓頭：p產(chǎn)U2BVo0.785xD2xnfFVo=LBUNF=9x2.9x4*2.6=271.44m3/sNF271.440.785x3.62x4=6.67m/sPD=6.6722x1.093=24.31pa全風(fēng)壓為：H=APs+APd=79.68+24.31=103.99pa風(fēng)量為：V=2.6*26.1=67.86m3/s風(fēng)機(jī)功率n1：69%皮帶傳動(dòng)率n2=0.86電機(jī)功率n3=0.95風(fēng)機(jī)的軸功率為：N(H)(V)NZ=e-1F=103.99*67.86273+20l0.69273+35*-*1.01/1000=10.85kW273-20該裝置海拔50米Fl=1.01電機(jī)功率

59、為N=103.99135.72xx0.95x0.86x0.692273-35293*1.01=13.3kw該風(fēng)機(jī)采用調(diào)頻自動(dòng)調(diào)速風(fēng)機(jī)，因而電機(jī)的功率可根據(jù)此數(shù)值選用17kW。4.5.4含不凝氣的冷凝冷卻空冷器計(jì)算實(shí)例已知條件：介質(zhì)名稱：催化塔頂油氣油氣流率：100088kg/h入口溫度：T=135C；出口溫度：T2=60C。入口壓力:P=0.2Mpa允許壓力降:AP=60kPa管內(nèi)污垢熱阻:ri=0.00012m2.K/W介質(zhì)物化性質(zhì)：比重：d420=0.7201；特性因數(shù)：K=12.0；重度:735.7kg/m3動(dòng)力粘度口=0.000498Pa.s各點(diǎn)的汽化率分刈溫度/p>

60、0汽化率y10.84070.70960.55130.37各段的熱負(fù)荷及總熱負(fù)荷項(xiàng)目1234合計(jì)熱負(fù)荷，W2918195115471125957113471179總熱負(fù)荷，W10139797空氣側(cè)空氣設(shè)計(jì)溫度t1=35C空氣設(shè)計(jì)最低溫度t3=-10C海撥高度L=50m空氣結(jié)垢熱阻ro=0.00018m2.K/W估算傳熱面積（1）確定設(shè)計(jì)氣溫、該設(shè)備位于某地區(qū)，當(dāng)?shù)睾０?0米，夏季平均每年不保證五天的日平均氣溫為35C取此溫度為空氣設(shè)計(jì)溫度。2）估算空氣出口溫度據(jù)表3.25選取經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)K=290w/(m2k)，估算空氣出口溫度T+Tt2=t1+0.88x10-3KFf(-t-1)21f21由