空冷器毕业设计--无相变流体空冷器设计（含cad图纸）

四川理工学院毕业设计（论文）无相变流体空冷器设计学生李涛学号08011010311专业过程装备与控制工程班级20083指导教师项勇林海波四川理工学院机械工程学院二O一二年六月四川理工学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目无相变流体空冷器设计学院机械工程专业过程装备与控制工程班级20083学号08011010311学生李涛指导教师项勇、林海波接受任务时间20111210系主任（签名）院长（签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求设计说明书根据给定的条件设计空冷器，包括总体设计，工艺计算及设计选型，主要零部件结构设计和强度计算。设计条件介质航煤，馏程130230，质量流量230KG/H进口温度165,出口温度55,入口压力02MPA,允许压降60KPA,管内结垢热阻000017,介质物性相对密度相对密度,特性因数W/M276024,黏度,空气设计温度35,1FSA1038315SA17035空气设计最低温度10,空气侧污垢热阻,海拔高度50W/M5ORM图纸要求空冷器总装布置图1张，空冷器零部件图3张。2指定查阅的主要参考文献及说明GB/T153861994空冷式换热器赖周平,张荣克空气冷却器北京中国石化出版社,20101马义伟空冷器设计与应用哈尔滨工业大学出版社，19983进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1资料收集，阅读文献，完成开题报告20120227至201203222完成所有结构设计和设计计算工作20120324至201204263完成所有图纸绘制20120427至201205274完成设计说明书20120528至20120601摘要换热器是工业上常用设备之一，随着全球水资源的短缺和人们对保护环境的要求越来越高，发展空冷技术和设备才能满足节水、保护环境和节能的要求，空冷器就是利用空冷技术研制的一种工业生产的重要设备。本文对空冷器的基本组成如管束、构架、风机等部件作了介绍，然后根据给定条件选择了干式空冷器进行设计，包括传热面积计算、传热系数计算、选型设计等，同时对部分零部件进行了结构设计和强度校核。关键词空冷器；干式空冷器；选型设计；工艺计算5完成图纸和说明书的修改，准备毕业答辩20120602至20120613ABSTRACTHEATEXCHANGERISUSEDONEOFINDUSTRIALEQUIPMENT,WITHTHEGLOBALOFTHESHORTAGEOFWATERRESOURCESANDPEOPLETOPROTECTTHEENVIRONMENTANDTALLERTOTHEREQUIREMENTOF,DEVELOPMENTOFAIRCOOLINGTECHNOLOGYANDEQUIPMENTTOMEETTHEWATERSAVING,ENVIRONMENTALPROTECTIONANDENERGYSAVINGREQUIREMENTS,AIRCONDENSERISTHEUSEOFAIRCOOLINGTECHNOLOGYDEVELOPEDAKINDOFINDUSTRIALPRODUCTIONIMPORTANTEQUIPMENTINTHISPAPERTHEBASICCOMPONENTOFAIRCONDENSERASBUNDLE,STRUCTURE,FANS,ETCPARTSAREINTRODUCEDINTHISPAPERTHENACCORDINGTOTHEGIVENCONDITIONSELECTINGTHEDRYAIRCOOLEDHEATEXCHANGERDESIGN,INCLUDINGHEATTRANSFERAREACOMPUTATION,HEATTRANSFERCOEFFICIENTCALCULATION,TYPEDESIGNETC,ANDTOSOMEOFTHEPARTSWERESTRUCTUREDESIGNANDINTENSITYKEYWORDSAIRCOOLERDRYAIRCOOLEDHEATEXCHANGERTYPESELECTIONDESIGNPROCESSCALCULATION目录摘要ABSTRACT第一章绪论111空冷器的发展简介112空冷器的基本结构213空冷器的分类314空冷与水冷的比较4第二章空冷器的总体设计621设计条件622总体设计应考虑的事项623冷却方式724空冷器的工艺流程725空冷器的结构型式1026空冷器的通风方式1127空冷器的平面布置1228空冷器的调节方式13第三章空冷器的方案计算及选型设计1531热负荷计算1432空冷器的方案计算1533选型设计16第四章空冷器的详细工艺计算1941管内膜传热系数计算1942风量和空气出口温度计算2043翅片膜传热系数的计算2044管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正2145各项热阻的计算和选取及总传热系数计算2246传热温差和传热面积计算2247管内阻力计算和管外空气阻力2348风机功率的计算2449风机的过冬计算和风机的噪音估算25第五章空冷器主要部件设计及强度计算2651管箱设计条件2652管箱筒体厚度的计算2753螺栓的选用2854管板厚度计算和法兰厚度的选取2955翅片管选取3156配管3257其它附件33结论37参考文献38致谢39第一章绪论11空冷器的发展简介空冷器，是利用空气作为冷却介质将工艺介质（热流）冷却到所需要的温度（终冷温度）的设备。一般来说工业上低于120的介质的热量回收代价比较昂贵；或因热源的分散性和间歇性尔难以综合利用，这部份热量多用水冷器取走，或用空冷器排放到大气中。普通空冷式换热器是以环境空气为冷却介质横掠翅片管外，使管内高温流体得到冷却或冷凝的设备。其名称有多种，如翅片风机式换热器、空冷式翅片换热器、翅片管式空冷换热器等，也称“空气冷却器”或“空冷式换热器”，“空冷式热交换器”，简称“空冷器”。传统的工业冷却系统都是用水作冷却介质，自20世纪20年代以来，空冷渐被人们重视，在一些领域中水冷逐渐被空冷取代。这一转变的主要原因有以下五个方面随着工业，特别是炼油、石油化工、冶金、电力工业的发展，用水量急剧增加，出现了大面积缺水的问题。人们对保护环境，防止和减少工业用水对江、河、湖、海污染的要求愈来愈高。能源日益短缺，要求最大限度地节约能源。装置大型化要求水的用量日益增多。空冷技术的发展可部分或全部代替水冷。用空气作为冷却介质，其来源没有问题，但空气的热焓太低，其比热仅为水的四分之一，因此在相同冷却热负荷下，需要的空气量将是水J105KKG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，空冷器的体积势必会比水冷器大得多。又由于大气温度随气象、季节、昼夜变化大，被冷介质的出口温度也不易控制。所以直到20世纪20年代末，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，大约到1935年前后，具有现代雏型的水平布置管束的引风式和鼓风式空冷器投入工业运转。在20世纪40年代，为了节省占地面积出现了形、圆环形、多角形和“之”字形等结构。但当时这些结构都存在着管束出口的热风向入口循环等问题。在20世纪50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都很不完善。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，如为了适应高气温的要求发展了湿式空冷；为了减小占地面积发展了干、湿联合空冷；为了提高传热效率，增强空冷器的适用性发展了蒸发式空冷、板式空冷；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，电加热，内翅片管等；为了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，变频自动调速风机等；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和管箱；为了提高管束的传热效率及耐腐蚀性能、降低风机功率损耗，研制开发了数十种不同类型的翅片管；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。随着空冷器应用范围的扩大，其技术不断提高，结构型式日趋多样和完善。12空冷器的基本结构空冷器的基本结构型式如图11所示。主要由管束、风机、构架、百叶窗和梯子平台等五个基本部件组成。1管束它是传热的基本部件，由翅片管、管箱、侧梁和支架构成一个整体，被冷却和被冷凝的介质在翅片管内通过时，它的热量被管外流动的空气所带走，管内的介质得到冷却或冷凝。2风机图11空冷器的基本结构用来驱动空气通过管束，带走被冷却介质的热量，从而促使热介质冷却或冷凝。空冷器采用的是轴流风机。3构架它是由钢结构框架和风筒构成，通过它支承管束和风机，并使空气按一定的方向流动。4百叶窗主要用来控制空气的流动方向或流量的大小，此外也可以用于对翅片管的防护，如防止雨、雪、冰雹的袭击和烈日的照晒等。它由可以转动的一组或几组叶片、框架和叶片传动机构组成。5梯子平台它的作用是为空冷器的操作和检修提供方便。13空冷器的分类空气冷却器的分类根据分类方法的不同可以有以下几种类型。按管束的布置方式可分为立式、水平式、斜顶式、V型多边形等；按通风方式可分为鼓风式、引风式和自然通风式；按冷却方式可分为干式空冷器、湿式空冷器（包括增湿型、喷雾蒸发型、湿面型）、联合型空冷器等；按防寒方式可分为热风内循环式、热风外循环式、蒸汽伴热式；按压力等级可分为高压空冷器和中、低压空冷器APN01。APN01图12示出最常用的鼓风式、引凤式和斜顶式空冷器示意。ABC图12鼓风式（A）、引风式（B）和斜顶式空冷器（C）示意水平式空冷器的特点是管束为水平放置，但作冷凝器时，为防止冷凝液停留在管子内，管子有3或1的倾斜。管束长度不受限制，管内热流体和管外空气分布比较均匀。适于多单元组合，适用于场地宽敞和新建的炼油厂。斜顶式空冷器的特点是管束斜放呈人字形，夹角一般在60；占地面积小，为水平式的40左右；结构紧凑；管内介质和管外空气分布不够均匀，易形成热风再循环；建造成本高。它适合于联合式空冷器、干湿联合型空冷器，适用于老厂改造和场地较小的情况，特别适用于电站汽轮机空冷凝汽器。湿式空冷器的三种结构型式示于图13。14空冷与水冷的比较水冷和空冷是目前工业装置中最重要的两种冷却方式。这两种冷却方式各有优点和不足，选用时要视具体情况。如果冷却水供应困难，又要求严格控制环境的污染，自然选用空冷器；如果厂地面积、空间都受到限制，水源也无问题，也就只有选用结构紧凑的水冷器。但在一般情况下需作全面比较，因为影响因素比较复杂。有关专家已作了许多分析和比较，一般都认为空冷优点多于水冷，所以即使在水源比较充足的地方，也推荐采用空冷。空冷的最大优点就是节水效果好，对环境污染小，操作费用低，缺点是占地面积（或空间）大，一次性投资多，受到介质温度、环境温度的限制；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，具体比较（A）增湿型（B）喷淋蒸发型（C）湿面型图13湿式空冷器的三种结构型式1管束；2热流体入口；3空气入口；4循环水泵；5排水管6供水管；7挡水板；8阀门；9热空气出口；10热流体出口如表11和表12所示。在对两种冷却方式的经济性讨论中，国内外学者都发表过许多对比分析资料，德国有人通过实例对比指出，虽然空冷器比套管式水冷器投资高，但总的看还是比较经济。如把90有机液冷却到40（热负荷1136W），空610冷器投资在低压范围内高34倍，在高压范围内（如325）约高A2530（因为高压空冷器用的管子直径较小，壁厚不必增加太多，材料费相应增加较少），但水冷器的管理费是空冷器的2倍，水费是空冷的6倍。对于冷凝过程二者的总费用大致相同。空冷的优点水冷的缺点1对环境污染小；2空气可随意取得；3选厂址不受限制；4空气腐蚀性小，设备使用寿命长；5空气侧的压降小，操作费用低；6冷系统的维护费用，一般情况下仅为水冷系统的2030；7一旦风机电源被切断，仍有3040的自然冷却能力；8无二次水冷却问题。1对环境污染严重；2冷却水往往受水源限制，需要设置管线和泵站等设施；3特别对较大的工厂和装置，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，以防结垢和杂质的淤积；5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物，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。水冷的优点空冷的缺点表11空冷与水冷相比的优点表12水冷与空冷相比的优点1水冷通常能使工艺流体冷却到低于环境空气温度23，且循环水在凉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小得多；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噪声小。1由于空气比热小，且冷却效果取决于气温温度，通常把工艺流体冷却到环境温度比较困难；2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由于空气侧膜传热系数低，故空冷器的冷却面积要大得多；4空冷器不能紧靠大的障碍物，如建筑物、大树，否侧会引起热风循环；5要求用于特殊工艺设备制造翅片管；6噪声大。第二章空冷器的总体设计21设计条件介质航空煤油，馏程为130230质量流量230000KG/H进口温度165出口温度55入口压力02A允许压降60KPA管内污垢热阻000017W/M2介质物性相对密度76024特性因数1F黏度SA38315070空气设计温度35空气设计最低温度10空气侧污垢热阻W/M0152OR海拔高度5022总体设计应考虑的事项空冷器的总体设计是指空冷器的方案设计。总体设计时要根据用户提供的要求和空冷器的设计惯例考虑一下问题根据工艺介质的冷却要求及所建装置的水源、电力情况，进行空冷和水冷的技术经济比较，以确定使用空冷器的合理性；根据介质的终冷温度和过程特点（有无相变）、环境条件，确定空冷器的型式，即确定采用干空冷、湿空冷、干湿联合空冷或其他特殊结构的空冷器；初步估算该工艺条件下所需的传热面积，选择空冷器的初步结构参数，如管束的尺寸、翅片管种类、构架和风机的配套等；根据工艺介质的操作条件及物化性质，对空冷器参数进行初步估算。估算的内容包括总传热系数及阻力降、有效平均温差，计算所需的传热面积、风机的动力消耗及增湿水耗等；根据装置生产特点及工艺介质对操作的要求，综合考虑空冷的平面竖面布置及调节控制方案；估算噪声是否满足相关标准的要求；如果是在寒冷地区还应考虑防寒防冻的要求；根据上述核算初步确定空冷器的总投资。简而言之，空冷器的总体设计，首先确定是否采用空冷器，接着就是确定空冷器的流程、结构部件、平面布置、控制调节方案等。23冷却方式工艺介质的冷凝冷却是在空气冷却器中实现的，冷却介质为空气。由于空气的比热容小，在标准状态下（20,101325KPA）为1005J/KGK，仅为水的四分之一，因此若传热量相同，冷却介质的温度相同，则所需的空气量为水量的四倍。再考虑到空气的密度远小于水，则相对于水冷却器来说，空冷器的体积是很大的。另外空冷器空气侧的传热系数很低，约为4060，导致光管空冷器的总传热系数也很M/W2低，较水冷的传热系数约低1030倍。为增强空气侧的传热性能，所以一般都采用扩张表面的翅片管，其翅片比大致为1024。空气冷却方式和水冷却方式在经济上的精确评定是有难度的，长期以来水冷和空冷的争议一直存在，但随着全球水力资源的短缺和水质污染的加剧，空冷器的优越性越来越受到人们的注意，以空冷代替水冷的趋势将不断发展。根据工艺介质的冷却要求及所建装置的水源。电力情况与水冷进行经济比较，以确定采用空气冷却的合理性。表11列出了空冷优于水冷的场合，表12列出了水冷优于空冷的场合。这些原则可供设计者考虑是否采用空冷器。综上所述由设计条件可知本设计采用空冷器更合理。24空冷器的工艺流程根据介质的终冷温度、所在地区的气候条件，确定采用空冷器的型式。它可以采用以下五种工艺流程之一。干式空冷器流程的结构型式见图21；湿式空冷器流程的结构型式见图22；干空冷加后湿空冷器流程的结构型式见图23；干空冷加后水冷器流程的结构型式见图24；干湿联合空冷器流程的结构型式见图25；在选取空冷器的工艺流程时，可参照表21的原则进行。图21干式空冷器流程结构图22湿式空冷器流程结构图23干空冷加后湿空冷器流程结构流程优点缺点适用范围干空冷1结构简单可靠，可用于高压系统2运转费用省冷后温度受限制，不低于设计气温15201广泛应用2热介质的冷后温度应高于设计温度1520湿空冷冷后温度低，可接近湿球温度5左右进口温度不能过高，如高压80时会引起翅片表面结垢进口温度低的介质（如低于75）的冷却，常用作干空冷的补充表21空冷器的各种流程比较图24干空冷加后水冷器流程结构图25干湿联合空冷流程结构流程优点缺点适用范围干空冷水冷1冷后温度低2设备紧凑1需配置循环水系统2操作费用较高1要求冷后接近干球温度时2水源充足的地方干空冷湿空冷1冷后温度低2操作费较前干空冷水冷省303喷淋水可重复使用1占地比干空冷水冷略大2操作要求较高1水源不足2要求冷后温度较低，约高于湿球温度5左右干湿联合空冷1设备紧凑，占地小2操作费用省3冷后温度较低1结构较复杂2操作技术要求高1中小处理量场合2大处理量干空冷器的后冷器综上，由于热介质的冷后温度高于设计气温20，故本设计选用结构简单可靠，运转费用省的干空冷流程。25空冷器的结构型式根据管束的放置方式，空冷器可分为水平鼓风式、斜顶鼓风式、直立鼓风式、引风式、立式引风式和V字引风式。为了恰当的选择空冷器的结构型式，设计人员应首先根据经验估算一个所需的传热面积，然后，参照表22综合比较各种型式的特点和应用场合，选择适宜的结构型式。经反复核算、综合比较，最终确定空冷器的管束、构架的规格，风机的大小和空冷器的布置型式。型式优点缺点适用场合水平式1结构简单，管束与风机叶轮水平放置，根据风机在管束的上下不同可分为引风式和鼓风式两种2管内热流体和管外空气分布均匀3安装方便1占地面积大2管内阻力比其它型式较大由于结构简单，安装方便，得到普遍应用。特别市鼓风式的应用最为广泛、用于介质冷凝时，管束因布置有3或1的倾斜度直联式1直接与设备相联，减少管线和占地面积2投资省检修略微困难置于塔或容器顶部的小湿冷却设备表22空冷器的结构型式比较由于水平式优点结构简单，管内热流体和管外空气分布均，安装方便等。本设计的空冷器结构型式选用水平式结构。26空冷器的通风方式空冷器的通风方式有鼓风、引风和自然通风三种方式，其优点和应用场合如表23所示，根据具体情况选用一种通风方式。通风方式优点缺点应用场合型式优点缺点适用场合直立式1管束垂直地面，风机叶轮可垂直或水平布置，占地比水平式省2管内阻力比水平式小1管内介质与管外空气分布不够均匀2易受外界风力影响，安装方向应与季节风向配合1小负荷冷凝系统2内燃机冷却系统3电站冷却水系统4湿式空冷器斜顶式1结构紧凑，管束斜放成人字形，夹角一般成60，风机置于管束下方，占地面积比水平式小约402常用作冷凝，管内阻力比水平式小3传热系数较水平式高1管外的空气分布不均匀。且易产生热风返回现象2结构较复杂，安装维修稍为难一点1负压真空系统2干湿联合空冷的干式部分V字型1风机叶片置于管束上方，避免了热风的再循环，其余特点与斜顶式相同2管外气流分布较好1管内介质与管外空气分布不够均匀2结构设计和管线安装较复杂1负压真空系统2干湿联合空冷的湿式部分3多用于单管程冷凝器干湿联合1占地面积小2操作费用省1操作要求高2灵活性差中、心处理量或大处理量干空冷的后空冷表23通风方式比较鼓风式1气流先经风机再至管束，风机在大气温度下运行，工作可靠，寿命长2结构简单，安装检修方便3由于紊流作用，管外传热系数略高1排出的热空气较易产生回流2受日照及气候影响较大由于结构简单，效率高，应用普遍通风方式优点缺点应用场合引风式1风机和风筒对管束有保护作用，可减少冰雹、雷雨、烈日对管束的影响2空气对穿过翅片管束气流分布比较均匀，管外传热系数较高而阻力较低3由于风筒有抽力作用，风机停运时，仍能维持30的冷却能力4排出的热空气不易回流，受风力影响较小5噪声较鼓风式约低3DB1风机叶片安装在出风口，工作温度高，要求叶片的材料应能承受相应的工作温度2结构较鼓风式复杂，风机检修不方便3耗功率比鼓风式约高101对出口终温要求严格控制的场合2对防噪音要求较高时3气候变化较大的地区自然通风式1利用温差造成气流流通，不用风机，节省电能2噪声低，维修量小投资大大处理量的热电工厂，如大型电站的汽轮机乏汽冷凝冷却通过表23通风方式的比较本设计空冷器通风方式选引风式。27空冷器的平面布置空冷器的平面布置包括地面式和高架式。考虑到高架式不占地面面积，高空气流通畅，避免了夏季地面热气流的影响等原因，本设计采用高架式平面布置。地面式空气冷却器可布置在地面或高架在框架或屋顶之上。安装在地面上的空冷器称为地面式。此时，要求在空冷器的周围要有一定的空隙地带，不影响空气的顺利吸入。这种安装方式的特点是安装和检修较方便；缺点是占地多，容易受邻近发热设备热辐射的影响。高架式空冷器安装在框架、管架或其他建筑物顶部。优点是不占地面面积，高空气流通畅，可避免夏季地面热气流的影响，是目前应用最广泛的一种型式；缺点是要考虑其所在框架要有足够的刚度以防风机的振动及下部发热设备的影响。对于高于10M以上的空冷器构架，设计时必须考虑风载荷沿高度变化的影响系数和对自振周期和地震力的影响，以及地震载荷变化情况。28空冷器的调节方式空冷器的调节方式，一般地采用调节风量或调节入口风温的方法或二者联合使用。本节仅讨论调节风量的控制措施。用风机调节风量改变风机的转速或调节风机叶片的安装角，可改变风机的风量。空冷器风机调节风量的方式有手动调角风机，机械调角风机，自动调角风机，调频风机，调速风机。对于终冷温度要求不太严格的空冷，最简单的办法就是调节风机的运转台数。当空冷器采用二台或更多台数风机时，在冬季常常可以停开一台或更多的风机。百叶窗调节百叶窗的结构简单，操作方便，调节其开度，可以达到调节空气流量的目的。具体类型有如下四种。调节风量减少百叶窗的开启角，造成空气阻力增加，从而减少风量。其调节特性如图26所示。但在减少空冷器空气流量的同时，不能节约风机的功率消耗。需要提醒得时，当风机在较大风量下运行时，不可全关百叶窗，否则会造成风机叶片的损坏。控制自然通风量空冷器风机停运时，由于管束的热力作用，仍有空气通过，这种自然通风效应在引风式空冷器上更为明显，可以带走管内热负荷的2530，因此在生产操作中有必要使风量为零的空冷器安装百叶窗。如寒冷地区空冷器或易凝固油品空冷器等。为此目的使用的百叶窗，操作时只需要采用“全开”及“全关”二位控制即可。从这个角度来说，采用引风式空冷器，要比采用鼓风式节能效果明显。分调风量当同一台风机向一个以0204060801000306090叶片开启角度风量图26百叶窗调节特性上的管束提供风量，而各个管束所需的风量不同时，则应在各个管束上安装单独的百叶窗，进行风量调节以满足各自的需要。控制空气流向热风再循环型空冷器的空气流向均用百叶窗进行控制。当需要调节热风与冷风的比例以严格控制管内各介质温度时，则百叶窗应能作适应不同风量的无极调节。否则，百叶窗采用“全开”、“全关”即可。联合调节风机和百叶窗组成的联合调节如图27所示，它可以实现以下三种调节方式风机调节风量空冷器风量由风机调节，百叶窗只作开关二位式控制，以控制自然通风，或在特殊气候条件下保护管束。自调风机的台数，视控制的精度要求而定。百叶窗分调风量空冷器风机供多片管束风量时，空冷器的总风量由风机调节，各个管束风量由各百叶窗进行分调。百叶窗控制空气流向用于热风再循环空冷器，风量由风机调节，风向及冷、热风配比由百叶窗控制。图27热风再循环空冷器的联合调节76495130987694105API第三章空冷器的方案计算及选型设计31热负荷计算设计工业装置中的空冷器，在详细的工艺计算前，须进行方案设计，初步估算空冷所需的传热面积、风量，从而选定空冷器和风机的型号、台数和结构。根据工艺条件和操作要求，确定风量调节方法和防冻措施。对液相石油馏分，且无相变，可用5中表311中API指数公式和焓差公式计算；165；557602412FT2指数公式31API则有焓差公式32代入数据则有总热负荷33W109630/19265306IHWQ32空冷器的方案计算总传热系数的选取根据5中表361中液体冷却，取3500/M2估算空气出口温度按5中式371204I86K53023821213FITTAPIHKGJ926554749073I2K10811O312TTFTT34已知空气入口温度35；热流温差1101T51621T查5中图371得温升校正系数；7TF则取62T对数传热温差的计算由对数平均温差公式35得温差修正系数由温度效率P和温度相关因素R决定。TF36112/TTT37温差校正，由式36和式3720356/P取2。查5中图388，得温差修正系数095，则传热平均温差为TF12489506TMFT传热面积（以光管外表面积为基准）的估算总风量估算空冷器总风量按下式计算37则空冷器总风量为0353508035121LNTTM6450356LNM2R7415TPN260R0124835AMQ12TCVPA33选型设计选取管排数由130561TT查6中图410，得最佳管排数为7，根据管束规格，考虑航煤的膜传热效率不高，选用高翅片6排管。根据管排数，选取标准迎面风速NFV由6中表44，选取标准迎面风速为25米/秒；面积比为76。选管束试算空冷器出口空气温度。取一可能的出口空气温度或温升，根据热平衡式求得、，再根据传热计算求得，对和进行比较，至二者接近时为止。列表FA00A0计算如下152C，空气出口温升假定值12T4041422M140914291342F0A671070710446101974654624592104311050310577取空冷器出口风温76。选用YP93618322038K1234ZLA管束6片。基管有效面积为1099305。2M定管程取管内流体流速055米/秒，对高翅片6排管，管子总根数为270根。则管程数计算公式PN38得H/M10873562102593612TCQVPA310KTTT12NFCVQT0W1D43602IPLNV4320176056702PM取管程数为3，每管程90根。选风机风量前面已求出，风机全风压H/M108736NV21P式中管束气流阻力，按式39计算；1P风机动压头，取24毫米水柱，这里取3毫米水柱。2管束气流阻力计算公式39NVF50411P则毫米水柱4126故风机全风压为毫米水柱321根据风机的总风量、风压和风机特性曲线选用风机6台。VS30TBY翅片管束的选择根据以上计算选型，现对管束规格和翅片参数选择如表31所示。编号参数代号规格注表31管束、构架和风机的初步选择一1234567891011121314151617二18192021三222324四25管束和构架规格名义长度/M名义宽度/实际宽度/有效迎风面积/2管排数管束数量管心距/M基管总根数有效管根数基管外径/基管内径/有效基管传热面积/2管内流通总面积/M管程数每程流通面积构件规格/构件数量翅片参数翅片外径翅片平均厚度翅片直径翅片数翅片计算参数风面比传热计算几何综合系数阻力计算几何综合系数风机规格ABSFPN1STEN0DIEAASFDRFNFKL932972453866663527362706252018322605146301715963570426433197624559436114AF365中附录1A4并联布置5中附录参照5中附录14参照5中附录5中附录1A4/T2IND5中附录2A45中附录5中附录5中附录246台第四章空冷器的详细工艺计算41管内膜传热系数的计算介质定性温度计算公式湍流区4121604TTDTPNTPA则956014DT定性温度下，介质的物理性质按5中表311中相关公式计算密度时9DT；3M/KG6712347608931760371比热容导热系数KM/W143076/139054180黏度的计算已知135下动力黏度；SMPA8150下动力黏度；7402用密度计算公式求得135下；31KG/6850下；2975运动粘度；/S0567M/S10/22611V；94422根据CBA73TLNEXP系数因，故取804807813215LN48720567LN273LN80LNTBVA则时的运动黏度为9T/SM9L481EXP2动力黏度PA4860SPA16072068236定性温度下传热准数的计算质量流量CKJ/G3218543012509180769410698PCL15L946KJ/57232SIIAWGM/S301606SIV管内流速，合适雷诺数旺盛湍流区普兰特数暂取壁温校正系数，则管内膜传热系数1I上式有最大实验误差正误差为15，为安全起见，取W/M69815872IH42风量和空气出口温度的计算风量计算按表331，由于管心距为635MM，比常用的翅片管管心距略大，取标准迎面风速S/M62NU管束的实际迎风面积8147AF总风量为/H1037806236NUV出口风温351T43翅片膜传热系数的计算空气的定性温度取352/7135DT按由5中附表查得传热计算几何综合系数，2A44562FK用5中式（349）进行计算以翅片总表面积为基准的传热系数W/M16245079350727180FH是以翅片外总表面积为基准的膜传热系数，需要换算为以基管为基准的传热系数。F0H求翅片效率知,铝的导热系数取238，1926/57R/F/1532048672REIGD973PRPCW/M985793715204327PRRE022180140380IIIDH752962PNCQT4830238160RFLFH查5中图344得翅片效率。920FE翅片的有效面积EAM/07854220A则，以基管外表面积为基准的翅片膜传热系数为W/M8103754/061/20E0AHF44管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正管壁温度计算公式则按5中表311计算介质的密度和黏度3M/KG173467089317603714黏度计算系数，由前面求得80,4572,7813CBA根据/S1930LN4527813EXP2VM69动力黏度PA04SPA6439036W壁温校正系数9710/8/1140W校正后的以管内表面积为基准的管内膜传热系数如下W/58692IH45各项热阻的计算和选取及总传热系数计算管内垢阻（以基管表面为基准）/M017R2I翅片垢阻一般空冷的设计中，翅片垢阻是可以忽略不计的，除非环境条件过于恶611043026910435762FEREDIIIWTTDHT047353592896WT劣。本设计给出了以基管表面为基准的翅片垢阻。W/M014R2间隙热阻，与5中图351条件比较W/M21462FH/9582IH接近，在热流温度165和空气温度717下，查得间隙热阻。管壁热阻因，用5中式（354）计算管壁热阻。钢管的取392/0ID/MM52/0MID总传热系数的计算总传热系数计算公式为则以基管外表面为基准的总传热系数46传热温差和传热面积计算传热温差计算,，165T2351T712T2803516/7P975R查5中图388，得温差校正系数,所以。TF64MT传热面积计算有效传热面积2EM30519A面积富裕量由于在管内、外传热计算中已考虑了关联式最大误差的影响，所以该富裕量能满足设计的要求。W/0712395RWJWIIRDRHR001W/M8934701570251709580148132/015R2J94LNM26C91478R47管内阻力计算和管外空气阻力管内阻力计算无相变气体或液体冷却过程的压力降计算，包括了沿管长的摩擦损失、管箱处的回转损失和进、出口的压力损失之和。NRTIPP1沿程流体压力降前面已求出流体在定性温度下的、3M/KG6712以及壁温校正系数，由5中式（3107），摩擦系数为1532ER97100355324413065026530EIRF由5式（3101）2管箱回弯压力降按5中式（3102）计算3进出口压降进出口各12个（每片管束个2个），直径都为100MM，质量流速为按5中式（3103）计算4结垢补偿系数，查5中表3101，得W/M015R2I18管程总压力降PA6745283164738PI管程压力降在许可范围之内。管外空气阻力1空气穿过翅片管束的静压采用5中式（3112）、式（3113）计算，空气定性温度（）下的35DT各物理参数；3KG/M0761A；S89；KW/2；670RPPA479106712TPA3684671253R97103NIIGA654839672SKG/M19620597612MAXNFUG由于海拔小可以忽略海拔高度对空气密度的影响。摩擦系数80AF管束的静压考虑到气流的涡流影响，将计算结果乘以116安全系数是必要的。因此取空气穿过翅片管束的静压PA759416PST2风机通过风筒的动压头按5中式（543）计算，空气总流量在设计温度下每/HM1037836NV台风机的空气流量为下的空气密度350T40/29351A风机直径36M动压头3全风压PA5849275H48风机功率的计算选用B型叶片停机手调角式考虑噪音的控制，风机转速N318R/MIN,叶B4TF36Y尖速度为M/S06/318风机的输出功率W106753/10258340HVN风量系数由5中式（551）计算压头系数由5中式（552）计算查5中图5310，叶片的安装角，功率系数OO75,14翅片效率。3106N则轴功率W1026/06306432风机的轴功率，也可由风机输出功率直接算出57/175/N33O上述轴功率是设计风温和风量下的理论计算值，风机的轴功率计算时必须至少考4106239ST638VPA92416264604P22DA2240682虑的漏风量。O5电机效率920,901皮带传送效率取电机实耗功率为49风机的过冬计算和风机的噪音估算风机的过冬计算本设计选用停机手动调角式，需考虑冬季如不能及时调节风机叶片角度，或采用一停一开的节能方式时，要对冬季电机负荷进行核算。叶片的安装角度和转速不变，风机的（体积）风量不会改变，因此风机的叶片效率、风量系数、压头系数及VVH功率系数都不会改变。根据这一原理，可计算出冬季风机所耗的功率。冬季温度N，空气的密度为10T冬季风机的耗功率为W10428567201/3433冬季电机的耗功率为699DN根据以上计算，可选用15电机。选配的电机功率一般应大于上面计算值的15KW，最低富裕量也不低于10。OO风机的噪音估算单台风机的噪音按式（578）计算，叶尖附件的声压级为六台风机叠加后的最大声压级为六台共同操作时也已满足SH30241995石油化工企业环境保护设计规范中，空冷器总噪音因低于90的要求。DBW151567N33D3OKGM692051DB98163LG201480LGL53823PL79PL第五章空冷器主要部件设计及强度计算本空冷器设备的设计，制造，检验，验收符合GB/T153861994空冷式换热器国家标准。空冷器的管箱设计符合GB1502011钢制压力容器，根据设计条件本空冷器的管箱选择的半圆形法兰管箱。51管箱设计条件设计压力当给出最高操作压力时，设计压力按进口压力再加10或加上018，MPA选其大者。故本设计压力为02018038MPA设计温度当给出最高操作温度时，设计温度不低于给定温度加上30。故本设计温度选取为195。半圆形管箱材质Q345R，；PA183,PA18920B法兰和管板材质；钢板，许用应力值916MNRB螺栓材质,40B；M65,720B垫片材料L2，垫片系数；比压力，垫片宽度。4M7AYM10N半圆形管箱的结构尺寸如图51所示。结构参数管箱法兰的短边长度，M495AO管箱法兰的长边长度，280B图51管箱尺寸图管箱法兰短边垫片中心线长度，M415AC管箱法兰长边垫片中心线长度，290B管箱法兰短边螺栓中心线长度，管箱法兰长边螺栓中心线长度，3C矩形管箱短边内孔长度95I矩形管箱长边内孔长度M2876BI腐蚀裕量3MM2C半圆形法兰管箱的计算内容包括半圆筒体壁厚、管板、与半圆形筒体相连的矩形法兰等三个部分。因,所以矩形法兰、管板的受力，按照5中第四章十二2/CA小节第一种数学模型进行计算。52管箱筒体厚度的计算半圆形法兰管箱如图52，图中表示管箱筒体的名义厚度。N筒体设计厚度计算公式M43801329520DCPDI对于Q345R钢板负偏差，由钢材标准规格筒体名义厚度厚度。M3C16N水压试验应力校核水压试验压力MPAST5310490图52半圆形法兰管箱DPEI2322ATT508195故水压实验满足强度要求。53螺栓的选用根据管箱的长度矩形法兰螺栓间距安排如图53。根据管箱的长度，初定螺栓间距T1813MM、T291MM，周边共布置螺栓80个。垫片选用铝材平垫，垫宽度取，根据GB150,计算垫片基本密封宽度M10N和有效密封宽度BOB当时，垫片有效宽度M4605B0垫片系数比压力。；67MPAY单个螺栓的载荷如下A预紧状态下计算N2467505381TBYWAB操作状态下计算螺栓面积计算和螺栓直径选取A预紧状态下计算B操作状态下计算20N89230458136260CPTMPT2BM14752AWA图53矩形法兰螺栓间距取和中的最大值，。AA2M14A选取螺栓直径，螺纹根径138MM，有效面积。6BD2BM57149A螺孔间距T813MM，符合标准。单个螺栓的设计载荷A预紧状态下计算B操作状态下计算54管板厚度计算和法兰厚度的选取半圆形法兰管箱管板厚度计算管板厚度计算公式式中孔桥减弱系数；矩形平板形状系数Z取25；垫片中心线的总长取M586293CCBL螺栓作用点力臂M26GH结构特征系数KA预紧时B操作时半圆形法兰管箱管板厚度计算A预紧时B操作时2TP589WP2BBMB5701627491AWN8960CPTPTCKPAGCGT10560918358607262M062846105739841GMPAT取30，有效厚度25MM矩形法兰厚度的选取前面已计算出管箱名义厚度6MM，有效厚度3MM。则根据实际情况和经验总结E选取法兰厚度、有效厚度为12MM，如图54所示。16F应力核算矩形法兰材料16MNR，MPA163FPA8160TF取，A580FF450TT焊缝的许用应力根据选用的焊条类型，查有关焊条资料来确定。一般来说，压力容器焊条强度都因高于母材，上面求得的焊缝的剪应力都很小，因此下面略去了焊缝应力的校对。预紧状态下FMAXF，、YX操作状态下TT，、取法兰厚度、有效厚度。1612讨论本设计中法兰厚度选取12MM有效厚度是合适的安全值。法兰过薄，应力过大，会造成刚度不够、法兰易变形，引起法兰密封失效。法兰过厚则会造成成本增加。效益降低，不利于企业的发展。材料力学方法是将法兰盘、接管和焊缝焊肉一起作为整体法兰计算，因此法兰接管（半圆形箱体）的壁厚不能太薄。建议管箱的最小有效厚度不宜小于6MM。此外还3046108415GG图54矩形法兰示意图必须保证，法兰与管箱的焊缝有足够的焊肉高度。55翅片管选取翅片管是空冷器的传热元件，翅片管的参数对空冷器的传热效率、功率消耗和噪声等有直接的关系。因此，选择合适的翅片管参数对空冷器设计是非常重要的。尽管空冷器采用的冷却介质是取之不尽的空气，但要达到高效地利用空气亦不是一件易事。因此空冷器的优化设计就成了众所关心的课题，为了达到空冷器的优化设计的目的，需要将翅片管几何参数与整个空冷器费用进行关联，找出它们之间的关系，为合理选用翅片参数提供依据。空冷器的费用包括一是设备费、运输费和安装费，即一次投资；二是操作费，在一定热负荷条件下，空冷器的费用与管外侧传热系数、积垢热阻、空气量及阻力降有关。翅片管的参数主要是指它的几何参数如图55所示图中几何参数的意义及数值如下D光管外径为25MM；D翅片外径为57MM；H翅片高度为16MM；S翅片间距为23MM；ST垂直于气流方向的管排之管心距为635MM；SL平行于气流方向的管排之管心距为55MM。图55翅片管的几何参数一般说来，翅片管的光管直径、翅片厚度基本上是固定的，所以在评价翅片管的性能时选择的参数主要是翅片高度，翅片间距和管心距。这些参数对翅片管的的翅化比起主导作用，同时对传热和阻力降也产生很大影响。翅片管参数的优化主要是指空冷器设计中如何合理地选择片高、片距和管心距这三个参数，使所设计的空冷器得到适宜的传热效率和阻力降，从而使空器设计处于较优的状态。56配管配管时必须严格按照国家标准的要求配管。连接的管路重量、扭矩和其他外力需要用另外的构件支撑，不要传递到空冷器法兰上，否则会引发灾难性的事故。在需要充分考虑管道应力热胀冷缩，焊接，重力的情况下，需要与设计院或公司技术提前商议接管管路图，不合理的配管将导致设备运行过程中接管法兰及接管焊接部位受力过大，造成损坏。焊进液管本空冷器开有十二个进液口（见图56），进液口的方向为液体从上部进入。进液管的截止阀安装位置应靠近空冷