空气冷却器基础课件

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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 1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；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 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

2、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。 4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

3、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。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，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、

4、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；管束不易太长，否则其刚度下降。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水平放置

5、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。 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

6、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。 9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

7、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。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

8、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。 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

9、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，易产生露点腐蚀。因采用光管，流动阻力较低。 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

10、较差。在湿空冷时寿命较短。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（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。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

11、旋槽中，同时将槽中挤出的金属用滚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。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（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。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

12、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。 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

13、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。19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

14、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。20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

15、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。 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 （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。（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。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

16、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。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- -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 424第三

17、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25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 2.74 2.54 2.44 2.8 2.5 2.3 3.15 3.0 2.83 2.75 2.58 2.526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 12002

18、000 高翅或低翅 1201200 低翅 120 光管27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。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： 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： 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 自然通风条件：自然通风的风速一般低于1m/s，而低风速下

19、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 30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：2300Re15000（ua1.0m/s） 膜传热系数： 流动阻力：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。

20、流动阻力：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：33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：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

21、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。 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/kg即可。 36第三章 空气冷却器四、强制通风的风机功率全风压：全风压：总静压力降与风机出口动压力降之和 全风压 总静压 动压力降 电机功率风机轴功率 风压系数 风量系数37第三章 空气冷却器四、强制通风的风机功率 B B型四叶片风机特性曲线型四叶片风机特性曲线 38第三章 空气冷却器四、强制通风的风机功率 B B型六叶片风机特性曲线型六叶片风机特性曲线 39第三章 空气冷却器四、强制通风的风机功率 W W型四叶片风机特性曲线型四叶片风机特性曲线 40第三章 空气冷却器四、强制通风的风机功率动力消耗：当风机的风量自调节时，先算出气温在35时的电机功率N0，其轴功率为3N0（3为电机效率，其值应介于0.860.92之间）；按照当地的年平均气温tm,并按图查出tm时的相对功率X。 当风机的风量不能调节时， 每年的实际消耗的轴功率 由下式计算： 41第三章 空气冷却器五、自然通风的风筒高度风筒高度计算风筒的顶部直径 42