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1、空冷式换热器,一、概述,1. 空冷器的发展概况,2. 空冷方式与水冷方式的优缺点比较,1. 空冷器的发展概况,空冷式换热器，简称空冷器，它是以环境空气作为冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积强化管外传热，靠空气横掠翅片管管束后的空气温升带走管内热负荷，达到冷凝、冷却管内热流体的目的。在炼油、化工行业中空冷器是主要的工艺设备之一，故其研究倍受重视，从其设计、制造、结构改进到其传热机理的研究与实验一直都在进行。 本来水是最理想的冷却介质，所以传统的工业冷却系统都是水冷。但自二十世纪四十年代以来，随着工业，特别是炼油、化工、动力冶金工业的发展，工业用水量急剧增加，出现了水供应不足，而且人们对保护环境、防
2、止工业用水对江河湖海污染的呼声日益高涨，同时由于能源日益短缺，要求最大限度地节约能源。鉴于这些原因，迫切要求开发新的冷却介质和冷却设备。取之不尽、用之不竭的空气就自然受到了人们的重视。,在一个相当长的时期内，空冷器未受重视的原因，主要是空气热焓值太低，其比热为0.24千卡/公斤，仅为水的1/4，因此在相同冷却热负荷下，需要的空气量将是水的4倍。而且空气的密度、给热系数又远比水小，所以若用常规的传热元件，空冷器的体积势必比水冷器大的多。又由于大气温度随气候、季节、昼夜变化大，被冷介质的出口温度不易控制。所以直到二十世纪二十年代，才出现第一台空冷器。这台空冷器安装在美国西部一个炼油厂，作为排汽冷凝
3、器。它采用立式布置管束，自然通风。1930年开始用单面立式和卧式布置的翅片管管束，并用风机驱动空气，这一发展可以说是空冷技术发展史上的一次突破。在二十世纪五十年代以前工业装置上空冷器都是干空冷，结构型式和操作经验很不完善。以后为了提高冷却性能、扩大适用范围，从多方面进行了改进。例如：,为了适应高气温要求，发展了湿式空冷器，干、湿联合空冷； 为了适应低气温与高粘、易凝流体的冷却，设计出了内、外热风再循环、自调百叶窗、加热蒸汽盘管、纵向内翅片管等等； 为精确控制工艺介质的出口温度和节约动力消耗，发展了自调倾角风机、自动调速风机、变频电机等等； 为了适应各种操作温度和压力，研制出了多种结构型式的管束
4、和管箱，如水平式、斜顶式、立式管束，丝堵式、可卸盖板式、可卸帽盖式、集合管式、分解式管箱； 为了提高传热效率、耐腐蚀性能、降低功率损耗，出现了数十种不同类型的翅片管，如I型简单绕片管、L型绕片管、LL型绕片管、滚花型绕片管、镶嵌式翅片管、双金属轧制翅片管、椭圆翅片管、开槽翅片管等等； 为了降低噪声，提高风机效能，发展了各种风机叶型和传动型式，如R型、B型玻璃钢叶片，铸铝叶片、铝合金叶片、V带传动、同步带传动、齿轮减速器传动、电动机直接传动等等。,总之，随着空冷器应用范围的扩大，其技术不断提高，结构型式日益完善。 目前空冷器使用的场合很广，除炼油厂、石油化工厂大量使用外，在液化天然气、液化石油气
5、、煤的液化、煤气管道、火力发电、柴油机发电、海洋工程、原子能工程以及城市垃圾处理等装置中都在使用。 我国自1964年研制成功空冷器以来，在炼油厂和石油化工厂迅速得到应用，从轻油到重油、渣油，从正压到负压，从炎热的南方到严寒的北方，从水源充足的地区到缺水地区，都已成功地使用了空冷器。 1） 在炼油工业中的应用 空冷器最早应用在炼油工业。1948年美国TEXCO CORPUS CHRIST炼厂首先以空冷器取代了水冷，即出现了所谓全空冷炼厂。五十年代末期，英国的WHIFEGATE炼厂和DOLYTON炼厂均以空冷取代了水冷。1971年加拿大建的土坡角炼厂和比利时建的费芦炼厂也以空冷取代了水冷。大量使用
6、空冷器后，炼厂用水量大幅度下降，使每加工一吨原油耗水量从几吨、甚至十几吨降到了一吨以下。,2） 在化学工业中的应用 空冷器特别适用于各种化工产品的冷却。在合成氨、合成醇、氯化物、聚氯乙稀、烷基苯、化纤以及酸、糠醛等有机分馏工艺装置中均有大量用例。对于遇水易爆、易溶的有毒介质，采用空冷尤为合适。 3） 在动力工业中的应用 国外电站空冷已有40多年历史，目前仍在继续发展。火力发电站改为空冷一般可节水90%以上。 4） 在冶金工业中的应用 空冷技术在冶金工业中的应用也比较成熟，主要用于高炉、平炉、金属炉循环水的冷却。 5） 在原子能工业中的应用 在原子能工业中新的用例是在快速反应堆的芯部，冷却循环液
7、态金属钠。在此用空冷器的优点是一旦发生熔融的盐或金属从工艺侧泄漏，不至发生危险性反应。,2.空冷方式与水冷方式 的优缺点比较,1）空冷与水冷优点的比较 空冷的最大优点就是操作费用低，节约用水，对环境没有污染，但占地面积大，投资多，有时使用受到限制；水冷的最大优点是结构紧凑、安装费用低，但操作费用高，对环境污染严重。 2）空冷器与节能的关系 空冷器一般是把高温工艺介质的热量散入大气中（空冷预热器类型除外），无助于节能，但从冷却观点看，空冷器比水冷器耗用动力要少的多，有助于节能，是节能设备。 实践证明空冷器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，还较安全可靠，与水冷相比，还具有更长
8、的使用寿命，因此发展空冷器技术和设备即是节水、保护环境的要求，也是节能的要求。,空冷与水冷相比的优点,空冷的优点 1对环境没有热污染和化学污染； 2空气可随意取得，不需任何辅 助设备和 费用； 3选厂址不受限制； 4空气腐蚀性小，不需要除垢和清洗，使用寿命长； 5空气的压降仅有1020毫米，故空气的操作费用低； 6空冷系统的维护费用，一般情况下仅为水冷系统的2030%； 7一旦风机电源切断，仍有3040%的自然冷却能力。,水冷的缺点 1对环境污染严重; 2冷却水往往受水源限制，需设置管线和泵站等设施； 3特别对较大的厂，选厂址时必须考虑有充足的水源； 4水腐蚀性强，需要进行处理，以防结垢和脏物
9、的淤积； 5循环水压高（取决于冷却器和冷水塔的相对位置）， 故水冷能耗高； 6由于水冷设备多，易于结垢，在温暖气候条件下还易生长微生附于冷却器表面，常常需要停工清洗； 7电源一断，即要全部停产。,水冷与空冷相比的优点,水冷的优点 1水冷通常能使工艺流体冷却到低于空气温度23，且循环水在水塔中可被冷却到接近环境湿球温度； 2水冷对环境温度变化不敏感； 3水冷器结构紧凑，其冷却面积比空冷器冷却面积要大的多； 4水冷器可以设置在其他设备之间，如管线下面； 5用一般列管式换热器即可满足要求； 6无噪声。,空冷的缺点 1由于空气比热小，且冷却效果取决与干球温度，通常不能把工艺流体冷却到环境温度； 2大气
10、温度波动大，风、雨、阳光，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由于空气侧膜传热系数低，故空冷器的要小的多； 4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要求用特殊工艺制造的翅片管和风机； 6有一定的噪声。,二、普通空冷器的组成与结构,1.基本组成 2.基本结构 3.普通空冷器型号的表示方法,图1 鼓风式空冷器,图2 引风式空冷器,（a）丝堵式管箱的管束,图3 管束及管箱的典型结构,（b）可卸盖板式管箱的管束,c)可卸帽盖式管箱的管束 d)集合管式管箱的管束,图4 典型的传动机构,图5 百叶窗的典型结构,3. 普通空冷器型号的表示方法,1）
11、 管束 a. 型式与代号见表1 表1,b. 管束型号表示方法,管程数 翅化比/翅片管型式 设计压力Mpa,管箱型式 管束换热面积 m2 管排数 管束公称尺寸:长宽m 管束型式,c. 示例, 鼓风式水平管束：长9m、宽2m、6排管；基管换热面积140m2；设计压力为4Mpa；可卸盖板式管箱；镶嵌式翅片管，翅化比17.3；管程的管束型号为： GP9261404K117.3/G 斜顶管束：长4.5m、宽3m、4排管；基管换热面积63.6m2；设计压力为1.6Mpa；丝堵式管箱；双LL型翅片管，翅化比23.0；管程的管束型号为： X4.53463.61.6S23.0/LL,2） 风机,a. 型式与代号
12、见表2 表2,b. 风机型号表示方法,电动机功率，kW 风机传动方式 叶片数 叶片型式 叶轮直径102mm 风量调节方式 通风方式,c. 示例, 鼓风式；停机手动调角风机、直径2400 mm、B型玻璃钢叶片、叶片数4个；悬挂式电机轴朝上V带传动、电动机功率18.5 kW的风机型号为： GTF24B4VS18.5 引风式；自动调角风机、直径3000 mm、R型玻璃钢叶片、叶片数6个；带支架的直角齿轮传动、电动机功率15 kW的风机型号为： YZFJ30R6C15,3) 构架,a. 型式与代号见表3 表3,b.构架型号表示方法,风箱型式 风机直径102mm/台数 构架公称尺寸长宽 （对斜顶式构架为
13、长宽 斜边长）m，开（闭）型式 构架型式,c. 示例, 鼓风式空冷器水平构架、长9m、宽4m；风机直径3600mm、2台、方箱型风箱；闭式构架型号为： GJP94B36/2F 鼓风式空冷器斜顶构架、长5m、宽6m；风机直径4500mm、1台、过渡锥型风箱；闭式构架型号为： JX564.5/B45/1Z,4) 百叶窗,a. 型式与代号：手动调节代号SC；自动调节代号ZC（见图 5）。 a. 百叶窗型号表示方法 公称尺寸，长宽，m 调节方式 b. 示例 手动调节百叶窗，长9m、宽3m，其型号为： SC93 自动调节百叶窗，长6m、宽2m，其型号为： ZC62,5) 空冷器型号的表示方法,百叶窗型式
14、，公称尺寸/台数 构架型式，公称尺寸，开（闭）型式/台数 风机型式，叶轮直径102mm/台数 管束型式，公称尺寸/片数,示例： 鼓风式空冷器 鼓风式空冷器、水平式管束、长宽为9m3m、4片；停机手动调角风机、直径3600mm、4台；水平式构架、长宽为9m6m；一跨闭式构架，一跨开式构架；手动调节百叶窗、4台、长宽为9m6m的空冷器型号为： GJP96B/1 GP93/4TF36/4 SC93/4 GJP96K/1 引风式空冷器 引风式空冷器、水平式管束、长宽为9m3m、2片；自动调角风机、直径3600mm、1台,停机手动调角风机、直径3600mm、1台；水平式构架、长宽为9m6m；一跨闭式构架
15、；自动调节百叶窗、长宽为9m3m、2台的空冷器型号为： ZFJ36/1 YP93/2 YJP96B/1ZC93/2 TF36/1,三、空冷器的分类,1、管束布置方式 2、通风方式 3、冷却方式,1、管束布置方式,空冷器按管束布置方式分为：水平式、斜顶式、立式等 （1）水平式空冷器：管束为水平布置，其特点是管子布置清晰、整齐，适于多单元组合，传热面积、管束长度不受限制，管内热流体和管外空气分布比较均匀，结构简单，安装方便，是炼油厂和石油化工厂中应用最多的空冷器，但其占地面积较大、管内压降较大。 （2）斜顶式空冷器：管束斜放呈人字形，夹角一般在60左右，风机置于管束下方空间的中央。其特点是占地面积小（比水平式少4050%），结构紧凑、管内压降较小，但管内介质和管外空气分布不够均匀，热空气容易形成较严重的热风循环，结构复杂，成本也较高，一般多用作炼厂减压塔顶冷凝器，与立式管束配合用于干、湿联合空冷。 （3）立式空冷器：管束立放，其特点是结构紧凑、占地面积小，但管束中空气分布不均匀，易受外界自然风的干扰，结构复杂，多用于湿空冷和干湿联合空冷。,2、通风方式,空冷器按通风方式分为：鼓风式、引风式、自然通风式 （1）鼓
