空气冷却器课件

空气冷却器主要掌握的内容空气冷却器的结构形式空气冷却器的基本部件空气冷却器的承载种类空气冷却器的常见故障及处理方法一、空气冷却器的定义及优点空气冷却器简称空冷器，是20世纪40年代发展起来的，空气冷却器是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备，目前已基本取代了传统的水冷却器。优点：节约了用水，减少了水污染，投资及维护成本小。使用空冷器的原因:A随着工业，特别是炼油、石油化工、动力工业的发展，用水量急剧增加，出现了水供应不足。B人们对保护环境，防止工业用水对江河湖海污染的呼声日益高涨。

C能源日益短缺，要求最大限度地节约能源。特点：以空气为介质的空冷器是非常理想的冷却、冷凝设备。它不仅可以节约大量用水，防止对环境的污染，而且维护费用低，运转安全可靠，与水冷相比，还具有更长的使用寿命。空气冷却与水冷相比的优点空冷的优点水冷的缺点1对环境没有热污染和化学污染对环境污染严重2空气可随意取得，不需任何辅助设备和费用冷却水往往受水源限制，要设置管线和泵站等设施3选厂址不受限制特别对较大的厂，选厂址时必须考虑有充足的水源4空气腐蚀性小，不需要除垢和清洗，使用寿命长水腐蚀性强，需要进行处理，以防结垢和脏物的淤积5空气的压降仅有10～20毫米，故空气的操作费用低循环水压头高（取决于冷却器和冷水塔的相对位置），故水冷能耗高6空冷系统的维护费用，一般情况下仅为水冷系统的20～30％由于水冷设备多、易结垢，在温暖气候条件下还易生长微生物，附于冷却器表面，常常需要停工清洗7一旦风机电源被切断，仍有30～40％的自然冷却能力电源一断，即要全部停产水冷却与空冷相比的优点

水冷的优点空冷的缺点1水冷通常能使工艺流体冷却到低于空气2～3℃，且循环水在水塔中可被冷却到接近环境湿球温度由于空气比热小，且冷却效果取决于干球温度，通常不能把工艺流体冷却到环境温度2水冷对环境温度变化不敏感大气温度波动大，风、雨、阳光，以及季节变化，均会影响空冷器的性能，在冬季还可能引起管内介质冻结3水冷器结构紧凑，其冷却面积比空冷器要小得多由于空气侧膜传系数低，故空冷器的冷却面积要大得多4水冷器可以设置在其他设备之间，如管线下面空冷器不能紧靠大的障碍物，如建筑物、大树，否则会引起热风循环5用一般列管式换热器即可满足要求要求用特殊工艺制造的翅片管和风机6无噪声有一定的噪声应用主要应用于炼油厂、石油化工厂、液化天然气石油气、煤液化、煤气管道、火力发电海洋工程、原子能工业及城市垃圾处理。对于遇水易爆、易溶的有毒介质尤为适合。

二、空冷器的主要组成管束构架风机百叶窗按管束布置可分为：水平式、立式斜式、斜顶式。按通风方式可分为：鼓风式、引风式按冷却方式可分为：干式、湿式、干湿联合三、空冷器的结构类型鼓风式水平空冷器

引风式水平空冷器

湿式空冷器干－湿式联合空冷器斜顶式空冷器三、空冷器的结构类型1、平顶式空冷器:（形式、分类、特点）管束水平放置，多用于冷凝、冷却。

鼓风式:管束位于风机上方,风机由下向上送风.引风式:管束位于风机的下方,风机由内向外排风.受气候影响小,热空气不易回流,噪音小3分贝,但结构复杂,维护检修较麻烦,功耗大10%.三、空冷器的结构类型2、斜顶式空气冷却器管束45度斜置于构架顶部.多用于介质的冷凝。特点：占地面积小，管阻和膜放热系数比水平式好，但热空气易回流（鼓风式），结构复杂。三、空冷器的结构类型3、湿式空气冷却器：管束立置，外侧喷水，引风式。介质入口温度不宜大于80度特点：增湿降温，效果显著腐蚀管束，造价较高三、空冷器的结构类型4、干湿联合式空气冷却器：干湿组合特点：占地面积小投资省运行费用低管束面积须匹配得当

三、空冷器的结构类型5、热风循环式空气冷却器：用于被冷介质在最低设计气温下，易发生凝结或有结晶物析出的情况。分类：热风内循环式空冷器热风外循环式空冷器特点：利用自身热源自控水平要求高三、空冷器的结构类型6、其他特殊用途空冷器自然通风式空冷器：利用空气自然对流进行冷却，能耗和维修费用低，一次投资高。光管式空冷器：结构与平顶式空冷器相同，但传热管无翅片。四、空冷器的基本部件管束：风机：百叶窗：构架：喷淋系统：四、空冷器的基本部件1、管束：由翅片管、管箱、侧梁、及支持梁组成，是空冷器的传热部件。管束主要掌握:（1）翅片管的组成：由翅片和管基组成。翅片管的种类：绕片管、扎片管、套片管、镶片管、焊片管等。（2）管箱的作用：将单根的翅片管组合成一个集合体，用来分配和导向流体。每片管束至少有两个管箱（3）管箱的分类：丝堵式管箱、法兰式管箱、集合管式管箱、分解式管箱。（4）翅片管与管板的连接方法：强度胀接、强度焊接、胀焊并用。可卸盖板式空冷器管束蒸发空冷器产品管箱丝堵式(S)可卸盖板式(K1)可卸帽盖式(K1)集合管式(J)

管箱适用范围及特点

介质进出口温度差大于110℃时，采用分解管箱，用以分解热膨胀造成的管束变形。

管箱型式优点缺点丝堵式(S)a使用最普遍b承压能力较高可达23MPaa不宜用于污垢系数大于0.001m2h℃/kcal的介质b加工量较大可卸盖板式(K1)a宜用于污垢系数大于0.001m2h℃/kcal的介质和易凝介质b管头焊接较为容易a承压能力较差一般不大于2.5MPab密封要求高可卸帽盖式(K2)a宜用于污垢系数大于0.001m2h℃/kcal的介质和易凝介质b管头焊接容易a承压能力较差一般不大于2.5MPab检修需拆管线c密封要求高集合管式(J)a承压能力较高可达32MPab管箱重量轻，加工量少a换热管易堵塞，且冲涮腐蚀较严重翅片管形式：翅片管适用范围及特点翅片管型式缺点La最高温度150℃b制造设备简单c价格低廉a不宜用于震动很大的场合b热效率低KLa最高温度250℃b翅片管的结合力及受冷热急变能力较佳c热效率较L型高10％d价格低廉a翅片刚度较差b设备需进口LLa最高温度170℃b适用于湿空冷c价格较L、KL略高a不宜用于震动很大的场合b热效率低Ga最高温度350℃b翅片管的结合力及受冷热急变能力较佳c热效率较L型高20％d价格低廉a翅片刚度较差b基管耐腐蚀性较差c不适用于高压场合d设备需进口DRa最高温度280℃b翅片管的结合力较佳c翅片刚度较佳d基管耐腐蚀性佳a价格较高b受冷热即便能力较差c热效率较与L型相当四、空冷器的基本部件2、百叶窗：由窗叶、调节机械、侧梁等组成。用来调节风量大小。百叶窗的作用：调节风量、保护管束。百叶窗的结构：由叶片、调节机构、及框梁组成。百叶窗的叶片形式：折板顺开式、平板顺开式、翼形对开式。调节机构的作用：推动百叶窗叶片旋转。调节机构的种类：手柄式机构、蜗轮式机构、汽缸式机构、自调式机构。百叶窗四、空冷器的基本部件3、风机：由风叶、轮毂、电机、驱动机械、及支持架组成。是空冷器的送风机械。风机的作用：强制送风。风机的组成：风叶、轮毂、调节机构、传送机构、电机及机架。风机的分类：鼓风式、引风式；调角式、调速式；直联传动、齿轮传动、皮带轮传动。风量的调节：调角方式和调速方式。传动机构：联组皮带、齿轮机构。风机空冷器风机要求压头低、流量大，采用立式安装螺旋桨型轴流风机。运行方式：鼓风式——空气先经风机再至管束引风式——空气先经管束再至风机自动调角风机不停机手动调角风机停机手动调角风机四、空冷器的基本部件4、构架：由风箱、风筒、立柱、斜撑、横梁等组成。用以支持各部件的钢结构。构架的分类：闭式构架和开式构架。构架鼓风式水平构架引风式水平构架鼓风式斜顶构架选择原则：空冷器构架应具有较好的稳定性。

风箱型式：方箱型（F）——风箱为空冷器构架的部件，一般用于鼓风式，耗材较多，但结构简单，外观平整。过渡锥型（Z）——多用于引风式，也有用于鼓风式，耗材较少，结构简单，空气阻力小，但制造及运输及安装较困难。斜坡型（P）——多用于引风式，也有用于鼓风式，耗材较少，结构简单，空气阻力小，制做简单，刚性好。风箱应有足够的高度，其扩散角θ不应超过45°

垂直载荷：设备自重、活动载荷、液体重量水平载荷（风载荷）：地震载荷：动力载荷：风机运转时产生的载荷水平方向动力载荷：要了解单台、两台、大于两台如何确定垂直方向动力载荷：要了解组成及确定方法。五、空冷器的构架载荷六、空冷器的常见故障及处理方法空冷器常见的失效型式及检修维护空冷器的常见失效型式：空冷器冷却效果差泄漏风机故障叶片损坏1、空冷器冷却效果差的原因及处理

空冷器冷却效果差有以下几个原因：、翅片管内壁结垢翅片管堵塞介质不流动翅片结垢翅片管弯曲变形翅片倒伏湿式空冷或联合空冷的翅片管翅片间距过密等对于冷却效果差这类故障主要采取将空冷器切除进行吹扫或清洗（化学清洗或物理清洗）、修复损坏的翅片等方法来解决。2、空冷器换热管泄漏的原因及处理

空冷器换热管泄漏的原因：腐蚀在石油炼制过程中，对设备产生腐蚀的物质主要有：硫的化合物、无机盐类、环烷酸、氮的化合物等。这些杂质虽然含量很少，但危害却极大。此外在原油加工过程中加入的溶剂及酸碱化学剂也会形成腐蚀介质，加速设备的腐蚀。对于空冷器来说最典型的腐蚀类型就是常减压装置初、常顶冷凝冷却系统及加氢装置分馏塔顶系统的低温(t<120℃)HCl-H2S-H2O形腐蚀。空冷器管束腐蚀（翅片管均匀腐蚀除外）可能发生的部位有：翅片管介质入口处、翅片管向下弯曲变形部位的内壁、湿式空冷器翅片管靠近管箱部位无翅片的外壁、带衬管的翅片管在衬管末端的内壁、有可能产生介质涡流的部位等。干式空冷、联合空冷的管束内壁；湿式空冷翅片管外无翅片部位等管束材质缺陷、选择不当

随著原油性质的不断劣化，近年来原油中的硫含量越来越高，从而也导致了设备的腐蚀不断加剧，因此设备的选材也变得越来越重要，材质选择不当将会导致设备的使用寿命大大降低。管束使用时间较长管束泄漏的处理方法1.换热管堵漏空冷器管束经过一段时间的运行后，由于腐蚀等原因造成穿漏，可以采用化学粘补、打卡注胶和堵管等修理方法处理。当换热管泄漏量小时，可在不停车的情况下将管外的翅片除去，然后再进行化学粘补包扎或打卡注胶堵漏；如果不能用上述方法消漏，则应将管束停车吹扫干净，拆开管箱上的丝堵，在换热管两端用角度3°～5°的金属圆台体堵塞，以达到消漏。2.换管当空冷器管束非均匀腐蚀或制造缺陷而泄漏时，可采用换管消漏。首先将要更换的管子拆下，清洗管箱管孔。更换新管时，将管子中间稍拉弯曲，即可从两端管板孔穿入，穿入后进行胀接或焊接。3、风机系统故障原因及处理方法故障表现形式故障原因排除方法电流计指示异常·叶片角度有异常变化；校正安装角后紧固；·自调执行机构失灵；排除定位器和气源线故障；·风机轮毂平衡破环；补校平衡；·皮带松动跳槽；调整皮带张紧力；电机电流过大或温度升高·叶片角度有异常变化；校正安装角后紧固；·轴承座剧烈振动；重新调整正；·电机本身原因；查明原因；·电流单线断电；检查电源是否正常；传动部件异常振动·驱动部件螺钉松动；拧紧螺钉，紧固松动部位；·旋转机构偏心；调整偏心；运转部件有异常声音·轴承磨损；更换轴承；·缺少润滑油；补充润滑油；·回转部件与固定件接触；调整相反位置；·紧固螺钉松动；拧紧螺钉；回转部位过热·缺少润滑油；补充润滑油；·回转部位与非回转部位接触摩察；调整间隙；轴承温升过高·轴承座剧烈振动；重新调整正；·缺少润滑油；补充润滑油；·润滑油变质；更换润滑油；·轴承损环；更换轴承；4、风机叶片损坏的原因及处理叶片损坏原因：叶片安装不当叶片材质缺陷处理方法：重新装配叶片并调整好叶片的角度更换叶片空冷器的检修维护空冷器检修包括哪些主要内容：清扫检查管箱及管束。更换腐蚀严重的管箱丝堵、管箱法兰的联接螺栓及丝堵、法兰垫片。检查修复风筒、百叶窗及喷水设施。处理泄漏的管子。校验安全附件。整体更换管束。对管束进行试压。检查修理轴流风机。空冷器管束的维护注意事项1.检查管束各密封面不得有泄漏现象.如有泄漏时,丝堵式管箱可将丝堵适当拧紧,仍无效果时,应停机更换垫圈或换丝堵（凡需更换垫片或螺接紧固件时,应先停机并将介质防空,然后进行）.2.翅片管端泄漏时,允许将管子重胀.重胀次数不得超过2次,并注意不要过胀.无法用胀接修复时应更换翅片管.作为临时措施,也允许用金属塞堵塞.3.如需到管束表面上检查时,应在翅片管上垫以木板或橡胶板,以免损坏翅片.4.铝翅片如被碰倒时,应用专用工具（扁口钳）扶直.空冷器管束的维护注意事项5.定期清除翅片上的尘垢以减少空气阻力,保持冷却能力.清除方法用压力水或压缩蒸汽冲刷.6.检查管束热偿结构工作是否正常,浮动管箱移动必须灵活,不允许有滞卡现象.7.定期维护时,应用蒸汽及水冲刷管束内部,务必将污垢除净.并应检查腐蚀厚度,其值不应超过规定值（碳钢为3毫米）.检查后重新安装时.应更换丝堵垫片及法兰.8.定期维护时,应在管束外表面（不包括翅片表面）涂一层银粉漆.空冷器管束操作时应注意的事项1.管内介质、温度、压力均应符合设计条件,严禁超压,超温操作.2.管内升压、升温时,应缓慢逐级递升,以免因冲击驟热而损坏设备.3.空冷器正常操作时,应先开启风机,再向管束内通入介质.停止操作时,应先停止向管束内通入介质,后停风机.4.易凝介质于冬季操作时,其程序与3条相反.空冷器管束操作时应注意的事项5.负压操作的空冷器开机时,应先开启抽气器,管内达到规定的真空度时再启动风机,然后通入管内介质,停机时,按相反程序操作.冬季操作时,开启抽气器达到规定真空度后,先通入管内介质,再启动风机,以免管内冻结无法运行.6.停车时,应用低压蒸汽吹扫并排净凝液,以免冻结和腐蚀.7.开车前应将浮动管箱两端的紧定螺钉卸掉,保证浮动管箱在运行过程中可自由移动,以补偿翅片管热胀冷说的变形量.七、空冷器的工艺设计计算及选型

1.确定空冷器设计参数：确定工艺流体的参数，根据气象条件，选取空气进口温度。传热基本方程式

Q=A.U.Ft.△TLm工艺计算步骤概述（采用人工计算）

2.面积估算

2.1.选取空气流经管束的温升；2.2计算传热对数平均温差；2.3.选取传热系数；2.4.估算传热面积。3.结构设计

3.1.选择合理的管子规格；3.2.选择合理的油品流速，从而确定每管程的管子数、管长及管程数；3.3.选择合理的管间距；3.4.在选定管束宽度的情况下，确定管排数及管束宽度；3.5.计算实际换热面积。4.1.计算管内膜传热系数；4.2.选取污垢热阻，计算管壁热阻；4.3.计算管外膜传热系数；4.4.计算总传热系数；4.5.传热面积计算。4.传热面积精算5.阻力计算5.1.空气测阻力计算；5.2.管内侧阻力计算。6.风机选择6.1.根据所需风量选择风机型号和台数；6.2.计算叶片角度、风压、效率及轴功率；6.3.计算电机功率及电机台数。选择计算机软件进行工艺计算应注意一下几方面：

1选择合适的计算软件；2对初选值进行正确的选择，并对计算结果中的参数进行正确判断，以确定计算结果的可靠性、经济性和合理性；3风机的选择应按6条进行；4若计算结果偏离设计要求，应合理调整计算参数，使之达到设计合使用要求。基本参数的选择在进行空冷器工艺设计计算时，比管壳式换热器要考虑更多的因素。由于空冷器要受到大气变化的限制，会遇到一些管壳式换热器不曾遇到的问题，设计人员应在风机的电能消耗与设备原始投资之间寻求一种平衡。热力优化参数每年最低费用或最低投资成本或最低噪声水平是管直径翅片直径管间距管排数管程数管长管束宽空气流量和风机的函数1管排数2迎风面的空气速度3高低翅片的选择4管程数的选用5空气入口温度6空气流量7风机性能参数的选用和计算

1管排数管排数对投资费用及操作费用影响较大。管排数少，传热效果好，所需换热面积略小，但占地面积大，空气温升低，风量就要大，单位换热面积造价高。如果管内介质传热系数小，则管排数应适当增加。管排数过多，对数平均温差降低，传热面积就要增大，同时风机功率也要上升。因此设计时应合理选择。空气温升应不小于20℃。否则应增加管排数。空气的出口温度不能过高，过高则表示空气流量太少，对数平均温差太低，所需换热面积太大，需减少管排数，增加管子长度或增加管束宽度或台数。初选时，按下两表选择：管排数选用表1管排数选用表2类别建议管排数类别建议管排数冷却过程冷凝过程轻碳氢化合物（汽油、煤油）4或6轻碳氢化合物（汽油、煤油）4或6轻柴油4或6水蒸汽4重柴油4或6重整或加氢反应器出口气体6润滑油4或6塔顶冷凝器4或6塔底重质油品4或6烟气6或8汽缸冷却水4热流体温度范围℃总传热系数kcal/m2.h.℃建议管排数△T≤636＜△T≤10

350≤△T≤100＜3005100＜△T≤170＜2006△T＞170＜1508计算后按下图进行判断：

其中：T1为介质进口温度（℃），t1为空气进口温度（℃）

K0为空冷器总传热系数（kcal/m2.h.℃）2迎风面的空气速度

空气在标准状态下，通过迎风面的速度称为标准迎风面速度。在设计中用迎风面风速作为基本参数，比通过管间的实际风速要方便。准迎风面速度按下表进行判断：

项目单位翅片类型管排数468推荐的标准迎风速度UNFm/s（标准状态）2.82.52.3单位迎风面的风量V0/SFNm3/m2.h

1008090008280W0/SFkg/m2.h.℃

12096108009936单位迎风面空气每升高1℃所带走的热kcal/m2.h.℃

312028002570单位光管面积空气每升高1℃所带走的热kcal/m2.h.℃低翅538320222高翅6163682543高低翅片的选择高低翅片的选择是根据管内传热系数的高低来选择的。翅片面积越大，折合到光管的空气膜传热系数也越高。因此，当较高时，采用高翅片对提高总传热系数的效果也越显著。高低翅片的选择按下表：管内膜传热系数kcal/m2.h.℃选用翅片类型＞1800高翅1000~1800高翅或低翅100~1000低翅＜100光管4管程数的选用冷却介质时，在满足阻力降的条件下，应尽量提高介质流速。一般液体流速在0.5～1.5m/s之间，气体质量流速在5～10kg/m2s之间，为使流体处于湍流流动状态，应选择两管程以上以提高管内流速。冷凝介质时，如果对数平均温差的校正系数(Ft)大于0.8，可采用一管程，否则（如含有不凝气时）应考虑采用两管程或多管程以提高管内流速。当工艺要求管内阻力非常小或介质在负压情况下，可采取加大基管直径的方法来降低阻力降。5空气入口温度

应选择当地最热月不保证5天的日平均温度为空气入口温度。（在这种条件下，实际的换热面积应比所需换热面积大25～30％）6空气流量

选择空气流量时应按标准的，在按风机性能曲线当地的夏季最热月的大气压力和空气入口温度校正选择。计算时应考虑迎风面风速和空气侧风机的风压和电机功率。空气侧的阻力降应满足风机性能曲线的要求。7风机性能参数的选用和计算

根据空冷器总体设计和传热计算，以及由此而选定的管束型号和规格，即可给定风机的需用风量(Nm3/h)和风压(mmH2O)，在选定择风机型号、规格和台数，按上述需用风量及风压，选用风机工况点的各项运行参数——转速、叶片角度效率及轴功率，进而计算出电机的额定功率。7.1基本概念风机的全风压H——空气通过空冷器时的总静压与风机出口动压降之和。mmH2OH=△P’st+△PDmmH2O管束的静压降△Pst——空气通过管束的压力降。mmH2O按下图查找、计算风机的总静压△P’st——除空气通过管束的压力降外，尚应考虑吸入、排出时气流收缩、扩大、以及空气在空冷器风箱内转折和结构局部阻力的影响。mmH2O

△P’st=1.1~1.2△Pst

风机动压△PD——风机出口的压力降。mmH2O

风机性能曲线——表示某种叶片（型）的风机在标准状态下的某一转速的风量与风压，风量、叶片角度及功率关系的曲线。

计算值的修正——由于风机转速不同，各地海拔高度