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1、天然气压缩机后空冷器的基本结构和选择空冷器主要由以下部分组成（如图一）：1、换热管束2、空气驱动装置，如风扇或鼓风机等。3、风扇或鼓风机等的动力装置4、空气驱动装置与换热管束之间的风道。5、支撑结构。6、维护管汇和风扇的走道、梯子（可选）。7、控制排气温度的导向栅板（可选）。8、控制温度和节省能量的可调风扇轮毂（可选）。换热管束由换热管、支架、管汇、框架组成（如图二）。通常采用翅片形式 来扩大换热管与空气的换热面积，以补偿大气压下空气的低导热系数和风扇在合 理能耗下的低转速。翅片通常为铝制，导热性好、制造成本低，它与换热管的连 接主要有三种形式（如图三）：1、挤压成型先将铝管紧密套在换热管上成
2、为一整体，然后利用机械模具挤压外层铝套管形成翅片。2、嵌入缠绕先在换热管外壁刻出螺旋槽纹，然后将铝片螺旋缠绕嵌入沟槽，同时挤压沟槽边缘嵌紧铝翅片根部。3、直接缠绕将铝片直接螺旋缠绕在换热管上，并使根部平折紧贴换热管。为了提高换热效率，有时将翅片边缘切成齿状，但它会增加空气的流动压差 和动力消耗。散热翅片的选择非常关键，它取决于成本、操作温度和大气条件。不同的类 型有不同的热传导和流动压差特征。挤压成型翅片可以保护换热管避免大气腐 蚀，在空冷器整个使用期内保持恒定的传热效率，特别适用于温度高达 600 oF 的场合。嵌入缠绕翅片也能始终保持预定的传热效率，适用于温度高于 600 oF 低于750
3、 F的场合。直接缠绕翅片适用于温度低于250 oF的场合，但是随时间 推移翅片与换热管的连接会松弛，传热效率就难以预测，建议对直接缠绕翅片的 传热效率给予折减，以弥补这种缺陷。实践中最经济的做法是按若干标准设计来 制造翅片换热管。换热管长度一般6-60英尺，直径5/86英寸，最常用的是 1英寸。翅片高度5/16-1英寸，厚度0.01 -0.035英寸，每英寸换热管长缠绕 7- 11 圈，翅片扩大的面积与换热管表面积之比为 7:1 - 25:1 。管束通常安排成 矩形，由2 - 1 0排翅片换热管组成，特殊情况下可以多达30排。换热管端部成 三角排列，中心距为 2- 2.5 倍管径，管束间空气流
4、动的净面积为平面面积的 50%。在实践可行的范围内，换热管越长、排数月多，则平面单位面积内的传热 表面的成本就越低。空冷器通常都采用轴流风扇，有鼓风式和引风式两种。为了防止机械故障和 便于控制，一组管束通常都 7:1 配两台风扇。均匀分布流过管束的空气对保持预 定的、一致的热传递至关重要，通过保持足够的风扇覆盖面积和足够的横跨管束 静压损来实现这一点。好的做法是保持风扇投影面积至少等于管束投影面积的 40%，横跨管束的静压损至少是风扇外环罩处动压损的 3.5 倍。对于双风扇的空 冷器一般假定换热管长度与管束宽度之比为 3-3.5，管束至少4 排，空气流通净面积是管束投影面积的50%。风扇直径范
5、围3-60英尺，可以有2-20个叶 片，材质可以是木、钢、铝、玻璃纤维强化塑料，可以是空心也可以是实心，空 心叶片目前最受欢迎。叶片边缘可以是直线也可以是曲线，靠近中心翼弦最宽、 至顶部逐渐变窄并略微扭曲的形状效率最高。变窄并扭曲是为了均衡靠近中心处 叶片较低的速度，以产生一种均匀有效的空气速度剖面。除了直径小于5英尺的 风扇外，大多数空冷器叶片角度都是可调的。可调叶片有两种，一种是手调，一 种是在运行中自动调节，大多数自动调节叶片都是通过气动膜片推动轮毂中的弹 簧来进行的。风道是为在风扇与管束间提供平稳气流的闭合空间，它可以是直箱式也可以 是斜箱式，斜箱式对通过管束的气流分配较好，但是只适用
6、于引风式，因为在斜 箱上悬挂鼓风式机械存在结构困难。风扇可以由电机、内燃机或液压马达驱动，最普遍的是电机。在无电源时有 时会选用液压马达，它也可以进行变速控制但效率较低。最普遍的变速器是大扭 矩正向皮带轮。在 50-60 马力的电机、风扇直径至18 英尺的场合，通常用调 速皮带齿，中小尺寸的风扇用 V 型皮带轮，对于非常大的电机和大直径风扇则 用齿轮箱。从机械原因考虑，翼尖速度不应超过12000英尺/分，为了降低噪声 速度还应进一步减少。有时是通过变频来控制电机和风扇转速。支撑结构包括柱、拉杆、横梁，将换热器架在足够高度上，保证空气从下部 以较低的速度进入而不妨碍风扇运转，同时防止热空气重新吸
7、入。空冷器的结构 设计应当考虑相应的风、雪、地震、配管、及静、动荷载。引风式和鼓风式空冷器的比较一、引风式优点：1、管束间空气流分布较好。2、热空气重新吸入的可能性小，热空气排放速度是冷空气进入速度的2.5 倍即 1500 英尺/分.3、由于风道覆盖了 60%的管束面积，降低了阳光、雨、冰雹等的影响，控制性 和稳定性都更好。4、由于风道的自然抽吸作用更大，增加了风扇停止或失效条件下的换热能力。 缺点：1、如果排放空气很热时，需求更多的马力。2、热空气温度应当限制在220 oF以防止叶片、轴承或其他机械设备损坏。当 被冷却介质进口温度高于350 oF时应当考虑鼓风式空冷器，因为当风扇停止 或空气
8、流量低时，排放空气温度会很高。3、风扇维护不方便，而且由于自然换热作用会使维护工作在热空气中进行。4、更换管束时需要拆除风道。二、鼓风式优点：1、当排放空气很热时需要较小的功率，功率与排气绝对温度相反变化。2、便于风扇或轴承的维修。3、便于更换换热管束。4、适用于被冷却介质有较高的进口温度。缺点：1、管束间空气流分布不均匀。2、由于热空气排放速度低、风扇翼尖进气速度高、无抽吸作用等原因，增加了 热空气再循环的可能性。3、在风扇故障条件下自然抽风能力低。4、翅片换热管完全暴露在阳光、雨、冰雹之下，控制性和稳定性都差。在空冷器的热力设计中应当考虑许多因素，投资、年运行费用、噪声值是换 热管直径、翅
9、片直径、FPI、换热管角度、长度、排数、管束宽度、每套装置的 管束数、介质通过次数、空气流量和风扇叶片数的函数。空冷器面对不断变化的 各种气候条件，由此产生各种各样的问题，设计人员必须在运行费用和初始的设 备投资之间寻求经济平衡点。首先必须确定设计采用哪种环境温度，空气流通量 和排放温度在开始时是未知的，它可以在设计过程中通过变化管排数继尔变化管 束投影面积来改变，在投资和运行费用之间一定有一个最优答案。空冷器也使用管壳式换热器的基本公式即福里尔（Fourier）公式：mean式中(T-t)mean= CMTD = L MTDF(T -t2 )-(T2-tx ) FInF是对流流体对数平均温度
10、差的修正因子。空冷器中空气自下而上没有混合地流过管束，被冷却介质可以按安排的通道前后上下流动，当有4个或更多的向下通道时，认为流动是对流，F取1 ,对于1、2、3个通道的修正参数见图911。显然开始时面积、总传热系数和空气排放温度是未知的，传统的设计方法是 对 CMTD 和传热系数进行叠代试算直至面积对二者都满足。特别是假定空气的 温升计算出CMTD，假定总传热系数选择所需面积换热器的尺寸，采用相应的 投影面速度计算排放空气温度，重复这一过程，直至假定的排放空气温度与计算 值相符。然后计算各独立的传热系数和总传热系数重复全过程直至计算的U” 和 CMTD 与假定值充分接近。但是，还有另外一种可
11、以减少试算的方法，它只试算管程膜传热系数。下面 讨论凯和伦敦在小型热交换器中叙述的 Ntu 方法，它适用于空冷器。下述定义基 于小型热交换器：1、 热流体比热=Ch =Ctube=( Mcp)tube=Q/( Ti - T2)2、冷流体比热=Cc =Cair= ( Mcp ) air=Q/( t2 - t1 )3、热单元数=Ntu=AU/Cmin4、比热比=R= Cmin/ Cmax5、空冷器传热系数=E= Ch ( Ti - T2)/( Cmin (Ti - ti)= Cc( t2- t1) /( Cmin( T1- t1)其余符号定义见第2页。空气流量按换热器有效宽度和长度乘积每分钟标准
12、立方英尺定义(scfm ),而表面流速(FV )是每分钟标准英尺。对于任何空冷器， 在设计阶段由于空气质量流量未知，不必明确空气侧或管程侧应当具有最小比 热。下述两种工况将概括两种设计条件。工况 1 : C =C = Cmin air cold1、按定义 4 , R= Cmin/ Cmax = Cair/ Chot = scfm1-08/(Q/( Ti - T2)=FVLW1.08/(Q/( T1 - T2)=FVLW1.08(T1 - T2)/ Q注:1.08=0.075lb/ft360min/hr024Btu/(lboF)2、 按定义 5 并代入 Cair/ Chot，E= Ch ( T1
13、 - T2)/(Cmin(T1- tj)=Q/( FVLW1.08( T1 - t1 )3、 式 1、式 2 相乘,ER= FVLW1.08(T1 - T2)/ Q( Q/( FVLW1.08( T1-t1) ) =( T1- T2) /( T1- t1)令( T1- T2) /( T1- t1) =Z ，则对工况1 ，Z=ER按定义 3 , Ntu= AU/Cmin= AU/Cair= nNaWLU/ ( 1.08WLFV )=nNa / ( 1.08F(ri + rair + rf+ rm)令 k= nNa / ( 1.08F(ri + rair + rf + rm)对工况 1 ， k=
14、Ntu以ER和Ntu为坐标，R为参数，对工况1绘曲线，已知Z=ER和k= Ntu可在图中得出R。由公式1 :R= FVLW1.08(T1 - T2)/ QW=QR/ ( 1.08FVL(T1 - T2)t2=( T1- T2) /R+ t1工况 2： C =C = Cmin tube hot按定义5， E= Ch(T1- T2) /(Cmin(T1- t1)=( T1- T2) /( T1- t1) =Z按定义 4 , R= Cmin/ Cmax= Chot / Cair = SCfm1，08/(Q/( J - T=Q / ( FVLW1.08(T1 - T2)Ntu= nNaWL / (+
15、缶+ *+ 口)/( J - TJRNtu= nNa / ( 1.08FV(ri + rair + rf + rm)对工况2 , k= RNtu工况1 或工况2 的选择原则以ER和Ntu为坐标，R为参数，可绘出与工况1相同的曲线，对两种工 况，R=1。对R=1线以上的R值：W= Q / ( 1.08R ( T1 - T2)FVL )t2= R，( T1 - T2) +t1对 R=1 线以下的 R 值：W= Q R / ( 1.08(T1 - T2)FVL )t2= ( T1- T2)/ R+ t1可以看出，E、Ntu和R可以与任何流动安排相关，对于对流，表达式为：E= ( 1 - e-Ntu( 1 - r)/ ( 1 - Re-Ntu(1 - r)图12 15是为下述工况绘制的相关变量的曲线：1 、冷热流体不混合的横向流动(单行程空冷器，图 12)。2、双行程对流、冷热流体在每一行程不混合，但热流体在行程间混合的横向流动(双行程空冷器，图 13)。3、三行程对流、冷热流体在每一行程不混合，但热流体在行程间混合的横向流动(三行程空冷器，图 1
