空氣冷卻器基礎(chǔ)

第三章空氣冷卻器一、基本類型及特點(diǎn)二、總體設(shè)計(jì)考慮因素三、空氣側(cè)膜傳熱系數(shù)及阻力四、強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)機(jī)功率五、自然通風(fēng)的風(fēng)筒高度

1第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類

空氣冷卻器的基本部件如下：管束—由管箱、翅片管和框架組合構(gòu)成。需要冷卻或冷凝的流體在管內(nèi)通過，空氣在管外橫掠流過翅片管束，對(duì)流體進(jìn)行冷卻或冷凝；軸流風(fēng)機(jī)—一個(gè)或幾個(gè)一組的軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)使空氣流動(dòng)；構(gòu)架—空氣冷卻器管束及風(fēng)機(jī)的支承部件；附件—如百葉窗、蒸汽盤管、梯子、平臺(tái)等；2第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類

3第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類空氣冷卻器分類：

①按管束布置方式分為：水平式、立式、斜頂式等。②按通風(fēng)方式分為：鼓風(fēng)式、引風(fēng)式和自然通風(fēng)式。③按冷卻方式分為：干式、濕式和干濕聯(lián)合式。④按工藝流程分為：全干空冷、前干空冷后水冷、前干空冷后濕空冷、干濕聯(lián)合空冷。⑤按安裝方式分為：地面式、高架式、塔頂式（在塔頂上和塔聯(lián)成一體）。⑥按風(fēng)量控制方式分為：停機(jī)手動(dòng)調(diào)角風(fēng)機(jī)、不停機(jī)自動(dòng)調(diào)角風(fēng)機(jī)、自動(dòng)調(diào)角風(fēng)機(jī)和自動(dòng)調(diào)速風(fēng)機(jī)、百葉窗調(diào)節(jié)式。⑦按防寒防凍方式分為：熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)式、熱風(fēng)外循環(huán)式、蒸汽拌熱式以及不同溫位熱流體的聯(lián)合等形式。

4第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)水平式－鼓風(fēng)式適用于任何場(chǎng)合。管束水平放置，為防止冷凝液滯留管中，管子應(yīng)傾斜3o或１％。鼓風(fēng)式風(fēng)機(jī)葉輪呈水平放置，置于管束下方。進(jìn)入葉片的是冷空氣。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便、管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻。缺點(diǎn)是占地面積較大，管內(nèi)流動(dòng)阻力較斜頂式大。5第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)水平式－引風(fēng)式引風(fēng)式風(fēng)機(jī)葉輪呈水平放置，置于管束上方。進(jìn)入葉片的是熱空氣。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便、管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻。缺點(diǎn)是占地面積較大，管內(nèi)流動(dòng)阻力較斜頂式大。6第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)直立式－風(fēng)機(jī)葉輪垂直放置管束立放，風(fēng)機(jī)葉輪可垂直或水平放置。多用于濕式空冷，干濕聯(lián)合空冷或小型冷卻裝置。安置方向應(yīng)與平時(shí)的風(fēng)向配合。一般用于氣體冷凝冷卻，也適用于真空系統(tǒng)。進(jìn)入葉片的是熱空氣或增濕后的熱空氣。

優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。管內(nèi)流體阻力較水平式小。缺點(diǎn)是管束中空氣分布不均勻，易受外界自然風(fēng)的干擾；管束不易太長，否則其剛度下降。7第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)直立式－風(fēng)機(jī)葉輪水平放置管束立放，風(fēng)機(jī)葉輪可垂直或水平放置。多用于濕式空冷，干濕聯(lián)合空冷或小型冷卻裝置。安置方向應(yīng)與平時(shí)的風(fēng)向配合。一般用于氣體冷凝冷卻，也適用于真空系統(tǒng)。進(jìn)入葉片的是熱空氣或增濕后的熱空氣。

優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。管內(nèi)流體阻力較水平式小。缺點(diǎn)是管束中空氣分布不均勻，易受外界自然風(fēng)的干擾；管束不易太長，否則其剛度下降。b型結(jié)構(gòu)略復(fù)雜。

8第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)斜頂式－鼓風(fēng)式適用于任何場(chǎng)合。風(fēng)機(jī)葉輪水平放置，置于管束下方。進(jìn)入葉片的是冷空氣。

優(yōu)點(diǎn)是管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻。傳熱系數(shù)比水平式略高，管內(nèi)流動(dòng)阻力小。占地面積較小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)略復(fù)雜。

9第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)斜頂式－引風(fēng)式管束斜放呈人字形，夾角一般在60o左右。百葉窗置于管束上方，風(fēng)機(jī)置于管束下方空間的中央。優(yōu)點(diǎn)是管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻。傳熱系數(shù)比水平式略高，管內(nèi)流動(dòng)阻力小。占地面積較小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)略復(fù)雜。

10第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)增濕空冷器－水平式適用于相對(duì)濕度低于30％的干燥炎熱地區(qū)?？諝饨?jīng)過增濕室和水分離板后進(jìn)入管束。在空氣入口處噴霧狀水，借水蒸發(fā)使干燥的空氣增濕而接近空氣的濕球溫度。增濕后的低溫空氣經(jīng)過水分離板除去水滴，再橫掠翅片管束。耗水量較大，增加了空氣側(cè)的流動(dòng)阻力。11第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)增濕空冷器－噴淋蒸發(fā)濕式空冷器在氣溫較高而且比較干燥的地區(qū)，干濕球溫差不小于14℃，則可采用噴淋水使空氣增濕，將空氣干球溫度降低到接近濕球溫度，使傳熱溫差加大，提高傳熱效果。管外膜傳熱系數(shù)比普通干式空氣冷器高3～5倍（3）。同時(shí)兼有增濕和蒸發(fā)空冷的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際消耗水量很少。在換熱管束前方設(shè)置若干個(gè)噴頭，噴頭將霧化水滴均勻地噴向管束。霧化水滴直接噴射在管束表面，形成一層薄水膜，水膜蒸發(fā)的汽化潛熱使管束的換熱能力大幅度提高。噴頭易堵塞造成噴淋不均勻，采用高翅片、小片距的管束，水膜易在翅片間出現(xiàn)架橋現(xiàn)象，致使水霧不能直接噴淋到翅片管表面，降低了效果。12第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的空冷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

結(jié)構(gòu)形式

適用場(chǎng)合及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)增濕空冷器－表面蒸發(fā)式空冷器表面蒸發(fā)空冷是由光管組成的一種空冷裝置，利用管外水膜的蒸發(fā)帶走熱量，借以把管內(nèi)流體的溫度降到所需溫度。由分配器將冷卻水向下噴淋到傳熱管表面，使傳熱管外表面上形成連續(xù)均勻的薄水膜。

表面蒸發(fā)空冷具有結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)的溫度很低時(shí)，由于蒸發(fā)量小也會(huì)影響表面蒸發(fā)空冷的使用效果。當(dāng)管壁溫度處于露點(diǎn)時(shí)，易產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕。因采用光管，流動(dòng)阻力較低。

13第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)（1）L形翅片管L型繞片管是通過把彎成L形的鋁帶拉緊后纏繞在芯管上制造而成的。最高使用溫度：鋼管鋁片T≤180℃；鋁管鋁片T≤150℃；最高使用壓力：鋼管P≤32.0MPa；鋁管P≤0.25MPa；

制造簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜，使用最多。翅片易松動(dòng)，增大接觸熱阻。由于鋁翅片的剛度不夠，翅片的抗倒伏性能較差。在濕空冷時(shí)壽命較短。14第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)（2）LL形翅片管LL形翅片管翅片根部互相重疊，與管壁接觸良好，適于濕空冷器。使用溫度比L型翅片管略高。

LL型翅片管可以部分克服L型翅片管的翅片易松動(dòng)，接觸熱阻大的缺點(diǎn)。保證了對(duì)管壁的完全覆蓋，傳熱性能比L型翅片管略好。缺點(diǎn)是加工難度增加，價(jià)格可能略有提高。15第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)(3)G形鑲嵌式翅片管鋁片嵌入鋼管表面被擠壓到約0.25～0.5毫米深的螺旋槽中，同時(shí)將槽中擠出的金屬用滾輪壓回翅片根部優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高（有資料表明比L形翅片高約20％）。工作溫度鋼管鋼片≤400℃，鋼管鋁片≤260℃。缺點(diǎn)是不耐腐蝕，造價(jià)高。

16第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)（4）KLM形翅片管KLM翅片管是L型繞片管的一種。制造中多了兩道滾花工藝，使其綜合性能超過了其它所有翅片管。傳熱性能好，接觸熱阻小；翅片與管子的接觸面積大，貼合緊密、牢靠，承受冷熱急變能力較佳；翅片根部抗大氣腐蝕性能高。17第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)（5）DR雙金屬軋片管雙金屬軋片管是較理想的抗腐蝕型管子，它完全克服了L、LL繞片管的缺點(diǎn)。內(nèi)外管可以分別選材，內(nèi)管可選用碳鋼、不銹鋼、黃銅等；管外可一般采用鋁或銅。經(jīng)過軋制內(nèi)外管子可以緊密結(jié)合在一起。主要優(yōu)點(diǎn)有許用溫度高，可達(dá)260℃；抗腐蝕性能好，壽命長；傳熱性能好，壓力降小；翅片和管子形成一個(gè)整體，剛度好。缺點(diǎn)是價(jià)格較其它翅片管高，重量大。18第三章空氣冷卻器

一、基本類型及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及分類幾種典型的翅片管及適用范圍

翅片管形式

適用范圍優(yōu)缺點(diǎn)（6）橢圓形翅片管鋼制橢圓管套矩形翅片，然后熱浸鍍鋅?；驘峤冧\纏繞式橢圓鋼翅片管。使用范圍寬廣。比具有相同周長的圓管，水力直徑小，管內(nèi)傳熱系數(shù)高；橢圓翅片管束通常以短軸面迎風(fēng)，氣流流動(dòng)平滑管子后面形成的渦流小，因此空氣流動(dòng)阻力比圓管減少約30％，特別適合用于自然通風(fēng)空冷器；迎風(fēng)面積小、比較緊湊，占地面積只有圓管的80％。19第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素1總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)①根據(jù)工藝介質(zhì)的冷凝冷卻要求及所建裝置的水源、電力情況，進(jìn)行空冷與水冷的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定使用空冷器的合理性；②根據(jù)熱介質(zhì)要求的冷卻終溫、環(huán)境條件，確定空冷器的型式；③按經(jīng)驗(yàn)總傳熱系數(shù)初步估算所需的換熱面積，選擇空冷器型號(hào)；④根據(jù)工藝介質(zhì)的操作條件及物性，對(duì)初選型號(hào)進(jìn)行精確核算：管內(nèi)膜傳熱系數(shù)及阻力降、管外傳熱系數(shù)及阻力降、總傳熱系數(shù)、有效平均溫差，進(jìn)而計(jì)算所需傳熱面積。如果所選型號(hào)的面積不足或偏大，需調(diào)整型號(hào)，重復(fù)前面計(jì)算，直至所選型號(hào)滿足設(shè)計(jì)要求。然后再對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行核算。若選用的是濕式空冷或干濕聯(lián)合空冷，還需計(jì)算噴水量及水的蒸發(fā)量；⑤根據(jù)裝置生產(chǎn)特點(diǎn)，綜合考慮空冷平豎面布置及控制方案；⑥考慮噪聲、防凝防凍等方面的問題。20第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素2有關(guān)參數(shù)的選擇-總體形式選擇

（1）前干空冷-后水冷a.水源充足；a.需有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)；b.要求介質(zhì)終端溫度冷至b.操作費(fèi)和檢修費(fèi)較大；接近大氣濕球溫度；c.裝置內(nèi)場(chǎng)地較緊湊。

c.熱介質(zhì)終端溫度控制較差。

（2）前干空冷-后濕空冷a.水源不充足，水耗約為后冷器a.后濕冷占地面積大；的5％～10％左右；b.要求介質(zhì)終端溫度高于大氣濕b.操作費(fèi)技術(shù)比后冷要求高。球溫度5℃左右；c.操作費(fèi)用比后冷小20％～40％。

適用場(chǎng)合及特性不足之處21第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素2有關(guān)參數(shù)的選擇-總體形式選擇

（3）干濕聯(lián)合空冷a.適于中小處理能力場(chǎng)合；a.操作技術(shù)要求高。b.占地面積小；c.操作費(fèi)用省。（4）全干空冷a.寒冷地區(qū)；b.介質(zhì)終溫比夏季設(shè)計(jì)氣溫高15℃～20℃；c.運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)最省。適用場(chǎng)合及特性不足之處22第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素2有關(guān)參數(shù)的選擇-總體形式選擇

（5）全濕空冷a.作為干空冷的補(bǔ)充手段；a.進(jìn)口溫度高于80℃時(shí)，b.進(jìn)口溫度低的介質(zhì)，并且介質(zhì)翅片管表面易結(jié)水垢。冷卻終溫高于濕球5℃。適用場(chǎng)合及特性不足之處23第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素2有關(guān)參數(shù)的選擇-管排數(shù)的選擇（依據(jù)過程選擇）

（1）冷卻過程（2）冷凝過程

輕碳輕化合物輕碳輕化合物（汽油、煤油等）4或6（汽油、煤油等）4或6輕柴油4或6水蒸氣4重柴油4或6重整或加氫反應(yīng)器潤滑油4或6出口氣體6塔底重質(zhì)油6或8塔頂冷凝器4或6煤氣4汽缸冷卻水4過程類別建議管排數(shù)過程類別建議管排數(shù)24第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素2有關(guān)參數(shù)的選擇-管排數(shù)的選擇（依據(jù)管內(nèi)介質(zhì)溫度選擇）

△T≤6－3

6＜△T≤10＜3003

50＜△T≤100＜2005

100＜△T≤170＜1006△T＞170－8或以上熱流體溫度變化范圍總傳熱系數(shù)/(W/m2.K)建議管排數(shù)25第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素3迎風(fēng)面速度底選擇

3456783.152.842.742.542.442.82.52.33.153.02.832.752.582.5標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度(m/s)管排數(shù)26第三章空氣冷卻器

二、總體設(shè)計(jì)考慮因素4翅片管類型的選擇

＞2000高翅1200～2000高翅或低翅120～1200低翅＜120光管管內(nèi)膜傳熱系數(shù)，W/(m2.℃）選用翅片類型27第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器1.圓形翅片管

強(qiáng)制通風(fēng)條件：膜傳熱系數(shù)：

引風(fēng)式空冷則應(yīng)根據(jù)管排數(shù)取下表管排校正系數(shù)，對(duì)上式進(jìn)行校正。28第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器1.圓形翅片管

強(qiáng)制通風(fēng)條件：

阻力計(jì)算：

當(dāng)2000≤Rea＜5000，1.8≤St/dr＜4.6時(shí)，

正三角形排列：

橫向管心距與縱向管心距不相等的三角形排列：

29第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器1.圓形翅片管

自然通風(fēng)條件：自然通風(fēng)的風(fēng)速一般低于1m/s，而低風(fēng)速下園翅片管的傳熱和阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常缺乏?，F(xiàn)根據(jù)對(duì)低風(fēng)速下圓翅片管的傳熱和流動(dòng)阻力研究的結(jié)果，推薦以下的計(jì)算關(guān)聯(lián)式，僅供參考。

以基管外表面積為基準(zhǔn)的管外膜傳熱系數(shù)：

1100≤Rea≤3000

空氣通過園翅片管束的阻力：0.35m/s≤Un≤0.95m/s

30第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器2.橢圓翅片管

強(qiáng)制通風(fēng)條件：2300≤Re≤15000（ua≥1.0m/s）

膜傳熱系數(shù)：

流動(dòng)阻力：31第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器2.橢圓翅片管自然通風(fēng)條件：800＜Re＜2300（ua＜1.0m/s）

膜傳熱系數(shù)：

m,n的算法與強(qiáng)制通風(fēng)不同。

流動(dòng)阻力：32第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力干式空冷器3.橢圓管繞鋼制翅片I型翅片管

強(qiáng)制通風(fēng)條件：3000＜Re＜9000

膜傳熱系數(shù)：

流動(dòng)阻力：33第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力濕式空冷器1.早期模型

強(qiáng)制通風(fēng)條件：Gmax＝2～6kg/m2·s；Bl＝80～370kg/m2·s；θ＝5～20。

膜傳熱系數(shù)：

溫度準(zhǔn)數(shù)空氣入口干球溫度入口處的露點(diǎn)溫度

流動(dòng)阻力：34第三章空氣冷卻器

三、空氣側(cè)傳熱系數(shù)與阻力濕式空冷器2.LPEC模型洛陽石化工程公司和西安交通大學(xué)合作，對(duì)濕式空冷的最佳結(jié)構(gòu)