天然氣壓縮機后空冷器的基本結(jié)構(gòu)和選擇

1、天然氣壓縮機后空冷器的基本結(jié)構(gòu)和選擇空冷器主要由以下部分組成（如圖一）：1、換熱管束2、空氣驅(qū)動裝置，如風(fēng)扇或鼓風(fēng)機等。3、風(fēng)扇或鼓風(fēng)機等的動力裝置4、空氣驅(qū)動裝置與換熱管束之間的風(fēng)道。5、支撐結(jié)構(gòu)。6、維護管匯和風(fēng)扇的走道、梯子（可選）。7、控制排氣溫度的導(dǎo)向柵板（可選）。8、控制溫度和節(jié)省能量的可調(diào)風(fēng)扇輪轂（可選）。換熱管束由換熱管、支架、管匯、框架組成（如圖二）。通常采用翅片形式 來擴大換熱管與空氣的換熱面積，以補償大氣壓下空氣的低導(dǎo)熱系數(shù)和風(fēng)扇在合 理能耗下的低轉(zhuǎn)速。翅片通常為鋁制，導(dǎo)熱性好、制造成本低，它與換熱管的連 接主要有三種形式（如圖三）：1、擠壓成型先將鋁管緊密套在換熱管上成

2、為一整體，然后利用機械模具擠壓外層鋁套管 形成翅片。2、嵌入纏繞先在換熱管外壁刻出螺旋槽紋，然后將鋁片螺旋纏繞嵌入溝槽，同時擠壓溝 槽邊緣嵌緊鋁翅片根部。3、直接纏繞將鋁片直接螺旋纏繞在換熱管上，并使根部平折緊貼換熱管。精品文檔，供參考!為了提高換熱效率，有時將翅片邊緣切成齒狀，但它會增加空氣的流動壓差 和動力消耗。散熱翅片的選擇非常關(guān)鍵，它取決于成本、操作溫度和大氣條件。不同的類 型有不同的熱傳導(dǎo)和流動壓差特征。擠壓成型翅片可以保護換熱管避免大氣腐 蝕，在空冷器整個使用期內(nèi)保持恒定的傳熱效率，特別適用于溫度高達600 oF的場合。嵌入纏繞翅片也能始終保持預(yù)定的傳熱效率，適用于溫度高于600

3、oF低于750 F的場合。直接纏繞翅片適用于溫度低于 250 F的場合，但是隨時間 推移翅片與換熱管的連接會松弛，傳熱效率就難以預(yù)測，建議對直接纏繞翅片的 傳熱效率給予折減，以彌補這種缺陷。實踐中最經(jīng)濟的做法是按若干標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計來 制造翅片換熱管。換熱管長度一般 660英尺，直徑5/86英寸，最常用的是 1英寸。翅片高度5/161英寸，厚度0.010.035英寸，每英寸換熱管長纏繞 711圈，翅片擴大的面積與換熱管表面積之比為7:125:1。管束通常安排成矩形，由210排翅片換熱管組成，特殊情況下可以多達 30排。換熱管端部成 三角排列，中心距為 22.5倍管徑，管束間空氣流動的凈面積為平面面積的

4、 50% o在實踐可行的范圍內(nèi)，換熱管越長、排數(shù)月多，則平面單位面積內(nèi)的傳熱 表面的成本就越低?？绽淦魍ǔ６疾捎幂S流風(fēng)扇，有鼓風(fēng)式和引風(fēng)式兩種。為了防止機械故障和 便于控制，一組管束通常都7:1配兩臺風(fēng)扇。均勻分布流過管束的空氣對保持預(yù) 定的、一致的熱傳遞至關(guān)重要，通過保持足夠的風(fēng)扇覆蓋面積和足夠的橫跨管束 靜壓損來實現(xiàn)這一點。好的做法是保持風(fēng)扇投影面積至少等于管束投影面積的 40% ,橫跨管束的靜壓損至少是風(fēng)扇外環(huán)罩處動壓損的3.5倍。對于雙風(fēng)扇的空冷器一般假定換熱管長度與管束寬度之比為 33.5,管束至少4排，空氣流通精品文檔，供參考! 凈面積是管束投影面積的50% o風(fēng)扇直徑范圍360英

5、尺，可以有220個葉 片，材質(zhì)可以是木、鋼、鋁、玻璃纖維強化塑料，可以是空心也可以是實心，空 心葉片目前最受歡迎。葉片邊緣可以是直線也可以是曲線，靠近中心翼弦最寬、 至頂部逐漸變窄并略微扭曲的形狀效率最高。變窄并扭曲是為了均衡靠近中心處 葉片較低的速度，以產(chǎn)生一種均勻有效的空氣速度剖面。 除了直徑小于5英尺的 風(fēng)扇外，大多數(shù)空冷器葉片角度都是可調(diào)的?？烧{(diào)葉片有兩種，一種是手調(diào)，一 種是在運行中自動調(diào)節(jié)，大多數(shù)自動調(diào)節(jié)葉片都是通過氣動膜片推動輪轂中的彈 簧來進行的。風(fēng)道是為在風(fēng)扇與管束間提供平穩(wěn)氣流的閉合空間， 它可以是直箱式也可以 是斜箱式，斜箱式對通過管束的氣流分配較好， 但是只適用于引風(fēng)式

6、，因為在斜 箱上懸掛鼓風(fēng)式機械存在結(jié)構(gòu)困難。風(fēng)扇可以由電機、內(nèi)燃機或液壓馬達驅(qū)動，最普遍的是電機。在無電源時有 時會選用液壓馬達，它也可以進行變速控制但效率較低。 最普遍的變速器是大扭 矩正向皮帶輪。在5060馬力的電機、風(fēng)扇直徑至18英尺的場合，通常用調(diào) 速皮帶齒，中小尺寸的風(fēng)扇用 V型皮帶輪，對于非常大的電機和大直徑風(fēng)扇則 用齒輪箱。從機械原因考慮，翼尖速度不應(yīng)超過 12000英尺/分，為了降低噪聲 速度還應(yīng)進一步減少。有時是通過變頻來控制電機和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。支撐結(jié)構(gòu)包括柱、拉桿、橫梁，將換熱器架在足夠高度上，保證空氣從下部 以較低的速度進入而不妨礙風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，同時防止熱空氣重新吸入?？绽淦鞯慕Y(jié)

7、構(gòu) 設(shè)計應(yīng)當(dāng)考慮相應(yīng)的風(fēng)、雪、地震、配管、及靜、動荷載。引風(fēng)式和鼓風(fēng)式空冷器的比較精品文檔，供參考!一、引風(fēng)式優(yōu)點：1、管束間空氣流分布較好。2、熱空氣重新吸入的可能性小，熱空氣排放速度是冷空氣進入速度的2.5倍即1500英尺/分.3、由于風(fēng)道覆蓋了 60%的管束面積，降低了陽光、雨、冰雹等的影響，控制性 和穩(wěn)定性都更好。4、由于風(fēng)道的自然抽吸作用更大，增加了風(fēng)扇停止或失效條件下的換熱能力。缺點：1、如果排放空氣很熱時，需求更多的馬力。2、熱空氣溫度應(yīng)當(dāng)限制在220 F以防止葉片、軸承或其他機械設(shè)備損壞。當(dāng) 被冷卻介質(zhì)進口溫度高于350 F時應(yīng)當(dāng)考慮鼓風(fēng)式空冷器，因為當(dāng)風(fēng)扇停止 或空氣流量低時

8、，排放空氣溫度會很高。3、風(fēng)扇維護不方便，而且由于自然換熱作用會使維護工作在熱空氣中進行。4、更換管束時需要拆除風(fēng)道。二、鼓風(fēng)式優(yōu)點：1、當(dāng)排放空氣很熱時需要較小的功率，功率與排氣絕對溫度相反變化。2、便于風(fēng)扇或軸承的維修。3、便于更換換熱管束。4、適用于被冷卻介質(zhì)有較高的進口溫度。缺點:精品文檔，供參考!1、管束間空氣流分布不均勻。2、由于熱空氣排放速度低、風(fēng)扇翼尖進氣速度高、無抽吸作用等原因，增加了 熱空氣再循環(huán)的可能性。3、在風(fēng)扇故障條件下自然抽風(fēng)能力低。4、翅片換熱管完全暴露在陽光、雨、冰雹之下，控制性和穩(wěn)定性都差。在空冷器的熱力設(shè)計中應(yīng)當(dāng)考慮許多因素，投資、年運行費用、噪聲值是換熱管

9、直徑、翅片直徑、FPI、換熱管角度、長度、排數(shù)、管束寬度、每套裝置的 管束數(shù)、介質(zhì)通過次數(shù)、空氣流量和風(fēng)扇葉片數(shù)的函數(shù)。 空冷器面對不斷變化的 各種氣候條件，由此產(chǎn)生各種各樣的問題，設(shè)計人員必須在運行費用和初始的設(shè) 備投資之間尋求經(jīng)濟平衡點。首先必須確定設(shè)計采用哪種環(huán)境溫度， 空氣流通量 和排放溫度在開始時是未知的，它可以在設(shè)計過程中通過變化管排數(shù)繼爾變化管 束投影面積來改變，在投資和運行費用之間一定有一個最優(yōu)答案?？绽淦饕彩褂霉軞な綋Q熱器的基本公式即福里爾（Fourier）公式：Q = U A （ T一t） mean式中（T t） mean = CMTD = LMTD F（T1 一 t2）

10、（ T 2 一 tl）= - FI nF是對流流體對數(shù)平均溫度差的修正因子。空冷器中空氣自下而上沒有混合地流過管束，被冷卻介質(zhì)可以按安排的通道前后上下流動，當(dāng)有4個或更多的向下通道時，認為流動是對流，F(xiàn)取1,對于1、2、3個通道的修正參數(shù)見圖911。精品文檔，供參考！顯然開始時面積、總傳熱系數(shù)和空氣排放溫度是未知的，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是對CMTD和傳熱系數(shù)進行疊代試算直至面積對二者都滿足。特別是假定空氣的 溫升計算出CMTD,假定總傳熱系數(shù)選擇所需面積換熱器的尺寸，采用相應(yīng)的 投影面速度計算排放空氣溫度，重復(fù)這一過程，直至假定的排放空氣溫度與計算 值相符。然后計算各獨立的傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)，重復(fù)

11、全過程直至計算的“U和CMTD與假定值充分接近。但是，還有另外一種可以減少試算的方法，它只試算管程膜傳熱系數(shù)。下面討論凱和倫敦在小型熱交換器中敘述的Ntu方法，它適用于空冷器。下述定義基于小型熱交換器：1、熱流體比熱=C h =Ctube= (Mcp) tube=Q/ (Tl T2)2、冷流體比熱=Cc =Cair= (Mcp) air=Q/ (t2 tl )3、熱單元數(shù)=NtU=A U/Cmin4、比熱比=R= C min / Cmax5、空冷器傳熱系數(shù)=E= Ch (T1 T2)/ (Cmin (T1 t1 )=Cc (t2 t1)/ (Cmin (Ti t1)其余符號定義見第2頁?？諝饬?/p>

12、量按換熱器有效寬度和長度乘積每分鐘標(biāo)準(zhǔn) 立方英尺定義(scfm),而表面流速(FV)是每分鐘標(biāo)準(zhǔn)英尺。對于任何空冷器， 在設(shè)計階段由于空氣質(zhì)量流量未知，不必明確空氣側(cè)或管程側(cè)應(yīng)當(dāng)具有最小比 熱。下述兩種工況將概括兩種設(shè)計條件。工況 1 : Cmin = Gr = Ccold1、按定義 4, R= Cmin/ Cmax = Cair/ Chot = Scfm 1.08/(Q/( T 1- T2)=FV L W 1.08/(Q/( T 1- T2)精品文檔，供參考!=FV L W 1.08 ( Ti- T2)/ Q注:1.08=0.075lb/ft 3 60min/hr 0.24Btu/(lb o

13、F)2、按定義 5 并代入 Cair/ Chot, E= Ch (T1- T2)/ (Cmin ( t1 )=Q/( FV L W 1.08 (T1 t1)3、式 1、式 2 相乘，ER= FV L W 1.08 ( T1- T2)/ Q( Q/( FV L W 1.08 (T1b)=(T1 T2)/ (T1 t1)令(T1 T2) / (T1 t1)=Z,則對工況 1,Z=E R按定義 3, Ntu= A U/Cmin= A U/Cair= n N a W L U/ (1.08 W L FV)=n N a / (1.08 F(ri + rair+ rf+ rm)令 k= n N a / (1

14、.08 F(ri+ rair+ rf+ rm)對工況1, k= Ntu以E R和Ntu為坐標(biāo)，R為參數(shù)，對工況1繪曲線，已知Z=E R和k= Ntu可在圖中得出Ro由公式1：R= FV L W 1.08 ( T1- T2)/ QW=Q R/ (1.08 FV L ( T1- T2)t2= (T1 T2) /R + t1工況2:Cmin二Cube =Chot按定義 5, E= Ch (T1 T2)/ (Cmin (T1 t1)=(T1- T2) / (T1- t1)=Z按定義 4, R= Cmin/ Cmax= Chot / Cair = SCfm 1.08/(Q/( T 1- T2)=Q /

15、(FV L W 1.08 ( T1 T2)精品文檔，供參考!Ntu= n N a W L / (Q(ri+rair+ rt+ rm)/( Ti- T2)R Ntu= n N a / (1.08 FV (ri+rair+ rt+ rm)對工況2, k= R Ntu工況1或工況2的選擇原則以E R和Ntu為坐標(biāo)，R為參數(shù)，可繪出與工況1相同的曲線，對兩種工況，R=1 0對R=1線以上的R值：W= Q / (1.08 R ( T1 T2) FV L )t2= R -( T1- T2) +11對R=1線以下的R值：W= Q R / (1.08 ( T1 T2) FV L )t2= ( T1- T2)/

16、 R + t1可以看出，E、Ntu和R可以與任何流動安排相關(guān)，對于對流，表達式為：E= (1-e-Ntu(1-R) / (1-ReNtuR)圖1215是為下述工況繪制的相關(guān)變量的曲線：1、冷熱流體不混合的橫向流動(單行程空冷器，圖 12)02、雙行程對流、冷熱流體在每一行程不混合，但熱流體在行程間混合的橫 向流動(雙行程空冷器，圖13)。3、三行程對流、冷熱流體在每一行程不混合，但熱流體在行程間混合的橫 向流動(三行程空冷器，圖14)。4、對流(四行程或以上空冷器，圖 15)。等溫換熱器的情況非常簡單，由于 R等于0,效率變?yōu)椋篍=1 -e-Ntu精品文檔，供參考!工況 1 中 Cmin =

17、C air,Ntu= n N a / (1.08 FV (ri+rair+ rt+ rm)E=Q/Qmax=Q/ (1.08 (Ti ti) FV L E )W Q/ (L W FV 1.08 (Ti t1)設(shè)計方法的應(yīng)用任何空冷器在設(shè)計階段的給定數(shù)據(jù)包括工藝終端溫度、熱負荷、環(huán)境空氣溫度以及希望的管程尺寸。熱單元數(shù)(Ntu)設(shè)計方法確定管束表面積和空氣側(cè)出 口溫度的最佳值，必須嚴(yán)格檢查用這些數(shù)據(jù)選擇的冷卻器設(shè)計，但是對于給定的用途，這種選擇大多數(shù)都接近最終的最佳設(shè)計。通過給定的數(shù)據(jù)可以算出Z值，表2給出了根據(jù)這些值估計的總傳熱系數(shù)。 這樣就可以確定與表1中Z100/U對應(yīng)的管排數(shù)和表面流速F

18、V。使用假設(shè)的管 程數(shù)求出k和Ntu值，在圖1215中讀出R,代入相應(yīng)的公式中預(yù)測 FA,這 樣的設(shè)計可以認為對估計是足夠準(zhǔn)確的，后面有一簡單算例。必須通過運用傳熱系數(shù)和壓降修正系數(shù)嚴(yán)格檢查所做的選擇，以得出最終設(shè)計，這些修正系數(shù)源于經(jīng)驗并經(jīng)試驗和空冷器運行觀測所證實。大多數(shù)修正系數(shù)都是普遍已知的。表1Z 100/U管排數(shù)表面速度FV (ft/min )0.446500.556000.765500.8 1.0810400 450表2空冷器典型傳熱系數(shù)用途空氣或道空氣自西！氣空皿應(yīng)器f燒類飛燒類氣體燒類氣本50psig100psig100psig15-50pig50-250pig250-1500

19、psig精品文檔，供參考!ZP=1psiZP=2piZP=5psiZP=1psizP=3psizP=5pi傳熱系數(shù)U10203090-11030-4050-6070-90用途發(fā)動機夾套水燃油整或車障整夜體輕天然小由輕燒輕石腦油工藝水傳熱系數(shù)U130-15520-308570-9090-12090120-145系數(shù)基于外徑1英寸、每英寸管長10片、5/8英寸高擠壓成型鋁翅片、表面積比21,2:1的裸管外表面。例題：將273000磅/小時的輕質(zhì)液姓從250oF冷卻至1500F,環(huán)境溫度100F,允 許壓降5 psi,積垢系數(shù)0.001 ,高度為海平面，管程側(cè)平均溫度 200F時的物 性如下：cp=

20、 0.55 Btu/lb 0Fki=0.055 Btu/(hr ft20F)0.51 厘泊=1.234lb/ft hr換熱管材料是0.085英寸MW(0.093英寸AW)那2英尺長的碳鋼，每英寸 10片擠壓成型翅片，5/8英寸高，管子橫向間距2。5英寸。我們計算 Q=273000 0.55 (250-150)=15015000 Btu/hr ,然后用熱單元數(shù)(Ntu)方法試選換熱器尺寸：Z=(250-150)/(250-100) (100/90)=0.741從表1看出，合適的管排數(shù)是6,面積流速約為550英尺/分。從表2中總 傳熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)為90 Btu/(hr ft2 0F),然后可以計算k:

21、精品文檔，供參考!仔每排的管子數(shù)，每英尺寬=12/間距=12/2.5=4.8a=兀/12 OD=0.2618k=n N a/(1.08 FV (1/U)=4.8 6 0.2618/(1.08 550 (1/90)=1.1424我們假設(shè)3個管程數(shù)，從圖14查出熱容比R是0。70,在R=1的線上方，所以表面面積中的R在分母上，可以計算出表面積 FA:FA=Q/ (FA 1.08 R( Ti - T2) =360.8考慮已定管長32英尺，寬度=360.8/32=11.28英尺管子數(shù)=11.28英尺12英寸/英尺6排/2.5英寸管間距=325結(jié)構(gòu)件的寬度包括空氣密封加 6英寸，圓整至最近的標(biāo)準(zhǔn)尺寸即1

22、2英尺寬， 336 管。風(fēng)扇的選擇，需求功率風(fēng)扇直徑必須保證風(fēng)扇覆蓋面積是管束面積的40% ,必須比管束寬度小6英寸。利用風(fēng)扇運行曲線來選擇最優(yōu)葉片數(shù)、傾角和功率。電機軸功率=實際流量(立方英尺/分)總壓降(英寸水柱)/ (6356 風(fēng)扇效 率變速器效率)實際空氣流量由標(biāo)準(zhǔn)空氣流量乘以標(biāo)準(zhǔn)空氣密度除以風(fēng)扇處的空氣密度。從關(guān)系式中可以看出，鼓風(fēng)式與引風(fēng)式的功率之比近似等于出口空氣密度與進口空 氣密度之比，也等于絕對空氣溫度之比(t + 460) / (t2+460)o越過風(fēng)扇的總 壓差等于所選擇風(fēng)扇直徑的動壓、通過管束的靜壓損(廠家給出)和空氣動力系 統(tǒng)的其他損失之和。按最佳空氣分配來選擇管徑，

23、通常導(dǎo)致動壓約為0.1英寸水 柱。風(fēng)扇、空氣通道、風(fēng)扇環(huán)罩(特別是翼尖間隙)的設(shè)計會影響系統(tǒng)的效率。精品文檔，供參考! 它比理想風(fēng)洞試驗的風(fēng)扇曲線數(shù)據(jù)要低。 設(shè)計完善的空冷器軸流風(fēng)扇系統(tǒng)，以總 壓為基礎(chǔ)，效率約為75% o設(shè)計不好的系統(tǒng)效率可能低到 40% 0減速裝置的機 械效率通常為95% o上述公式得出的驅(qū)動裝置輸出功率必須除以電機效率以確 定輸入功率。參考圖16來估計功率需求，該圖橫坐標(biāo)是單位功率裸管表面積， 縱坐標(biāo)是在正常流速范圍管束的深度。 將上述原則應(yīng)用于例題，確定我們必須使 用10英尺直徑風(fēng)扇，覆蓋40%管束面積。從圖16可以發(fā)現(xiàn)對于6排管束，單 位功率裸管表面積是 6892平方

24、英尺，如果取 80,每個風(fēng)扇需要的功率是(336 0.2618 32) /(2 80)=17.5馬力.還必須計算最冷的環(huán)境溫度下的功率消耗。對于固定傾角葉片，功率消耗與環(huán)境絕對溫度成反比，最低環(huán)境溫度的所需功率 確定所需電機尺寸?？绽淦鞯倪\行控制除了被冷卻介質(zhì)的流量、組成和入口溫度會根據(jù)設(shè)計條件變化外， 環(huán)境大氣 溫度也在發(fā)生變化，空冷器是按最惡劣條件設(shè)計的，當(dāng)被冷卻介質(zhì)過冷有害或希 望節(jié)省風(fēng)扇能耗時，就需要進行控制。盡管可以通過旁通介質(zhì)流量來實現(xiàn)控制， 但這樣做的很少，常用的方法是控制空氣流量。改變空氣流量可以通過下述方法 實現(xiàn)：1、調(diào)節(jié)管束上方的風(fēng)門。2、雙速風(fēng)扇電機。3、對多風(fēng)扇裝置可以

25、順序關(guān)閉風(fēng)扇。4、自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇。5、變頻風(fēng)扇電機控制。通過對空氣流的可調(diào)節(jié)約束來操作風(fēng)門，減少了空氣流量但并沒有節(jié)省能精品文檔，供參考!量。實際上即使在開啟位置，風(fēng)門也產(chǎn)生一個永久的能量損失。雙速風(fēng)扇電機、自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇、變頻風(fēng)扇電機控制在減少流量的同時確實節(jié)約了能量，在溫帶自動調(diào)節(jié)傾角風(fēng)扇在一年中可以節(jié)省 67%的設(shè)計功率，一年就可以收回自動調(diào)節(jié) 傾角風(fēng)扇增加的投資。通過儀表感測出口端的溫度或壓力， 可以自動操作風(fēng)門或 自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇。對于某些極端的溫度控制工況，如防止冬天極冷天氣下結(jié)冰，或 防止高傾點或高熔點物質(zhì)固化，可以進行更復(fù)雜的設(shè)計。極端工況控制極端工況控制包括：1、內(nèi)部循環(huán)使用一臺固定

26、傾角風(fēng)扇往上吹，另一臺自動調(diào)節(jié)傾角風(fēng)扇（能夠呈負傾角） 將空氣向下吹，它可以調(diào)和管束最冷部位的空氣以防止結(jié)冰。 通常鼓風(fēng)式在出口 端具有負傾角風(fēng)扇，而引風(fēng)式在出口端具有正傾角風(fēng)扇，熱天兩臺風(fēng)扇都可以向 上吹。2、外部循環(huán)這是調(diào)和冷卻空氣最積極的方法，但只在鼓風(fēng)式空冷器上可行。熱的排放空 氣離開管束，進入風(fēng)門覆蓋的上部風(fēng)道，當(dāng)不需要循環(huán)時頂部風(fēng)門全開，熱空氣 通過它排出。當(dāng)頂部風(fēng)門部分關(guān)閉時，一部分熱空氣導(dǎo)入一個通道向下流動返回 風(fēng)扇入口，與環(huán)境冷空氣混合。管束下有一個空氣平均溫度感測器， 通過改變風(fēng) 門開度來控制循環(huán)空氣量繼爾入口空氣平均溫度。3、聯(lián)合流動對于高傾點流體常常建議通過安排聯(lián)合流動

27、保證較高的管壁溫度，高溫度流入的工藝流體與冷空氣接觸而低溫流出工藝流體與熱空氣接觸。精品文檔，供參考!4、輔助加熱線圈一蒸汽或甘醇加熱線圈直接安裝在管束下方，關(guān)閉管束上方的風(fēng)門使加熱線圈在結(jié)冰的天 氣加熱管束或保持其溫暖，當(dāng)啟動或關(guān)閉時管束中的介質(zhì)不會結(jié)冰或固化。當(dāng)風(fēng)扇運轉(zhuǎn)并且排氣風(fēng)門全開時，也偶爾使用加熱線圈調(diào)和對于管束來說非常冷的空 氣。噪聲控制近年來對工業(yè)噪聲的關(guān)注日益增強， 空冷器原本不是最重要的噪聲源，只有 更嚴(yán)重的噪聲被控制之后，人們的注意力才轉(zhuǎn)向空冷器?？绽淦髟肼曋饕娠L(fēng)扇 葉片的渦流脫離和空氣擾動引起的， 其他就是來自減速器和電機，一般情況下噪 聲頻帶較寬，只是偶爾情況下減速器

28、和電機，或者聲源與空冷器結(jié)構(gòu)間的反射會 產(chǎn)生尖銳噪聲。效率較高的風(fēng)扇和中等的翼尖速度， 噪聲與翼尖速度3次方成正 比、與風(fēng)扇功率1次方成正比。目前切實可行、經(jīng)濟有效的做法是將空冷器下方 3英尺處的聲壓降低至85dB (A),但是要低于80dB (A),驅(qū)動裝置的噪聲起 主導(dǎo)作用，必須采取特殊的措施。粘性流體空冷器的設(shè)計管程內(nèi)層流流體的膜系數(shù)非常低，與流過裸管外側(cè)的空氣膜系數(shù)輸量級相 同，由于管程內(nèi)的層流系數(shù)起控制作用，因此一般在空氣側(cè)使用翅片增加總傳熱 系數(shù)沒有優(yōu)勢，通常使用大量管排的裸管管束。對于出口黏度到20厘泊的工藝流體，可以使用大直徑管子和高的流速(高達 10英尺/秒)，達到出口雷諾數(shù)

29、高 于2000臨界雷諾數(shù)，保持流動為過度區(qū)。但是這通常導(dǎo)致30100 psi的壓降。 從對層流設(shè)計的缺點來看，壓降的增加一般是經(jīng)濟的，與紊流換熱器成本的增加 相比，運行和泵投資的成本增加很小。精品文檔，供參考!管程內(nèi)層流的最大問題是流動固有的不穩(wěn)定， 其原因可以通過對紊流和層流的壓降和傳熱系數(shù)的比較來描述，他們是粘度（?。┖唾|(zhì)量流量（ G）的函數(shù):流態(tài)壓降函數(shù)傳熱系數(shù)函數(shù)紊流程,G18產(chǎn)G08層流J0, G1.0叫 G0.33空冷器中，由于風(fēng)或者每一管程有許多管排造成空氣流分布不均，有可能一 些管程中的流體比另一些管程冷卻多一些。紊流中壓降是粘度的“弱”函數(shù)0.2指數(shù)）而是質(zhì)量流量的“強”函數(shù)

30、（1.8指 數(shù)），要保持冷熱管同樣的壓降，較冷管程中流量的降低很小。還有隨著流動減 慢和粘度增加，傳熱系數(shù)降低很?。ㄕ扯鹊闹笖?shù) -0.47,質(zhì)量流速的指數(shù)0.8）, 所以過度冷卻被自動糾正了。層流中壓降是粘度的“強”函數(shù)1.0指數(shù)）而是質(zhì)量流量的“弱”函數(shù)（1.0指 數(shù)），較冷管程中流量降低更多以彌補較高的粘度。重爛的粘度通常是溫度較強 的函數(shù)，但是對于層流，傳熱系數(shù)與粘度無關(guān)，只是質(zhì)量流量的“弱”函數(shù)（0.33 指數(shù)），故不存在紊流的自動糾正。結(jié)果是許多管子變得實際堵塞，而大多數(shù)流體在少數(shù)管子中流動。由于高的 質(zhì)量流速和紊流的增強的結(jié)果，這些高流量的管中最終達到穩(wěn)定，但是由于大多 數(shù)管子通過

31、極少的流量，冷卻效果差，現(xiàn)實結(jié)果是大壓降、低運行效率。達到的 穩(wěn)定點取決于粘溫曲線的陡峭程度。高傾點流體可能會完全堵塞換熱器的大多數(shù) 管子。通過設(shè)計較深的管束改善空氣流分布有時可以避免這一問題。每一管程的管束不能超過一排，最好兩個管程一排，使流體在管程間得以混合。精品文檔，供參考!對于高粘度、高傾點的流體，大的冷卻范圍應(yīng)當(dāng)分成階段，第一個換熱器應(yīng) 當(dāng)設(shè)計為紊流，出口溫度足夠高，確保即使減少流量出口雷諾數(shù)也大于 2000。 較低的冷卻段使用盤管（由直管和180彎頭組成，每一管程為單管），低溫盤管 應(yīng)當(dāng)用外部熱空氣循環(huán)導(dǎo)管來防止結(jié)冰。通常閉路水冷卻系統(tǒng)更經(jīng)濟，效率與盤管一樣。管殼式換熱器冷卻殼程側(cè)

32、粘 性流體的低溫段，閉路水在管殼式換熱器管程側(cè)和空冷器之間循環(huán)， 熱量散發(fā)至 大氣。對于潔凈的粘性流體如潤滑油，通過設(shè)置擾流器、設(shè)計較低的流速，在不增 加壓降的條件下提高管程效率 4至10倍，同時用外側(cè)翅片提高空氣側(cè)效率也有 優(yōu)越性。除了提高熱傳遞效率，擾流器的重大優(yōu)點是壓降與質(zhì)量流速的 1.3次方 呈正比，因此非等溫流動更穩(wěn)定。最簡單、性價比最好的擾流器是旋流板（平板 條扭成螺旋狀）。價格通過圖18確定近似的銷售價格，以單位平方英尺裸管表面積給出，它是裸管總表面積和管排數(shù)的函數(shù)，是出廠FOB,不包含運費或出口包裝費，它基于1 英寸X12伯明翰線規(guī)、帶擠壓翅片的32英尺長鋼管，設(shè)計壓力100p

33、sig,TEFC 電機，HTD驅(qū)動裝置。對于不同材料的換熱管有相應(yīng)的價格修正系數(shù)。從曲線中可以看出，當(dāng)裸管表面積超過 7000平方英尺時，單位面積價格變 化很小。裝置單價的減少是管排數(shù)的函數(shù)，隨管排數(shù)增加逐漸減少。精品文檔，供參考!空冷器通過翅片增強熱傳遞，熱量從介質(zhì)傳向管壁再傳向翅片，最終傳至大 氣。腐蝕是空冷器效率降低的最大因素。 在惡劣環(huán)境下運行，空氣中的污物與雨 水混合，滲入換熱管和翅片結(jié)合處，腐蝕換熱管和翅片根部材料，繼而降低傳熱 效率，縮短空冷器使用壽命?？绽淦髦袩崃繌慕橘|(zhì)傳向大氣要遇到一系列熱阻：介質(zhì)導(dǎo)熱性能。內(nèi)部積垢熱阻。管程“膜”熱阻。管壁熱阻。管壁與翅片接觸熱阻。翅片金屬熱

34、阻。外部“膜”熱阻。外部積垢熱阻。只要空冷器效率下降，都可以追溯到或者是空氣流量減少， 或者是上述熱阻增加。1、2、4、6、7項熱阻基本上是固定的，不會隨時間改變，而 2、5、8 項會隨時間改變。當(dāng)空氣流量減少空冷器效率下降時， 清洗外部翅片，或者維修風(fēng)扇或驅(qū)動機構(gòu)，可以改善傳熱率。清洗外部翅片可以減少外部積垢熱阻（第 8項）和空氣動力阻力，管程內(nèi)部積垢熱阻增加（第2項）常常通過清洗來解決，但是管壁與翅片接觸熱阻（第5項）造成的性能下降除了更換換熱器外沒有別的修復(fù)方法。影響管壁與翅片接觸熱阻的各種條件是熱量從管子傳向空氣中影響翅片效率的非常重要因素，所有的熱傳遞都要經(jīng)過翅片根部的管壁與翅片接觸

35、熱阻，造精品文檔，供參考! 成該熱阻增加的兩個根本原因是（1）翅片根部腐蝕，（2）失去了連接壓力，這 兩種情況都會隨時間增長而發(fā)生，但不會在新的空冷器上發(fā)生（無論翅片形式如 何）。當(dāng)空氣中的雜質(zhì)如沿海環(huán)境下的鹽類與雨水混合，就會造成翅片根部腐蝕， 它們滲入管子與翅片連接處，引起溫度最高的翅片根部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 分解翅片 材料形成金屬鹽和氧化物，造成隔熱。當(dāng)管子和翅片材料間存在電位差時， 通常 腐蝕會加快?？绽淦髦杏?種基本類型翅片：纏繞式。采用導(dǎo)熱金屬（通常為鋁）薄片，先將一邊折成90小腳（L）型或900至180薄片折兩次（T）型，然后緊緊纏繞在換熱管上，管子兩端用套環(huán) 將其卡緊。嵌入式。首先

36、在換熱管外壁刻出連續(xù)的螺旋槽 （管壁厚必須考慮刻槽深度）， 將翅片一側(cè)嵌入槽中進行纏繞，同時擠壓溝槽邊緣，使管壁材料夾緊翅片根部， 用專門的拉力試驗來確定夾緊程度。擠壓成型式。先將鋁套管套在傳熱管上，然后用機械旋轉(zhuǎn)模具向外擠壓鋁套 管形成翅片，達到需求高度，同時使鋁套管剩余足夠的厚度緊包在換熱管上。纏繞式翅片一般最便宜，鋁是最常用的空冷器材料，但也可用其它材料做纏 繞式翅片。它最容易遭受翅片根部腐蝕，采取過各種辦法如使（ L）或（T）型 翅片根部相互搭接，但是沒有一種方法能達到完全的防水密封，只要腐蝕性液體 在任何位置滲入翅片下，腐蝕就會擴展，導(dǎo)致管子與翅片連接的永久失效。嵌入式翅片也可以用各

37、種材料制作，大多數(shù)情況下它們的初始成本與纏繞式 相同，只是當(dāng)采用合金鋼換熱管時總成本會高于纏繞式，甚至與擠壓式相同，這精品文檔，供參考! 是由于考慮溝槽深度使管壁增厚造成的。 這種類型翅片根部腐蝕發(fā)生少些，但也 會發(fā)生。纏繞翅片時其邊緣產(chǎn)生極大的應(yīng)力， 一側(cè)產(chǎn)生拉伸另一側(cè)產(chǎn)生壓縮， 翅 片從內(nèi)徑到外徑的厚度變小，但不是均勻的而是波浪性的變化，翅片在薄的地方 就不如厚的地方夾得緊，在夾得松的地方，水分會浸入引起腐蝕。反過來，通過 嚴(yán)格的質(zhì)量控制和專門的拉力實驗，減少了嵌入式翅片的熱漲和松動的可能性。此外嵌入式比其他類型能承受較高的溫度。擠壓翅片只能用鋁來做，初始成本在三種類型中最高，主要原因是材

38、料消耗 多。在設(shè)計溫度范圍內(nèi)運行，它是三種類型中長時間穩(wěn)定性最好的。 翅片擠壓成 型壓力1200Psi使兩種材料間產(chǎn)生“壓力接觸”，確保了有效的熱傳遞。它對翅片 根部腐蝕的抵抗力最強，由于鋁管完全包裹換熱管，只需在換熱管兩端進行防腐 涂敷?？绽淦鞒崞沙诨蚋扛g除了換管沒有其它修復(fù)方法，只要繼續(xù)使用性能 就會繼續(xù)下降，通過選擇翅片類型可以解決這一問題。 選擇翅片時要考慮三個主 要因素：安裝環(huán)境、操作溫度、要求的使用時間。在大多數(shù)煉油廠、化工廠或海 洋環(huán)境下，空氣中的污物與雨水混合形成電腐蝕液體， 即使空氣中這些污物的濃 度非常低也會產(chǎn)生腐蝕問題，空冷器一般都是連續(xù)運行，翅片根部區(qū)域總是有大

39、量微小縫隙，污物就會聚集。擠壓成型和纏繞式翅片之間的成本差雖然相對較小，但也不能忽略。當(dāng)對機 組整個運行壽命進行評價、防止?jié)撛诘耐C或停產(chǎn)時，基本情況就是“現(xiàn)在付出 或?qū)砀冻觥?。通常“現(xiàn)在”要比“將來”便宜得多。作為一種經(jīng)驗建議按五年期進行 評價，如果運行時間超過五年，擠壓成型比纏繞式經(jīng)濟，下述幾種情況例外：1、操作溫度低，非循環(huán)式運行、空氣中無污染物。精品文檔，供參考!2、冷卻要求自然遞減（如某些油、氣生產(chǎn)設(shè)施）3、臨時應(yīng)用，時間短。空冷器的熱空氣循環(huán)空冷器最常見的熱空氣循環(huán)問題是：空氣接近空冷器的速度過高。空冷器在下風(fēng)向互相靠得太近?？绽淦鞯南嘛L(fēng)向緊靠擋風(fēng)結(jié)構(gòu)?？绽淦髦糜诓煌叨认嗷ヌ?/p>

40、。熱風(fēng)排放速度過低。平面布置時不加區(qū)分地將鼓風(fēng)式和引風(fēng)式混在一起。平面布置考慮夏季主導(dǎo)風(fēng)向不夠。造成空冷器噪聲的主要因素如下：旋轉(zhuǎn)力（葉片通過的頻率加諧振）。隨機的渦旋脫離?？諝鈹_動。通過翅片的氣流。軸承噪聲?？绽淦鳉饬魍ǖ朗业墓舱?。普遍認為空冷器噪聲產(chǎn)生于風(fēng)扇葉片，與結(jié)構(gòu)振動相關(guān)的噪聲能不超過1% ,但是由于結(jié)構(gòu)對葉片產(chǎn)生附加的擾動會影響風(fēng)扇葉片噪聲。葉片噪聲是由渦流脫 離和空氣擾動引起的，它的頻帶寬，沒有離散峰值（葉片通過頻率，它通常低于精品文檔，供參考！31Hz）0這種噪聲與翼尖速度的5.65.8次方呈正比。第二個重要因素不是功率或流量，而是通過風(fēng)扇的壓降， P的指數(shù)是1.4, 但是該指

41、數(shù)與翼尖速度呈相反變化。實驗表明，在較低的翼尖速度下， P的變 化引起的噪聲變化比在較高的翼尖速度下引起的噪聲變化大。功率或流量變化的重要性不大，流量變化在10: 1范圍內(nèi)對噪聲的影響都很小。葉片尺寸的影響 數(shù)據(jù)尚不充分，只要不到失速范圍，葉片數(shù)量的影響也很小。80%的噪聲產(chǎn)生于 風(fēng)扇直徑20%的外側(cè)部分。有幾個因素對理解空冷器的方向性非常重要。第一，翼尖是產(chǎn)生噪聲的主要部分，每個葉片9/10處可以看作一個點聲源。第二，管束對噪聲沒有重要的削 減作用，管束相對來說是疏松的，最緊密的地方也有50%的自由空間。第三，風(fēng)扇和管束之間約束氣流的殼體也約束噪聲， 因此大部分噪聲從進氣口或排氣口 傳出，只有在離氣流通道殼體很近（小于3英尺）處測量的噪聲才會超過空氣進、 出口的噪聲。如果氣流通道殼體特別薄，或采用輕質(zhì)材料制作，它一凸一凹變化 會造成振動噪聲，建議采用8塊規(guī)0.164”以上的材料，以減少這種