離心空壓機中間冷卻器概述

1、離心空壓機中間冷卻器概述薛 斌（沈陽鼓風機廠部，沈陽110021）摘 要 介紹了如何按離心空壓機的參數來選擇合適的中間冷卻器的結構形式。關鍵詞 離心空壓機 中間冷卻器 光管 翅片管l 前言目前離心空壓機被廣泛應用在空分、冶金、化肥、化工、制藥、動力站等領域。離心壓縮機要實現等溫壓縮，效率優(yōu)化，保證出口壓力和溫度指標，各段間要配置中間冷卻器。由于壓縮機對各段間允許的壓力損失和進口溫度的嚴格要求，決定了中間冷卻器設計選型的特殊性。中間冷卻器幾乎涵蓋了所有管殼式換熱器的結構形式，這正體現了它集各種形式換熱器優(yōu)點于一身的設計理念。同時也是應對多種機型，大跨度工況范圍的必然選擇。中間冷卻器有壓縮機之肺的

2、形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響壓縮機的氣動性能和整機效率。隨著為離心空壓機配套的中間冷卻器的增多，一個適應各種工況和不同機型的冷卻器系列也自然形成，在此做一簡單概述。2 中間冷卻器的適用范圍和設計參數確定為了更深入的理解中間冷卻器的多樣性和復雜性，了解其適用范圍、特征和重要參數的取值依據是非常必要的。下面是據此歸納的特性表。表1 中間冷卻器技術特性介質流量范圍Nm3/h壓力范圍MPa溫度范圍（進出）相對濕度%允許壓力損失MPa 污垢系數m2·h·/kcal空氣3000300000150/9035/500100冷卻水108000,320/3335/45從表1中可以著出

3、：溫度范圍、允許壓力損失、污垢系數三項指標數值攣餞披小，而空氣的流量范圍、壓力范圍、相對濕度三項指標變化范圍較大。熱負荷（換熱量>的大小是決定換熱器面積的主要因素，而上述三項指標的大范圍工況跨度決定了熱負荷（換熱量）的差異很大，在中間冷卻器幾何外形上的反映尤為直觀，表2可見一般。表2中間冷卻器特征直徑(mm)總長(mm)重量(kg)容器類別400260020001300030038000I類-II類溫度變化范圍和允許壓力損失范圍從數值上看波動范圍小，但這兩項指標恰恰是中冷器必須嚴格遵循指標，是保證壓縮機在性能曲線上運行的前提。在國外的中冷器技術協(xié)議中，經常見到諸如：出口溫度升高一度，壓力

4、損失超過一毫巴，扣除貨款x%的附加條款，可見這兩項指標對整個機組的重要程度。相對濕度是當時當地大氣的相對濕度，隨著季節(jié)和天氣的變化而變化，進入壓縮機經過一段壓縮和冷卻后，飽和分壓達到100%，過飽和部分冷凝析出。以出口壓力lMPa的空壓機為例，占75%的水蒸氣在中冷器內被冷凝排出，所以中間冷卻器的設計中要增設冷凝水的分離排放系統(tǒng)。污垢系數在整個中冷器運行中是一個逐漸增大的數值，它的存在對有效換熱是一種阻礙（也稱熱阻），在設計中應予以重視，通常污垢系數的取值是在最惡劣工況下且滿足中冷器使用的極限值，在充分考慮空氣環(huán)境，檢修周期，水質條件的前提下，由用戶和設計方共同確認，保證中冷器和真實工況的吻合

5、，實現中冷器效益的最大化。3 中間冷卻器的結構形式與適用場合中間冷卻器的核心元件是換熱管，在中冷器中，換熱管有以下幾種形式：光管，翅片管。光管制成的中間冷卻器主要是GB151中定義的換熱器形式，即：固定管板式；浮頭式；U型管式；填料函式。換熱管規(guī)格為：25；20；l9；16。材質為：20#；不銹鋼；銅及銅合金。在流量小于30000Nm3/h；進氣壓力小于1.6MPa：機組為雙層布置；對壓力損失要求不嚴格；機組作為動力站使用時，可采用固定管板式、浮頭式中冷器，殼程走高溫空氣，管內走冷卻水。這兩種換熱器浮頭式優(yōu)于固定管板式，因為浮頭式結構可消除溫差應力，管束可更換，缺點是成本高于固定管板式換熱器。

6、在流量小于30000Nm3/h；進氣壓力大于4.OMPa對壓力損失要求嚴格，可采用U型管式、填料函式中冷器，管內走高溫空氣，殼程走冷卻水。在相同殼徑下，u型管式為兩程，而填料函式為單程，所以填料函式中冷器的損失小于U型管式結構，而制造成本則相反，在設計中可視損失要求而定。在中冷器后單獨配備分離器實現對冷凝水的分離排除?？傮w而言：光管形式的中間冷卻器設備大，壓力損失大，單位體積換熱面積小，換熱效率低，一般用在非重要的場合，不作為中間冷卻器的首選形式，但因其成本低，維護簡單，使用壽命長，制造工藝成熟，還有一定的應用領域，特別是u型管式、填料函式中冷器在空氣壓力較高的場合，是其他形式的換熱器無法替代

7、的。在中間冷卻器的全流量范圍內，進氣壓力小于7MPa；對壓力損失控制嚴格；要求中間冷卻器體積小，結構緊湊，換熱效率高，冷卻水耗量小的場合，可采用翅片管一中間冷卻器。同時，各種翅片管形成的換熱器，有其各自的特點。翅片管分為：板翅、繞翅、復合翅片管、內翅片管等幾種形式。中間冷卻器通常由殼體，管束，前、后蓋，內置式分離器組成。殼側（即翅片側）走高溫氣體，管內走冷卻水。管束由翅片管和管板組成，是完成換熱的場所，此類中間冷卻器的設計，就是圍繞管束的設計展開的。在氣一水換熱中，氣側的傳熱系數與水側的傳熱系數相差至少一個數量級，強化氣側傳熱系數，是增大總傳熱系數，提高換熱效率的關鍵，翅片管的翅化比（單位長度

8、的翅片管面積與光管外表面積之比）通常在12以上，這大大彌補了氣側傳熱的先天不足，是光管換熱器望塵末及的。氣體在翅片間的流通面積大、流程短，壓力損失小。管材規(guī)格：19；18；l6；0.4mm。材料：Al；T2。換熱管與翅片連接方式：脹接；釬焊，擠壓復合。板翅管是由一張張矩形的板片與換熱管脹接成一個單元換熱管，再由單元組成管束。板片先經沖壓成形，按等邊三角形或轉角正方形沖出管孔，將換熱管穿入孔中，管內打彈脹接成形。如在板翅上再開些溝槽，強化流經氣體的湍流程度，換熱效果會更好。板翅和換熱管材料：Cu，A。該類型管束適用于流量小，氣速低，氣壓低，氣流穩(wěn)定的場合，它的換熱性能較好，但強度低，抗振動能力差

9、，脹接不好板翅與換熱管易脫落。由于制造工藝限制，管束不能做大。釬焊翅片管也叫繞片管，是用銅帶纏繞在銅或銅合金換熱管上；再用錫焊固定而成。翅片管外觀質量好，片厚勻均，換熱管截面有圓型和橢圓型兩種，成型過程中對換熱管沒有機械損傷。該類型翅片管制成的管束，適合于全流量范圍，但最高氣溫應小于130，換熱管與管板的連接不宜采用焊接結構。 復合翅片管是近幾年來大量使甩的換，熱管材料，它是在基管外套一厚壁鋁管，通過專用軋輥，將鋁管扎制成規(guī)定高度的翅片，同時，翅片根部殘留的鋁管部分被牢牢地擠壓扎緊在基管上，不看翅片管斷面，很難想象是兩種材料復合而成的翅片管。翅片是鋁(Al)，基管可以是20#、不銹鋼、銅及銅合

10、金。翅片間距和翅片厚度通過調整軋輥間隙極易實現，設計的自由度大為增強。軋制的過程也是鋁翅片冷作硬化的過程，加之后續(xù)的堿洗，烘干，翅片表面形成氧化膜，起到了防腐的作用。這種翅片管的整體性好，堅固耐用，適用范圍廣，換熱效果也很理想，在一些重要項目，重大產品上多采用此類翅片管做中間冷卻器，效果很好。內翅片管是一種新型的換熱管結構，它主要作為小流量，組裝式離心壓縮機配置的中間冷卻器和出口冷卻器。換熱管與翅片為銅材，翅片夾裝在換熱管內，制成管束后，組裝在壓縮機級間管路內，管內走高溫氣體，管外走冷卻水，翅片管長度l米左右。這種中間冷卻器換熱效率很高，壓力損失很小。上述中間冷卻器的出口側，都加裝分離器，分離冷凝水，匯集到設備底部由疏水器排出。翅片管式中間冷卻器在離心空壓機中大量應用，它的結構緊湊，低耗高效