空气冷却器基础

1、1 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 二、总体设计考虑因素 三、空气侧膜传热系数及阻力 四、强制通风的风机功率 五、自然通风的风筒高度 2 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 空气冷却器的基本部件如下： 管束由管箱、翅片管和框架组合构成。需要冷却或 冷凝的流体在管内通过，空气在管外横掠流过翅片管 束，对流体进行冷却或冷凝； 轴流风机一个或几个一组的轴流风机驱使空气流动； 构架空气冷却器管束及风机的支承部件； 附件如百叶窗、蒸汽盘管、梯子、平台等； 3 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 4 第三章 空气冷却器 一、基本类

2、型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 空气冷却器分类： 按管束布置方式分为：水平式、立式、斜顶式等。 按通风方式分为：鼓风式、引风式和自然通风式。 按冷却方式分为：干式、湿式和干湿联合式。 按工艺流程分为：全干空冷、前干空冷后水冷、前干空冷后湿空 冷、干湿联合空冷。 按安装方式分为：地面式、高架式、塔顶式（在塔顶上和塔联成 一体）。 按风量控制方式分为：停机手动调角风机、不停机自动调角风机、 自动调角风机和自动调速风机、百叶窗调节式。 按防寒防冻方式分为：热风内循环式、热风外循环式、蒸汽拌热 式以及不同温位热流体的联合等形式。 5 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形

3、式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 水平式鼓风式 适用于任何场合。管 束水平放置，为防止 冷凝液滞留管中，管 子应倾斜3或。 鼓风式风机叶轮呈水 平放置，置于管束下 方。进入叶片的是冷 空气。 优点是结构简单， 安装方便、管内热 流体和管外空气分 布比较均匀。 缺点是占地面积较 大，管内流动阻力 较斜顶式大。 6 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 水平式引风式 引风式风机叶轮呈水 平放置，置于管束上 方。进入叶片的是热 空气。 优点是结构简单，

4、安装方便、管内热 流体和管外空气分 布比较均匀。 缺点是占地面积较 大，管内流动阻力 较斜顶式大。 7 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 直立式风机叶轮垂直放置 管束立放，风机叶轮 可垂直或水平放置。 多用于湿式空冷，干 湿联合空冷或小型冷 却装置。安置方向应 与平时的风向配合。 一般用于气体冷凝冷 却，也适用于真空系 统。进入叶片的是热 空气或增湿后的热空 气。 优点是结构紧凑， 占地面积小。管内 流体阻力较水平式 小。 缺点是管束中空气 分布不均匀，易受 外界自然风的干扰； 管束不易太

5、长，否 则其刚度下降。 8 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 直立式风机叶轮水平放置 管束立放，风机叶轮 可垂直或水平放置。 多用于湿式空冷，干 湿联合空冷或小型冷 却装置。安置方向应 与平时的风向配合。 一般用于气体冷凝冷 却，也适用于真空系 统。进入叶片的是热 空气或增湿后的热空 气。 优点是结构紧凑， 占地面积小。管内 流体阻力较水平式 小。 缺点是管束中空气 分布不均匀，易受 外界自然风的干扰； 管束不易太长，否 则其刚度下降。b型 结构略复杂。 9 第三章 空气冷却器 一、基本类

6、型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 斜顶式鼓风式 适用于任何场合。 风机叶轮水平放置， 置于管束下方。进入 叶片的是冷空气。 优点是管内热流体 和管外空气分布比 较均匀。传热系数 比水平式略高，管 内流动阻力小。占 地面积较小。 缺点是结构略复杂。 10 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 斜顶式引风式 管束斜放呈人字形， 夹角一般在60左右。 百叶窗置于管束上方， 风机置于管束下方空 间的中央。 优点是管内热流体 和

7、管外空气分布比 较均匀。传热系数 比水平式略高，管 内流动阻力小。占 地面积较小。 缺点是结构略复杂。 11 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 增湿空冷器水平式 适用于相对湿度低于 30的 干燥炎热地区。空气 经过增湿室和水分离 板后进入管束。 在空气入口处喷雾 状水，借水蒸发使 干燥的空气增湿而 接近空气的湿球温 度。增湿后的低温 空气经过水分离板 除去水滴，再横掠 翅片管束。 耗水量较大，增加 了空气侧的流动阻 力。 12 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式

8、及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 增湿空冷器喷淋蒸发湿式 空冷器 在气温较高而且比较干 燥的地区，干湿球温差 不小于14，则可采用 喷淋水使空气增湿，将 空气干球温度降低到接 近湿球温度，使传热温 差加大，提高传热效果。 管外膜传热系数比普通 干式空气冷器高35倍 （3）。同时兼有增湿和蒸 发空冷的优点，实际消 耗水量很少。 在换热管束前方设置若干 个喷头，喷头将雾化水滴 均匀地喷向管束。雾化水 滴直接喷射在管束表面， 形成一层薄水膜，水膜蒸 发的汽化潜热使管束的换 热能力大幅度提高。 喷头易堵塞造成喷淋不均 匀，采用高翅片、小片距 的管束，水膜易在

9、翅片间 出现架桥现象，致使水雾 不能直接喷淋到翅片管表 面，降低了效果。 13 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的空冷器结构特点及适用场合 结构形式 适用场合及特点 优缺点 增湿空冷器表面蒸发式 空冷器 表面蒸发空冷是由光 管组成的一种空冷装 置，利用管外水膜的 蒸发带走热量，借以 把管内流体的温度降 到所需温度。 由分配器将冷却水向 下喷淋到传热管表面， 使传热管外表面上形 成连续均匀的薄水膜。 表面蒸发空冷具有 结构紧凑，效率较 高的优点。当管内 介质的温度很低时， 由于蒸发量小也会 影响表面蒸发空冷 的使用效果。当管 壁温度处于露点时， 易产

10、生露点腐蚀。 因采用光管，流动 阻力较低。 14 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 （1）L形翅片管 L型绕片管是通过把弯 成L形的铝带拉紧 后缠绕在芯管上制造 而成的。 最高使用温度： 钢管铝片 T180； 铝管铝片 T150； 最高使用压力： 钢管 P32.0MPa； 铝管 P0.25MPa； 制造简便，价格便 宜，使用最多。 翅片易松动，增大 接触热阻。由于铝 翅片的刚度不够， 翅片的抗倒伏性能 较差。在湿空冷时 寿命较短。 15 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及

11、分类 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 （2）LL形翅片管 LL形翅片管翅片根部 互相重叠，与管壁接 触良好，适于湿空冷 器。使用温度比L型翅 片管略高。 LL型翅片管可以部 分克服L型翅片管的 翅片易松动，接触 热阻大的缺点。保 证了对管壁的完全 覆盖，传热性能比L 型翅片管略好。缺 点是加工难度增加， 价格可能略有提高。 16 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 (3)G形镶嵌式翅片管 铝片嵌入钢管表面被 挤压到约0.250.5毫 米深的螺旋槽中，同 时将槽中挤出的金属 用滚

12、轮压回翅片根部 优点是传热效率高 （有资料表明比L形 翅片高约20）。 工作温度钢管钢片 400，钢管铝片 260。缺点是不 耐腐蚀，造价高。 17 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 （4）KLM形翅片管 KLM翅片管是L型绕片 管的一种。制造中多 了两道滚花工艺，使 其综合性能超过了其 它所有翅片管。 传热性能好，接触 热阻小；翅片与管 子的接触面积大， 贴合紧密、牢靠， 承受冷热急变能力 较佳；翅片根部抗 大气腐蚀性能高。 18 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类

13、 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 （5）DR双金属轧片管 双金属轧片管是较理 想的抗腐蚀型管子， 它完全克服了L、LL绕 片管的缺点。内外管 可以分别选材，内管 可选用碳钢、不锈钢、 黄铜等；管外可一般 采用铝或铜。经过轧 制内外管子可以紧密 结合在一起。 主要优点有许用温 度高，可达260； 抗腐蚀性能好，寿 命长；传热性能好， 压力降小；翅片和 管子形成一个整体， 刚度好。缺点是价 格较其它翅片管高， 重量大。 19 第三章 空气冷却器 一、基本类型及特点 结构形式及分类结构形式及分类 几种典型的翅片管及适用范围 翅片管形式 适用范围 优缺点 （6）椭圆形翅片管

14、钢制椭圆管套矩形翅 片，然后热浸镀锌。 或热浸镀锌缠绕式椭 圆钢翅片管 。 使用范围宽广。 比具有相同周长的圆管， 水力直径小，管内传热 系数高；椭圆翅片管束 通常以短轴面迎风，气 流流动平滑管子后面形 成的涡流小，因此空气 流动阻力比圆管减少约 30，特别适合用于自 然通风空冷器；迎风面 积小、比较紧凑，占地 面积只有圆管的80。 20 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 1 1 总体设计要点总体设计要点 根据工艺介质的冷凝冷却要求及所建装置的水源、电力情况，进 行空冷与水冷的技术经济比较，以确定使用空冷器的合理性； 根据热介质要求的冷却终温、环境条件，确定空冷器的型式； 按经验总传热

15、系数初步估算所需的换热面积，选择空冷器型号； 根据工艺介质的操作条件及物性，对初选型号进行精确核算：管 内膜传热系数及阻力降、管外传热系数及阻力降、总传热系数、 有效平均温差，进而计算所需传热面积。如果所选型号的面积不 足或偏大，需调整型号，重复前面计算，直至所选型号满足设计 要求。然后再对风机进行核算。若选用的是湿式空冷或干湿联合 空冷，还需计算喷水量及水的蒸发量； 根据装置生产特点，综合考虑空冷平竖面布置及控制方案； 考虑噪声、防凝防冻等方面的问题。 21 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 2 2 有关参数的选择有关参数的选择- -总体形式选择总体形式选择 （1）前干空冷-后水冷

16、a.水源充足； a.需有循环水冷却系统； b.要求介质终端温度冷至 b.操作费和检修费较大； 接近大气湿球温度； c.装置内场地较紧凑。 c.热介质终端温度控制较差。 （2）前干空冷-后湿空冷 a.水源不充足，水耗约为后冷器 a.后湿冷占地面积大； 的510左右； b.要求介质终端温度高于大气湿 b.操作费技术比后冷要求高。 球温度5左右； c.操作费用比后冷小2040。 22 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 2 2 有关参数的选择有关参数的选择- -总体形式选择总体形式选择 （3）干湿联合空冷 a.适于中小处理能力场合； a.操作技术要求高。 b.占地面积小； c.操作费用省。 （

17、4）全干空冷 a.寒冷地区； b.介质终温比夏季设计气温高 1520； c.运转费最省。 23 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 2 2 有关参数的选择有关参数的选择- -总体形式选择总体形式选择 （5）全湿空冷 a.作为干空冷的补充手段； a.进口温度高于80时， b.进口温度低的介质，并且介质 翅片管表面易结水垢。 冷却终温高于湿球5。 24 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 2 2 有关参数的选择有关参数的选择- -管排数的选择（依据过程选择）管排数的选择（依据过程选择） （1）冷却过程 （2）冷凝过程 轻碳轻化合物 轻碳轻化合物 （汽油、煤油等） 4 或 6 （汽油、煤

18、油等） 4 或 6 轻柴油 4 或 6 水蒸气 4 重柴油 4 或 6 重整或加氢反应器 润滑油 4 或 6 出口气体 6 塔底重质油 6 或 8 塔顶冷凝器 4 或 6 煤气 4 汽缸冷却水 4 25 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 2 2 有关参数的选择有关参数的选择- -管排数的选择（依据管内介质温度选择）管排数的选择（依据管内介质温度选择） T6 3 6T10 300 3 50T100 200 5 100T170 100 6 T170 8或以上 26 第三章 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 3 3 迎风面速度底选择迎风面速度底选择 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 空气冷却器 二、总体设计考虑因素 4 4 翅片管类型的选择翅片管类型的选择 2000 高翅 12002000 高翅或低翅 1201200 低翅 120 光管 28 第三章 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圆形翅片管 强制通风条件： 膜传热系数： 引风式空冷则应根据管排数取下表管排校正系数， 对上式进行校正。 o t 0.296 t 0.333 a 0.718 a r a o 1378. 0 A A h s PrRe d h 管排数 2

20、 3 4 5 6 7 8 管排数校正系数 0.81 0.871 0.908 0.93 0.945 0.953 0.961 29 第三章 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圆形翅片管 强制通风条件： 阻力计算： 当2000Rea5000，1.8St/dr4.6时， 正三角形排列： 横向管心距与纵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 空气冷却器 三、空气侧

21、传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 1.1.圆形翅片管 自然通风条件：自然通风的风速一般低于1m/s，而低风速下园翅片 管的传热和阻力试验数据非常缺乏。现根据对低风速下圆翅片管的传 热和流动阻力研究的结果，推荐以下的计算关联式，仅供参考。 以基管外表面积为基准的管外膜传热系数： 1100Rea3000 空气通过园翅片管束的阻力： 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 2.2.椭圆翅片管 强制通风条件：2300R

22、e15000（ua1.0m/s） 膜传热系数： 流动阻力： 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 2.2.椭圆翅片管 自然通风条件： 800Re2300（ua1.0m/s） 膜传热系数： m,n的算法与强制通风不同。 流动阻力： 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 干式空冷器干式空冷器 3.3.椭圆管绕钢制翅片I型翅片管 强制通风条件：3000Re9000 膜传热系数： 流动阻力： 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 湿式空冷器湿式

24、空冷器 1.1.早期模型 强制通风条件：Gmax26 kg/m2s；Bl80370 kg/m2s；5 52020。 膜传热系数： 温度准数 空气入口干球温度 入口处的露点温度入口处的露点温度 流动阻力： 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 湿式空冷器湿式空冷器 2.2.LPEC模型 洛阳石化工程公司和西安交通大学合作，对湿式空冷的最佳结构做了进 一步的开发研究，证明翅片高度低、翅间距大的翅片管具有较好的增湿换热 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 空气冷却器 三、空气侧传热系数与阻力 湿式空冷器湿式空冷器 3.3.喷水量及耗水量 喷水量 耗水量 由于空气的设计温度一般都在2535之间，在这个温度区间内的汽 化潜热变化不大，取其平均值Hs2256.25J/k