空冷器毕业设计--无相变流体空冷器设计

1、毕业设计（论文）任务书毕业设计（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：2008.3 学号：08011010311 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：230000kg/h 进口温度：165,出口温度：55,入口压力：0.2MPa,允许压降：60kPa,管内结垢热阻： 200.00017m2 / W,介质物性： 相对密度： 相对密度： 4 0.776,特性因数： F 12.1

2、, 黏度： 135 0.388103as, 50 0.714103as,空气设计温度：35,空气设计最 低温度：-10,空气侧污垢热阻：r o 0.00015m2/W,海拔高度：50m 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/T 153861994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,2010.1 3进度安排 马义伟.空冷器设计与应用.哈尔滨工业大学出版社，1998 设计（论文）各阶段名称起止日期 2012.02.27 至 2012.03.22 2012.03.24 至 2012.04.26 2012.04

3、.27 至 2012.05.27 2012.05.28 至 2012.06.01 2012.06.02 至 2012.06.13 1 资料收集，阅读文献，完成开题报告 2完成所有结构设计和设计计算工作 3完成所有图纸绘制 4完成设计说明书 5完成图纸和说明书的修改，准备毕业答辩 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

4、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 II ABSTRACTABSTRACT Heat exchanger is used one of industrial equipment, with the global of the shortage of water resources and people to protect the environment and taller to the requirement of, development of air cooling technology and equip

5、ment to meet the water saving, environmental protection and energy saving requirements, air condenser is the use of air cooling technology developed a kind of industrial production important equipment. In this paper the basic component of air condenser as bundle, structure, fans, etc. Parts are intr

6、oduced in this paper. Then according to the given condition selecting the dry air cooled heat exchanger design, including heat transfer area computation, heat transfer coefficient calculation, type design etc., and to some of the parts were structure design and intensity. KeywordsKeywords: :air cool

7、er; dry air cooled heat exchanger; type selection design; Process calculation III 目录 摘要摘要 . ABSTRACTABSTRACT . 第一章第一章绪论绪论 .1 1.11.1 空冷器的发展简介空冷器的发展简介 .1 1.21.2 空冷器的基本结构空冷器的基本结构 .2 1.31.3 空冷器的分类空冷器的分类.3 1.41.4 空冷与水冷的比较空冷与水冷的比较 .4 第二章第二章空冷器的总体设计空冷器的总体设计.6 2.12.1 设计条件设计条件.6 2.22.2 总体设计应考虑的事项总体设计应考虑的事项 .

8、6 2.32.3 冷却方式冷却方式.7 2.42.4 空冷器的工艺流程空冷器的工艺流程 .7 2.52.5 空冷器的结构型式空冷器的结构型式 .10 2.62.6 空冷器的通风方式空冷器的通风方式 .11 2.72.7 空冷器的平面布置空冷器的平面布置 .12 2.82.8 空冷器的调节方式空冷器的调节方式 .13 第三章第三章空冷器的方案计算及选型设计空冷器的方案计算及选型设计.15 3.13.1 热负荷计算热负荷计算.14 3.23.2 空冷器的方案计算空冷器的方案计算 .15 3.33.3 选型设计选型设计.16 第四章第四章空冷器的详细工艺计算空冷器的详细工艺计算.19 4.14.1

9、管内膜传热系数计算管内膜传热系数计算.19 4.24.2 风量和空气出口温度计算风量和空气出口温度计算.20 4.34.3 翅片膜传热系数的计算翅片膜传热系数的计算 .20 4.44.4 管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正 .21 4.54.5 各项热阻的计算和选取及总传热系数计算各项热阻的计算和选取及总传热系数计算 .22 4.64.6 传热温差和传热面积计算传热温差和传热面积计算.22 4.74.7 管内阻力计算和管外空气阻力管内阻力计算和管外空气阻力.23 4.84.8 风机功率的计算风机功率的计算.24 4.94.9 风机的过冬计算和风机的噪音估算

10、风机的过冬计算和风机的噪音估算.25 第五章第五章空冷器主要部件设计及强度计算空冷器主要部件设计及强度计算.26 5.15.1 管箱设计条件管箱设计条件.26 5.25.2 管箱筒体厚度的计算管箱筒体厚度的计算.27 5.35.3 螺栓的选用螺栓的选用.28 5.45.4 管板厚度计算和法兰厚度的选取管板厚度计算和法兰厚度的选取 .29 5.55.5 翅片管选取翅片管选取.31 5.65.6 配管配管.32 5.75.7 其它附件其它附件 .33 结论结论 .37 参考文献参考文献 .38 致谢致谢 .39 四川理工学院毕业设计（论文） 第一章绪论 1.1 空冷器的发展简介 空冷器，是利用空气

11、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

12、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(1005J kg K) 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

13、，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 1 第

14、一章绪论 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

15、大，其技术不断提高，结构型式日趋多样和 完善。 1.2 空冷器的基本结构 空冷器的基本结构型式如图 1-1 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 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 图 1-1空冷器的基本结构 2 四川理工学院毕业设计（论文） 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

16、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。 1.3 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

17、、蒸汽伴热式； 按压力等级可分为： 高压空冷器PN 10.0a和中、 低压空冷器PN 10.0a。 图 1-2 示出最常用的鼓风式、引凤式和斜顶式空冷器示意。 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 3 (a)(b)(c) 图 1-2鼓风式（a） 、引风式（b）和斜顶式空冷器（c）示意 第一章绪论 式的 40左右；结构紧凑；管内介质和管外空气分布不够均匀，

18、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 1-3。 （a）增湿型（b）喷淋蒸发型 图 1-3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 （c）湿面型 1.41.4 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

19、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，具体比较如表 1-1 和表 1-2 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

20、是比较经济。如把90有机液冷却到40（热负荷 1.136 106WW），空冷器 投资在低压范围内高34 倍，在高压范围内（如32.5a）约高 2530 4 四川理工学院毕业设计（论文） （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。 表 1-1空冷与水冷相比的优点 空 冷 的 优 点水 冷 的 缺 点 1. 对环境污染严重； 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

21、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30 40的自然冷却能力； 8. 无二次水冷却问题。 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。 表 1-2水冷与空冷相比的优点 水 冷 的 优 点空 冷 的 缺 点

22、 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。 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

23、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。 5 第二章空冷器总体设计 第二章空冷器的总体设计 2.12.1 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：0.2a 允许压降：60kPa 管内污垢热阻：0.00017m2 / W 介质物性： 20相对密度： 4 0.776 特性因数： F 12.1 黏度： 135 0.388103as 50 0.714103as 空气设计温度：35 空气设计最低温度：-10 空气侧污垢热阻：r o 0.00015m2/W 海拔高度

24、：50m 2.22.2 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； 6 四川理工学院毕业设计（论文） 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

25、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。 2.32.3 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（20,101.325kPa）为1005J/(kgK)，仅

26、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 4060W/(m2)，导致光管空冷器的总传热系数也很低，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

27、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 1-1 列出了空冷优于水冷的场合， 表 1-2 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。 2.42.4 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。 7 第二章空冷器总体设计 干式空冷器流程的结构型式 见图 2-1； 湿式空冷器流程的结构型式 见图 2-2； 干空冷加后湿空冷器流程的 结构型式见图 2-3； 干空冷加后水冷器流程的结 构型式见图 2-4； 干湿联合

28、空冷器流程的结构 图 2-1干式空冷器流程结构 型式见图 2-5； 在选取空冷器的工艺流程时，可参照表 2-1 的原则进行。 图 2-2湿式空冷器流程结构 图 2-3干空冷加后湿空冷器流程结构 8 四川理工学院毕业设计（论文） 流程优点 1.结构简单可靠，可用 干空冷 于高压系统 2.运转费用省 冷后温度低，可接近湿 球温度 5左右 表 2-1空冷器的各种流程比较 缺点适 用 范 围 1.广泛应用 2.热介质的冷后温度应 高于设计温度 1520 进口温度低的介质（如 低于 75）的冷却，常用 作干空冷的补充 图 2-5干湿联合空冷流程结构 图 2-4干空冷加后水冷器流程结构 冷后温度受限制，

29、不低于 设计气温 1520 进口温度不能过高，如高 压 80时会引起翅片表面 结垢 湿空冷 9 第二章空冷器总体设计 流程 干空冷 +水冷 优点 1.冷后温度低 2.设备紧凑 1.冷后温度低 缺点 1.需配置循环水系统 2.操作费用较高 1.占地比干空冷 +水冷略 大 2.操作要求较高 适 用 范 围 1.要求冷后接近干球温 度时 2.水源充足的地方 1.水源不足 2.要求冷后温度较低， 约高于湿球温度 5左右 1.中小处理量场合 2.大处理量干空冷器的 后冷器 干空冷2.操作费较前干空冷+ 3.喷淋水可重复使用 +湿空冷水冷省 30 干湿联 合空冷 1.设备紧凑，占地小 2.操作费用省 3.

30、冷后温度较低 1.结构较复杂 2.操作技术要求高 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。 2.5 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2-2 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 表 2-2空冷器的结构型式比较 优点 1.结构简单，管束与风机 叶轮

31、水平放置，根据风机在 管束的上下不同可分为引 水平式 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.直接与设备相联，减少 直联式管线和占地面积 2.投资省 检修略微困难 1.占地面积大 2.管内阻力比其它型式 较大 缺点适 用 场 合 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 置于塔或容器顶部的 小湿冷却设备 10 四川理工学院毕业设计（论文） 型式 优点 1.管束垂直地面，风机叶 缺点 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 适 用 场

32、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 直立式 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.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 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 斜顶式积比水平式小约 40 2.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.风机叶片置于管束上 方，避免了热风的再循环， V 字型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

33、2 结构设计和管线安装较 复杂 1.操作要求高 2.灵活性差 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 中、心处理量或大处理 量干空冷的后空冷 干湿联 合 1.占地面积小 2.操作费用省 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。 2.6 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 2-3 所示，根据具体情况选用一种通风方式。 通风方式优点 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 鼓风式 2.结构简单，安装检修方便 3.由于

34、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 表 2-3通风方式比较 缺点应 用 场 合 11 第二章空冷器总体设计 通风方式优点 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 3dB 缺点应 用 场 合 1.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

35、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 10 1. 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. 引风式 大 处 理 量 的 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 热电工厂，如大 型电站的汽轮 机乏汽冷凝冷 却 通过表 2-3 通风方式的比较本设计空冷器通风方式选引风式。 2.7 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

36、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。 12 四川理工学

37、院毕业设计（论文） 2.8 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

38、空气阻力增加，从而减少风量。其调节 特性如图 2-6 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 风 量 80 100 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

39、果明显。 分调风量：当同一台风机向一个以上 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 60 40 20 0 0306090 叶片开启角度 图 2-6百叶窗调节特性 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 13 第二章空冷器总体设计 关”即可。 联合调节 风机和百叶窗组成的联合调节如图 2-7 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

40、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 2-7热风再循环空冷器的联合调节 14 四川理工学院毕业设计（论文） 第三章空冷器的方案计算及选型设计 3.13.1 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

41、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 3.1-1 中API指数公式和焓差公式计算 20 4 0.776； F 12.1；T 1 165；T 2 55 141.5 API指数公式:(3-1) API 131.5 20(0.99417 4 0.009181) 141.5 则有： API 131.5 49.76 (0.99417 0.776 0.009181) 焓差公式：(3-2)H i (0.3718 0.001972 API) 0.4754103(T 1 T 2 ) (T 1 T 2 )(0.0533K F 0.3604)4.1855 H i (0.3718 0

42、.00197249.76) 0.4754103(165 55) 代入数据则有： (165 55)(0.053312.1 0.3604)4.1855 265.9kJ kg 总热负荷：Q W i H i 230000265.91000/3600 16.99106W(3-3) 3.23.2 空冷器的方案计算 总传热系数的选取：根据5中表 3.6-1 中液体冷却，取 0 =350W/(m2) 估算空气出口温度：按5中式 3.7-1 T 1 T 23t t 0.8810KF (t 1 ) (3-4) 21Ot 2 已知：空气入口温度t 1 =35；热流温差T 1 T 2 16555=110 查5中图 3

43、.7-1 得温升校正系数F t 1.17； 165 55 t 2 35 0.881033501.1735 62.03则： 2 15 第三章空冷器方案计算及选型设计 取t 2 62 对数传热温差的计算 由对数平均温差公式： T t T 2 t 1 T m 12(3-5) T 1 t 2ln T 2 t 1 165625535 50.64Tm得： 16562 ln 5535 温差修正系数F t 由温度效率 P 和温度相关因素 R 决定。 P t 2 t 1 / T 1 t 1 (3-6) R T 1 T(3-7) 2 /t 2 t 1 温差校正，由式(3-6)和式(3-7) P 6235/ 165

44、35 0.21 R 165 55/62 35 4.07 取 =2Ntp。查5中图 3.8-8，得温差修正系数 F t =0.95，则传热平均温差为 T T m F t 50.640.95 48.12 传热面积（以光管外表面积为基准）的估算 Q 16.99106 2A R 1009.04m T35048.12 0 总风量估算 空冷器总风量按下式计算 Q (3-7) V a C Pa t 2 t 1 则空冷器总风量为： Q 16.991063600 V 1.87106m3/h a C Pa t 2 t 1 1.2051005 62 35 3.3 选型设计 选取管排数 由T 1 t 1 16535

45、130 16 四川理工学院毕业设计（论文） T 1 t 1 130 0.371 K 0 350 查6中图 4-10，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vNF 由6中表 4-4，选取标准迎面风速为 2.5 米/秒；面积比为 7.6。 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 A F、 A 0 ，再根据传热计算求得A 0 ，对A 0 和A 0 进行比较，至二者接近时为止。列表计 c 1005算如下：1.2， 空气出口温升假定值(t2t1)40 140.9 1070.7 46.5 1043.1 41 142.9 1