第六章_ 空冷器课件

第六章 空气冷却器 6-1、概述 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年代发展起来的用空气冷 却管内工艺流体的冷却设备。 目前已基本取代了传统的水冷却器。在炼油厂和石油化工厂的冷换 设备中，空气冷却器成为不可或缺的一类设备。其应用范围包含了塔顶 油气冷凝到汽油、柴油冷却的各种不同工况。在化学工业、电力、冶金 、原子能等行业，空气冷却器也有着广泛的应用。 优点：节约了用水； 减少了水污染； 厂址选择不受水资源限制，空冷器布置技术 要求少； 投资及维护成本小。 管束 构架 风机 百叶窗 二、空冷器的总体结构与分类 （一）空冷器的总体结构 空气冷却器部件示意图 管 束：由翅片管、管箱和框架的组合件组成。 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，对热 流体进行冷却或冷凝换热；管子两端胀接在管箱 的侧面；管子上下两侧各与进出口管子连接，管 子按正三角形排列。 风 机：空气的供风装置，保证空气以适当的流量通过管 束，把关内工艺流体的温度控制在允许范围内。 构 架：支撑空冷器上的所有部件； 百叶窗：保证空冷器管束免受环境的影响，同时有调节风量 的作用。 （二）空冷器的分类 空冷器可按通风方式、管束布置、冷却方法等分类。 （1）按通风方式分类：鼓风式和引风式 水平鼓风式 水平引风式 空冷器大多采用，只有当热流的温度很高，从而使 离开管束的空气温度超过风机和电机ide允许温度时， 才使用鼓风式。 （2）按管束布置型式分类： 水平式空冷器 斜顶式空冷器 立式空冷器 环形、V型空冷器。 水平式 水平引风式 水平鼓风式 结构特点及使用场合 结构形式适用场合及特点优缺点 水平式 适用于任何场合。管束水平 放置，为了防止冷凝液停留在管 中，管子应有3或1的倾斜。 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： 占地面积比较大，管内流动阻力 较斜顶式大。 斜顶式 风机为引风式 风机为鼓风式 结构特点及使用场合 结构形式适用场合及特点优缺点 斜顶式通常用于管内冷凝或占地面积 受限的场合 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。 立式结构紧凑，占地面积小。管内热流体阻 力较水平式小。但空气分布不均匀，易受到自然 风的干扰，故只适用于小型空冷器和湿式空冷器 。 风机水平放置式 （3）按冷却方式分类： 干式空冷器以空气作为冷却介质，被冷却介质 的出口温度通常高出1520，所 以其应用受到了限制。 湿式空冷器分为增湿型和喷淋型 增湿型（图6-9）:在空气入口处喷水（水不喷到翅片 管上），使水在增湿室内增发。空气相对湿度越小， 增湿效果越好。反之越差。在空气相对湿度较大的地 区，增湿空冷收益不显著。 喷淋型（图6-10）:将雾状水 直接喷到翅片表面上，并与空 气流动方向一致，以保证翅片 管能被充分润湿。靠水在翅片 管表面上蒸发而强化传热，大 幅度提高传热效率，使介质出 口温度接近环境温度，满足工 艺要求。 特点： 增湿降温，效果显著 腐蚀管束，造价较高 比较：喷淋型无论是强化传热还是对环境温度 的实用性均比增湿型优越。但是由于水在翅片 上蒸发可能引起结垢，在某种程度上限制了其 使用，通常管内介质以不不超过80 ，喷水 温度不超过60为宜。 干湿联合空冷器实际上 是增湿型和喷淋型联合使用。 空气先通过低温管束，在通过 高温管束，将低温管束的出风 作为高温管束的进风，对湿空 气二次利用。 特点： 占地面积小 投资省 运行费用低 管束面积须匹配得当 6-2、空冷器的构架 构架应具有良好的稳定性， 通常由型钢组成，也可采用钢筋 混凝土结构。 表6-12 构架基本尺寸 风筒（图6-14）：连接管束 和风机，有方箱型和过渡锥形。 风筒应有足够的角度，以免气流 压力降过大或速度场不均匀。目 前规定以气流扩散角来限制风筒 高度的最低值，角度不易超过 45。 构架型号 型式长度宽度附注 区分水平式（P)和 斜顶式(X) 说明开式或 闭式 e.g.P63A型构架 6-3 空冷器的翅片管 一、对翅片管的要求 1、优良的传热性能； 2、良好的耐热性能； 3、良好的耐热冲击能力； 4、良好的耐大气腐蚀能力； 5、易于清理尘垢； 6、较低的制造费用； 此外，还要求有足够的管内耐压能力；较低的管内压 降；较小的空气阻力，良好的抗机械振动能力和材料易于 选用。 二、翅片管的型式和性能比较 空冷器翅片管类型有： 绕片式（图6-15、6-16）将薄金属带呈螺旋形缠绕到金属管上制 成，因翅片截面不同分为I型、L型、L L型。翅片通常采用铝。 镶片式（图6-17）G型，将I型翅片边缠绕边镶嵌到金属管壁上预 先轧制出的螺旋形沟槽内，再碾压管表面，使镶嵌紧固。一般为钢管 铝片。 套片式(图6-18）将冲压成型的翅片紧套到金属管上制成，材料 有钢管钢片或铜管铝片或铜管铜片。 双金属轧片式(图6-19）将铝管紧套在钢管上，然后在铝管上轧 出翅片。 焊片式将金属翅片焊接到管子上制成 ，常用钢管钢片，采用高频焊接工艺。 椭圆管式椭圆形钢管。 紊流式使空气流经翅片管时产生扰流 ，破坏其边界层，以提高管外膜传热系数 。 翅片管型式L型LL型镶片式 双金属 轧片式 套片式 传热性能54321 耐温性能54231 耐热冲击性 能 54231 耐大气腐蚀 性能 43512 尘垢清理难 易 54321 制造费用12345 表6-6 常用翅片管的性能比较 三、翅片管的基本尺寸 1、基管外径和厚度 表6-7 空冷器国内广泛使用直径为25mm的管子。 2、翅片高度和厚度 增加翅片高度会使翅片表面及增加，但翅片效率会下降，所 以应选择最佳值。表6-8 国内常用的翅片高度为12.5mm和16mm两种。 传热系数2093W/(m2K),采用高翅片； 11622093W/(m2K),采用高翅片或低翅片； 2093W/(m2K),采用低翅片； 116W/(m2K),采用光管。 3、翅片厚度，国产铝翅片、钢翅片厚度一般选择0.5mm。 4、翅片距 翅片距的大小会影响翅片面积的大小，也 会影响空冷机的功率消耗。 对于干净的空气，可选择较小的翅片距； 对于易积垢堵塞的大气，应选择较大的翅 片距。表6-9 6-10 国外大多采用的翅片距为每英寸11片，国 内翅片管的翅片距为2.3mm。 5、翅化比 指单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面积之比 。 翅化比的选择应根据管内介质膜传热系数的大小 而定。当K值很低时，应选用较小的翅化比；反之，应 选用较大的翅化比。 增加翅化比虽然使单位尺寸的传热面积增加，但 制造费用也相应增加，因此需选择合适的翅化比。研 究表明，最佳翅化比为1728，国内翅片管的翅片距 有两种，低翅片17.1，高翅片23.4。 表6-12 翅片管的技术参数 6、管长 国内翅片管的管长有3m、4.5m、6m、9m四 种，其中4.5m用于斜顶式空冷器。 表6-13 翅片管管长系列 7、翅片管的材料 基管材料根据介质性质、P、T和制造工艺而定： 优选选用基管材料为碳钢轧制的无缝钢管； 铝和铝合金管的许用应力和许用温度均很低，一 般不超过0.2MPa和150； 工作压力和温度较低而防腐要求又不高的空冷器 可采用高频焊接的有缝钢管； 只有对防腐要求很高的小型空冷器，才使用铜及 铜合金。 表 6-14 翅片材料也应根据工作环境和制造工艺来确定： 优选选用工业用纯铝轧制的带料； 双金属轧片式所用的压片管材为含硅、锰的铝合 金，即利于轧制，又利于提高轧制后翅片硬度； 碳钢轧制的带料，可用于套片式、焊片式或某些 缠绕式，成型后须经表面热处理； 当防腐要求很高时，才采用铜或不锈钢带料为翅 片材料。 6-4 空冷器管束 一、管束组成 管束是空冷器的主要部分，由翅片管、 管箱和框架组成，图6-23。 二、管束基本参数和型号 基本参数包括管束型式、P、T、翅片管型 式和规格、管箱型式、管束长度和宽度， 管排数、管程数。 表6-15空冷器管束的主要规格及主要参数 国产空冷器管束型号的表示方法： 型 式 长 度 宽 度 - 管排 数 换热 面积 工作 压力 翅片 管型 式 管程 数 法兰 型式 P-水平式 X-斜顶式 以分式表示，分 子为翅片表面积 ；分母为光管外 表面积，单位为 m2。 R-绕片式 G-镶片式 罗马数 字表示 管法兰的密封面型式 a-平面型 b-凹凸型 C-榫槽型 e.g. P93 4 3020/129 1.6MPa a 型管束 三、空冷器的管箱 空冷器管箱型式有： 1、丝堵型管箱（表6-26）每根翅片管端有一丝堵，便 于装配时胀接翅片管，也便于检修清扫。 因制造简单，广泛用于中、低压管束，国产管束 P 4MPa时,均采用此种管箱。 2、法兰式（盖板式）管箱（表6-27）制造技术高于丝 堵式，翅片管和管箱清扫都方便，适用于易产生污垢的介 质。 帽盖式为法兰式的变形（ 图6-28），装配和检修更 为方便，许用压力 4MPa。椭圆式翅片管因装配上的需 要，一般都采用这种管箱。 三、空冷器的管箱 3、集合管式管箱（图6-29）管箱上焊有短管， 适用于高压空冷器，PN为10MPa，16MPa， 32MPa。优点是节约金属，缺点是清洗极为困难 ，适用于清洁、没有污垢的介质。 5、半圆筒式管箱管箱采用全焊接装配，适用于 密封要求很高的管束，但不能承受过大的压力。 6、分解式管箱当介质进出口温差较大时采用。 整体锻造管箱等结构形式 6-5 空冷器的风机 空冷器几乎都采用立式安装的轴流式风机，只有在小型空 冷器中，才可能次啊用卧式安装。 风机主要由叶片、轮毂、传动装置、动力装置和防护架、 支架组成。 一、风机的分类 按运行特点，分为鼓风式、引风式、可调节式、自动调节 式。 空冷器的风机主要分为两种： 1）引风式 空气先经过管束再至风机。 引风式风机的优点有： 1.气流分布均匀， 2.噪音较小， 3.管束下部空间可以利用， 缺点有： 1.风机安装在管束的上部，受管束高温的影响，不利于维