（机械工程专业论文）centac离心式空气压缩机中间冷却器长周期运行研究.pdf

- 、 ， 北京化工大学学位论文原创性声明 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：o 啦日期：一关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本 授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权 书。 作者签名：函：! 幺压 日期：z 2 ：兰：竺 导师签名：主龇 日期： 兰竺翌：兰二 x ， 、 ， 氐 l 学位论文数据集 学位论文数据集 中图分类号 t h6 学科分类号 7 口；，。 论文编号 t o o1 9 p o ) o o 多。 密级u 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化- t 大学 作者姓名 勘，7 幼高 学号 棚；。；q 获学位专业名称 丸、，协胡量 获学位专业代码 。彦o2 ， y l 课题来源 始玖溯 研究方向 彳纱如槲 论文题目 俄谳如式垓狐赢饥呻j 泐翼删习蜊白j i 万哥宏 关键词 。毛州专云扇j 苏0 冗e ：菇t ：越i v 渺嗜。赫破0 二。万 论文答辩日期 弘，7 j 、2 z 术论文类型 砌钉疋乃砺 ， 一 l 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 殒m ，心私旌晰锄莎大学 评阅人l 两国缈 右 争励 j ( 西拗翻i 绚y l 。 l 评阅人2 多套彳拍拯硝彳杉y 万； 评阅人3 研谯为勿檀 刃易彳i 己) ，犬彦 评阅人4 评阅人5 答懒会主席 阻磊物 夕 哆么砌乏砧鼽础寸鸽口7 答辩委员1 飚甬瓤招扎毒l 沙太哆 答辩委员2 崩劬 一 一一 中压秒旅旃善捌归y 。 i 答辩委员3 觚结加般妇嘞杉p 夭劣 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码3 中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 声 产 摘要 c e n t a c 离心式空气压缩机中间冷却器 长周期运行研究 摘要 本文在综合国内外的大量文献资料的基础上，根据内翅片换热管 冷却器的工作特点，考虑到c e n t a c 离心式空气压缩机组的实际工况， 探讨了内翅片波纹换热管冷却器应用在c e n t a c 离心式压缩机组的可 行性、优越性，并与应用在c e n t a c 离心式压缩机组的传统的直翅片 换热管冷却器进行了比较。 通过实验方法研究了波纹翅片管的流动与换热特性，得出了换热 与阻力的实验关联式，并与直翅内翅片换热管的传热效果进行了比较， 结果表明增加翅片数以及内翅片波纹换热管能显著强化传热，但同时 阻力增大，综合传热对比表明此波纹内翅片换热是一种性能优越的传 热管。 针对前郭石化分公司c e n t a c 离心式空气压缩机组工况，分析了 压缩机不能长周期运行的原因，一是冷却器自身的寿命低，二是冷却 器的冷却水存在问题。在c e n t a c 压缩机组上应用了内翅片波纹管冷 却器，并设计了循环冷却水的缓蚀阻垢化学药剂配方，实际工作情况 表明，使用了波纹内翅片管冷却器代替原来的直翅内翅片管冷却器， 满足了机组的运行条件，通过改进循环水质量，提高了c e n t a c 离心 式空气压缩机组的运行可靠性，并节约了循环水，降低了生产成本， 大大改善了压缩机组的运行工况，实现了c e n t a c 离心式空气压缩机 组长周期运行的目的。 关键词：离心式空气压缩机，冷却器，传热，阻垢，缓蚀，水处理 北京化工大学工程硕士学位论文 ， 入 摹 摘要 s t u d i e , , o n o n rp e r i o d i cp e r a t i o no ft h e , e n t r echillerndies 0 nl o n g - p o p e r a t i o no lt b ec e n t r ec h i l l e ro i 。 c e n t a c c e n t r i f u g a la i rc o m p r e s s o r a b s t r a c t o nt h eb a s i so fl a r g ea m o u n to fs y n t h e t i c a l l yd o c u m e n td a t aa n d a c c o r d i n gt or u n n i n gc h a r a c t e r i s t i co ft h ei n n e rw i n g sh e a tc h i l l e rp i e c e ，t h e a c t u a lw o r k i n gc o n d i t i o nt oc e n t r i f u g a lc e n t a ca i rc o m p r e s s o rg r o u pi s c o n s i d e r e da n dt h ef e a s i b i l i t ya n ds u p e r i o r i t yo fa p p l y i n gt h ew i n gh e a t c h i l l e rp i e c ei nc o m p r e s s i n ga na i r c r a f tc r e wi nc e n t a cc e n t r i f u g a lt y p e w e r ed i s c u s s e d t h ew i n gc o c k l e sw e r eu s e df o rc o m p a r i s o nc h i l l e rw i t h s t r e t c h i n ga p p l y i n gt r a d i t i o n st ol a r g e - s c a l ea i r c r a f tc r e wp i e c e f l o wa n dh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i cp r o p e r t yo ft h ec o c k l e sw i n g w e r es t u d i e db ye x p e r i m e n tm e t h o d t h ee x p e r i m e n tc o r r e l a t i o no fh e a t t r a n s f e ra n dr e s i s t a n c ew a sr e a c h e d t h er e s u l ti n d i c a t e st h a ti n c r e a s i n gt h e n u m b e ro fw i n g sa n ds t r e n g t h e n i n gh e a tp a s s a g ea sw e l la sc o c k l e si n n e r w i n gh e a tt r a n s f e rw e r en o t a b l e ，b u ta tt h es a m et i m e ，c o n t r a s t i n gi n c r e a s e o fr e s i s t a n c ew i t ht h es y n t h e t i c a l l yh e a tp a s s a g ei n d i c a t e st h a tt h i sc o c k l e s i n n e rw i n gh e a tt r a n s f e ri so fo n ea d v a n t a g e o u sf u n c t i o no fh e a tp a s s a g e t u b ea n dc o m p a r i n gw i t hs t r a i g h t e n i n gt h eh e a tp a s s a g er e s u l tw i t hw i n g i n n e rw i n gh e a tt r a n s f e r s p e c i f i c a l l yf o rc e n t r i f u g a la i rc o m p r e s s o ro fq i a n g u op e t r o l e u ma n d c h e m i c a lb r a n c hc o m p a n yc e n t a cg r o u pw o r k i n gc o n d i t i o n ，c a u s e so f u n a b l el o n g p e r i o d i cw o r k i n gc o m p r e s s i o ne n g i n ew a sa n a l y z e d o n eo f c a u s e si st h a tc h i l l e rs e l l sl i f e s p a ni sl o w , a n o t h e ri st h a tt h ec h i l l e rc h i l l e d w a t e rh a v ep r o b l e m as e to fc h i l l e r sa r eu s e df o rc e n t r if u g a la i rc o m p r e s s o ro fc e n t a c r e f o r m ，t h ew i n gh a v i n ga p p l i e dt h ei n n e rc o c k l e st ot h ea i r c r a f tc r e wt h a t c o m p r e s s e s a n d m a n a g e s ac h i l l e r p i e c e c h e m i s t r y m e d i c a m e n t 北京化工大学工程硕士学位论文 p r e s c r i p t i o nt h a ts u i t sa c t u a lw o r kc o n d i t i o nt h a ts l o wc i r c u l a t i o nc h i l l e d w a t e re c l i p s eh i n d e r sd i r tw e r ed e s i g n e da n dt h ec o c k l e si n n e rw i n gt o m a n a g eac h i l l e rp i e c ew e r er e p l a c e dw i t ho r i g i n a ls t r a i g h tw i n gi n n e rw i n g t om a n a g et h ec h i l l e r ，t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o nh a v i n gs a t i s f i e da na i r c r a f t c r e w b yi m p r o v i n gr e c i r c u l a t i o nw a t e rm a s s ，o p e r a t i o no fc e n t r i f u g a l c e n t a ca i rc o m p r e s s o rg r o u pr e l i a b i l i t yw e r ei m p r o v e d ，r e c i r c u l a t i o n w a t e rw a ss a v e d ，c o s to fp r o d u c t i o nw a sr e d u c e da n d ，t h e w o r k i n g c o n d i t i o no fc o m p r e s s i n go p e r a t i o no ft h ea i r c r a f tc r e ww a s g r e a t l y i m p r o v e d ，w o r k i n gp u r p o s e o fc e n t r i f u g a lc e n t a ca i r c o m p r e s s o r h e a d m a np e r i o dw a sr e a l i z e d k e yw o r d s ：c e n t r i f u g a la i rc o m p r e s s o r , c h i l l 6 r , c o n d u c th e a t ，h i n d e rd i r t ， s l o we c l i p s e ，w a t e rt r e a t m e n t 目录 目录 第一章前言1 1 1 级间冷却器的地位及发展趋势1 1 2 离心空压机中间冷却器概述2 1 2 1 简述一2 1 2 2 中间冷却器的适用范围和设计参数确定2 1 3 各种中间冷却器的优缺点3 1 3 1 光管一中间冷却器3 1 3 2 翅片管一中间冷却器。4 1 4 目前在本课题研究领域的成果简述。5 1 4 1 概况6 1 4 2 内翅片换热管的主要技术性能6 1 5c e n t a c 压缩机简介6 1 5 1c e n t a c 工作原理6 1 5 2 机组描述7 1 5 3 中间冷却器9 1 5 4 冷却水要求1 0 1 6 本课题的来源10 1 7 循环水系统对c e n t a c 压缩机的影响及原因1 1 1 8 中间冷却器需要解决的问题1 2 1 8 1 中间冷却器传热元件的基本结构1 2 1 8 2 翅片几何形状对流动、换热及阻力性能的影响1 3 1 8 3 内翅片管冷却器的评价1 3 1 9 本文的主要工作13 第二章理论分析。1 5 2 1 传热原理。1 5 2 2 提高换热系数的途径1 6 2 3 国内外对流程布置的研究状况18 第三章换热管试验研究2 3 3 1 研究目的2 3 v 北京化工大学工程硕士学位论文 3 2 试验流程2 3 3 3 试验件参数2 4 3 4 测试过程2 5 3 5 测试分析2 5 3 5 1 导热系数2 6 3 5 2 阻力特性。2 6 3 6 实验结果2 7 3 6 1 换热及阻力实验关联式2 7 3 6 2 传热性能综合比较2 8 3 7 小节3 0 第四章波纹翅片管冷却器与直翅翅片管冷却器换热对比3 1 4 1 设备及流程3l 4 2 测定数据3 l 4 3 数据处理3 5 4 3 1 通过数据计算出波纹翅片管冷却器的管外膜传热系数3 5 4 3 2 通过实际测量数据计算出直翅翅片管冷却器的管外膜传热系数3 6 4 3 3 传热效率计算3 7 4 4 结果分析及结论。3 8 第五章污垢阻尼发展趋势。3 9 5 1 数据取得3 9 5 2 微生物的成因4 0 5 3 数据处理4 2 5 4 污垢的发展趋势4 3 第六章浅析压缩机循环冷却水系统的阻垢缓蚀方法。4 5 6 1 压缩机冷却水的工艺流程一4 5 6 2 水处理剂水处理和电子水处理的基本原理4 5 6 2 1 化学水处理方法工艺流程简介4 5 6 2 2 电子水处理方法工艺流程简介4 6 6 2 3 运行效果4 7 6 3 采用电子水处理出现的问题4 7 6 4 冷却器的清洗4 8 6 4 1 冷却器的清洗原理4 8 6 4 2 药剂浓度的确定4 9 v i ， 一 目录 6 5 循环水水质改进措施4 9 6 5 1 缓蚀阻垢剂的评选5l 6 5 1 1 静态试验5l 6 5 1 2 动态模拟试验5l 6 5 1 3 上业生产运行5 2 6 5 2 杀菌剂的优选一5 3 6 5 3 水冷器工艺改进5 3 6 5 4 旁滤系统改造5 4 6 5 5 物料泄漏处理方法的创新5 4 6 5 6 加强系统科学管理5 5 6 6 改进前后的效果对比5 5 6 7 经济效益5 7 6 7 1 直接经济效益5 7 6 7 2 间接经济效益5 8 6 8 小结5 8 第七章结论与展望 5 9 7 1 主要结论5 9 7 2 展望6 0 参考文献6 l 致谢。6 3 v l l 北京化工大学工程硕士学位论文 v i c o n t e n t s c h a p t e r1 p r e f a c e 1 1 1i n t e r s t a g ec h i l l e rp o s i t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n d 1 1 2t h es u m m a r i z e so nt h ec e n t r i f u g a la i rc o m p r e s s o rc e n t r ec h i l l e r 2 1 2 1s k e t c h 2 1 2 2a p p l i c a b i l i t ya n dd e s i g np a r a m e t e r ”2 1 3a d v a n t a g e sa n ds h o r t a g e so fv a r i o u sc e n t r ec h i l l e r s 3 1 3 1t h ep i p e t h ec e n t r ec h i l l e ro n l y 3 1 3 2t h ew i n gp i p e - t h ec e n t r ec h i l l e rp i e c e ”4 1 4t h es k e t c ho f r e s e a r c hi nt h ef i e l dp r e s e n t l y 5 1 4 1g e n e r a ls i t u a t i o n 6 1 4 2m a i nt e c h n o l o g yf u n c t i o n 6 1 5t h eb r i e fi n t r o d u c t i o no fc e n t a cc o m p r e s s i o ne n g i n e 6 1 5 1o p e r a t i n g p r i n c i p l e 6 1 5 2t h ed e s c r i p t i o nf o rt h ea i r c r a f tc r e w 7 1 5 3c e n t r ec h i l l e r 9 1 5 4c h i l l e dw a t e rd e m a n d s 1 0 1 6t h ep r o b l e ms o u r c e 1 0 1 7i m p a c ta n dc a u s eo f r e c i r c u l a t i n gw a t e rs y s t e mo nc e n t a c 1 1 1 8t h es o l v i n gp r o b l e mn e e d e df o rt h ec e n t r ec h i l l e r 12 1 8 1t h eb a s i cs t r u c t u r eo f t r a n s m i t h e a td e m e n to f c e n t r ec h i l l e r 1 2 1 8 2e f f e c to f w i n gs h a p eo nf l o w , h e a te x c h a n g ea n dr e s i s t a n c e 1 3 1 8 3t h ev a l u a t i o no f t h ei n n e rw i n gc h i l l e r 1 3 1 9t h em a i nw o r k so f t h ep a p e r 13 c h a p t e r 2t h e o r e t i c a la n a l y s i s 1 5 2 1h e a tc o n d u c t i o np r i n c i p l e ”15 2 2a p p r o a c ho f i m p r o v i n gt h ec o e f f i c i e n to f h e a tt r a n s f e r 1 6 2 3h o m ea n do v e r s e a sr e s e a r c hs i t u a t i o n 18 c h a p t e r 3 e x p e r i m e n ts t u d y i n go fh e a tt r a n s f e rt u b e 2 3 3 1s t u d yp u r p o s e 2 3 3 2t e s tt e c h n o l o g i c a lp r o c e s s 2 3 i x 北京化工大学工程硕士学位论文 3 3t e s tp a r a m e t e r s 2 4 3 4t e s t i n gp r o c e s s 2 5 3 5t e s ta n a l y s i s 2 5 3 5 1h e a tc o n d u c t i o nm o d u l u s 2 6 3 5 2r e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i cp r o p e r t y 2 6 3 6 e x p e r i m e n tr e s u l t s 2 7 3 6 1h e a tt r a n s f e ra n dr e s i s t a n c ec o r r e l a t i o n 2 7 3 6 2c o m p a r eo f h e a tp a s s a g ef u n c t i o n 2 8 3 7s e c t i o nc o n c l u s i o n 3 0 c h a p t e r 4c o n t r a s to fh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo fv a r i o u sc h i l l e r s 31 4 1e q u i p m e n ta n dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s s 3 1 4 2e x p e r i m e n td a t a 31 4 3d a t ah a n d l i n g 3 5 4 3 1o u t s i d ef i l mh e a tp a s s a g em o d u l u s f r o mc a l c u l a t i o nd a t a 3 5 4 3 2o u t s i d ef i l mh e a tp a s s a g em o d u l u s f r o mt e s t i n gd a t a 3 6 4 3 3c a l c u l a t i o no f h e a tc o n d u c t i n gr a t e 3 7 z 1 4r e s u l ta n a l y s i sa n dc o n c l u s i o n 3 8 c h a p t e r 5d e v e l o p i n gt r e n do fd i r td a m p 3 9 5 1g e t t i n gd a t a ，3 9 5 2t h ec a u s eo f m i c r o o r g a n i s mf o r m a t i o n 4 0 5 3d a t ah a n d l i n g 4 2 5 4t h ed i r td e v e l o p i n gt r e n d 4 3 c h a p t e r 6t h em e t h o do fh i n d e rd i r tf r o mp o s t p o n i n gl o s i n g 4 5 6 1t h ec h i l l e dw a t e rp r o c e s sf l o w 4 5 6 2b a s i cp r i n c i p l e 4 5 6 2 1c h e m i s t r yw a t e rt r e a t m e n tm e t h o d 4 5 6 2 2e l e c t r o nw a t e rt r e a t m e n tm e t h o d ：4 6 6 2 3h a n d l er e s u l t 4 7 6 3p r o b l e mo f e l e c t r o nw a t e rt r e a t m e n t 4 7 6 4t h ec h i l l e rw a s h i n g 4 8 6 4 1t h ec h i l l e rw a s h i n gp r i n c i p l e 4 8 6 4 2a s c e r t a i n i n gm e d i c a m e n tt h i c k n e s s 4 9 6 5 i m p r o v e sm e a s u r eo f r e c i r c u l a t i n gw a t e rq u a l i t y 4 9 x 目录 6 5 1s l o we c l i p s eh i n d e r sd i r t ya g e n t 一5 1 6 5 2b a c t e r i c i d e 5 3 6 5 3i m p r o v i n gh y d r o c o o l i n gp r o c e s s 5 3 6 5 4o t h e rf i l t e rs y s t e mr e f o n n 5 4 6 5 5h a n d l i n gm e t h o do f m a t e r i a ll e a k s 5 4 6 5 6r e i n f o r c es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ts y s t e m 5 5 6 6t h ec o n t r a s to fi m p r o v i n ge f f e c t 5 5 6 7e c o n o m i cb e n e f i t 5 7 6 7 1d i r e c te c o n o m i cb e n e f i t 5 7 6 7 2i n d i r e c te c o n o m i cb e n e f i t 5 8 6 8s e c t i o nc o n c l u s i o n 5 8 c h a p t e r 7t h ec o n c l u s i o na n d e x p e c t a t i o n 。”5 9 7 1m a i nc o n c l u s i o n 5 9 7 2 e x p e c t a t i o n 6 0 r e f e r e n e e s 6 1 c o n v e y t h a n k s 6 3 北京化工大学工程硕士学位论文 x i l 一 符号说明 符号说明 a ：传热面积，i n 2 配总传热系数，w m - 2 o 彳o ：管外壁表面积，m 2 a f ：管内壁表面积，m 2 鬼：管内膜传热系数，w m - 2 d h o ：管外膜传热系数，w m - 2 j n ：管内壁污垢热阻，m 2 w 1 ，o ：管外壁污垢热阻，m 2 1 ：管内壁热阻，m 2 w 。1 尸，：管内流体普兰特准数( 无因次数) j n i ：管内传热因子，无因次 函：管外径，m 九：管内流体的导热系数，w m - i o 仍：管程壁温校正系数，无因次 r d ：管内流体雷诺准数，无因次 4 t m ：对数平均温差， z j t h 热端温差， 1 1 ：热流体入口温度， 勿：冷流体出口温度， a t e 冷端温差， 乃：热流体出口温度， t t ：冷流体入口温度， 9 ：热流体负荷，w w h ：热流体质量流率，k g s 。 c 却：热流体比热，j k 季1 。 幻：流体定性温度， “：热端流体温度， 乙：冷端流体温度， r “：管内流体雷诺准数( 无因次数) d f ：管内径，m 北京化工大学工程硕士学位论文 g f ：管内流体质量流速，k g m - 2 s - l 彤：管内流体流率，k g s d & ：管程流通面积，m 2 i z i o ：定性温度下介质的粘度，p a s r ：管内流体普兰特准数( 无因次数) 2 i o 定性温度下介质的导热系数，w - m - i 1 c p i d ：定性温度下介质的比热，k j k 分1 d j i l j d ：以管外表面积为基准的管内膜传热系数，w m - 2 d j n c 管内传热因子，无因次 d o 管外径，m 办：管程壁温校正系数，无因次 w ：壁温下的流体粘度，p a s r e o ：壳程流体雷诺准数，( 无因次) g d ：壳程流体质量流速，k g m - 2 s - 1 既：壳程流体质量流率，蚝s 1 以：管子的当量直径，定义为4 倍管际空间的面积除以管子的润湿周长，1 1 1 尸f ：管心距，m s o 壳程流通面积，m 2 肋：壳程流体普兰特数，( 无因次) 2 0 d ：壳程定性温度下介质的导热系数，w m - 1 j g o d ：壳程温度下的流体粘度，p a s 。 c 茹d ：壳程定性温度下介质的比热，k j k 岔1 以 j h o ：壳程传热因子，无因次 也：管程壁温校正系数，无因次 锄：旁路档板传热校正系数，无因次 h 0 ：通过推导公式计算出的壳程传热系数，w m - 2 j z l p t 管程压力降，p a 彳e i 管内流体压力降，p a a p r 管程回弯压力降，p a z j p n i ：管程进出口嘴子压力降，p a r ：管程压力降污垢校j 下系数，与污垢热阻有关，无因次 | 一管长，m 驴管程数，无因次 俨管内摩擦系数，无因次 p i d ：定性温度下的密度，k g m 3 x j v 符号说明 g i n ：流体流经进出口嘴子的质量流速，k g m - 2 s 。1 如：管程进出口管嘴直径，m 尼：壳程摩擦系数，无因次 ：旁路挡板压力降校正系数，无因次 6 ：折流板块数，无因次 p o d ：定性温度下的密度，k g m 弓 4 p ，d ：壳程程压力降，p a “：壳程流体流速，m s d 三：管长，m x v 北京化工大学工程硕士学位论文 x v i 第一章前言 第一章前言 1 1 级问冷却器的地位及发展趋势 目前离心空气压缩机被广泛应用在空分、冶金、化肥、化工、制药、动力站 等领域。空分装置离