空冷式換熱器

空冷式換熱器第1頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二一、概述1.空冷器的發(fā)展概況

2.空冷方式與水冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較第2頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二1.空冷器的發(fā)展概況空冷式換熱器，簡稱空冷器，它是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，依靠翅片管擴(kuò)展傳熱面積強(qiáng)化管外傳熱，靠空氣橫掠翅片管管束后的空氣溫升帶走管內(nèi)熱負(fù)荷，達(dá)到冷凝、冷卻管內(nèi)熱流體的目的。在煉油、化工行業(yè)中空冷器是主要的工藝設(shè)備之一，故其研究倍受重視，從其設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到其傳熱機(jī)理的研究與實(shí)驗(yàn)一直都在進(jìn)行。本來水是最理想的冷卻介質(zhì)，所以傳統(tǒng)的工業(yè)冷卻系統(tǒng)都是水冷。但自二十世紀(jì)四十年代以來，隨著工業(yè)，特別是煉油、化工、動力冶金工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量急劇增加，出現(xiàn)了水供應(yīng)不足，而且人們對保護(hù)環(huán)境、防止工業(yè)用水對江河湖海污染的呼聲日益高漲，同時(shí)由于能源日益短缺，要求最大限度地節(jié)約能源。鑒于這些原因，迫切要求開發(fā)新的冷卻介質(zhì)和冷卻設(shè)備。取之不盡、用之不竭的空氣就自然受到了人們的重視。

第3頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

在一個相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，空冷器未受重視的原因，主要是空氣熱焓值太低，其比熱為0.24千卡/公斤℃，僅為水的1/4，因此在相同冷卻熱負(fù)荷下，需要的空氣量將是水的4倍。而且空氣的密度、給熱系數(shù)又遠(yuǎn)比水小，所以若用常規(guī)的傳熱元件，空冷器的體積勢必比水冷器大的多。又由于大氣溫度隨氣候、季節(jié)、晝夜變化大，被冷介質(zhì)的出口溫度不易控制。所以直到二十世紀(jì)二十年代，才出現(xiàn)第一臺空冷器。這臺空冷器安裝在美國西部一個煉油廠，作為排汽冷凝器。它采用立式布置管束，自然通風(fēng)。1930年開始用單面立式和臥式布置的翅片管管束，并用風(fēng)機(jī)驅(qū)動空氣，這一發(fā)展可以說是空冷技術(shù)發(fā)展史上的一次突破。在二十世紀(jì)五十年代以前工業(yè)裝置上空冷器都是干空冷，結(jié)構(gòu)型式和操作經(jīng)驗(yàn)很不完善。以后為了提高冷卻性能、擴(kuò)大適用范圍，從多方面進(jìn)行了改進(jìn)。例如：第4頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二①為了適應(yīng)高氣溫要求，發(fā)展了濕式空冷器，干、濕聯(lián)合空冷；②為了適應(yīng)低氣溫與高粘、易凝流體的冷卻，設(shè)計(jì)出了內(nèi)、外熱風(fēng)再循環(huán)、自調(diào)百葉窗、加熱蒸汽盤管、縱向內(nèi)翅片管等等；③為精確控制工藝介質(zhì)的出口溫度和節(jié)約動力消耗，發(fā)展了自調(diào)傾角風(fēng)機(jī)、自動調(diào)速風(fēng)機(jī)、變頻電機(jī)等等；④為了適應(yīng)各種操作溫度和壓力，研制出了多種結(jié)構(gòu)型式的管束和管箱，如水平式、斜頂式、立式管束，絲堵式、可卸蓋板式、可卸帽蓋式、集合管式、分解式管箱；⑤為了提高傳熱效率、耐腐蝕性能、降低功率損耗，出現(xiàn)了數(shù)十種不同類型的翅片管，如I型簡單繞片管、L型繞片管、LL型繞片管、滾花型繞片管、鑲嵌式翅片管、雙金屬軋制翅片管、橢圓翅片管、開槽翅片管等等；⑥為了降低噪聲，提高風(fēng)機(jī)效能，發(fā)展了各種風(fēng)機(jī)葉型和傳動型式，如R型、B型玻璃鋼葉片，鑄鋁葉片、鋁合金葉片、V帶傳動、同步帶傳動、齒輪減速器傳動、電動機(jī)直接傳動等等。

第5頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

總之，隨著空冷器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其技術(shù)不斷提高，結(jié)構(gòu)型式日益完善。目前空冷器使用的場合很廣，除煉油廠、石油化工廠大量使用外，在液化天然氣、液化石油氣、煤的液化、煤氣管道、火力發(fā)電、柴油機(jī)發(fā)電、海洋工程、原子能工程以及城市垃圾處理等裝置中都在使用。我國自1964年研制成功空冷器以來，在煉油廠和石油化工廠迅速得到應(yīng)用，從輕油到重油、渣油，從正壓到負(fù)壓，從炎熱的南方到嚴(yán)寒的北方，從水源充足的地區(qū)到缺水地區(qū)，都已成功地使用了空冷器。1）在煉油工業(yè)中的應(yīng)用空冷器最早應(yīng)用在煉油工業(yè)。1948年美國TEXCOCORPUSCHRIST煉廠首先以空冷器取代了水冷，即出現(xiàn)了所謂全空冷煉廠。五十年代末期，英國的WHIFEGATE煉廠和DOLYTON煉廠均以空冷取代了水冷。1971年加拿大建的土坡角煉廠和比利時(shí)建的費(fèi)蘆煉廠也以空冷取代了水冷。大量使用空冷器后，煉廠用水量大幅度下降，使每加工一噸原油耗水量從幾噸、甚至十幾噸降到了一噸以下。

第6頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二2）在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用空冷器特別適用于各種化工產(chǎn)品的冷卻。在合成氨、合成醇、氯化物、聚氯乙稀、烷基苯、化纖以及酸、糠醛等有機(jī)分餾工藝裝置中均有大量用例。對于遇水易爆、易溶的有毒介質(zhì)，采用空冷尤為合適。3）在動力工業(yè)中的應(yīng)用國外電站空冷已有40多年歷史，目前仍在繼續(xù)發(fā)展?；鹆Πl(fā)電站改為空冷一般可節(jié)水90%以上。4）在冶金工業(yè)中的應(yīng)用空冷技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用也比較成熟，主要用于高爐、平爐、金屬爐循環(huán)水的冷卻。5）在原子能工業(yè)中的應(yīng)用在原子能工業(yè)中新的用例是在快速反應(yīng)堆的芯部，冷卻循環(huán)液態(tài)金屬鈉。在此用空冷器的優(yōu)點(diǎn)是一旦發(fā)生熔融的鹽或金屬從工藝側(cè)泄漏，不至發(fā)生危險(xiǎn)性反應(yīng)。

第7頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二2.空冷方式與水冷方式

的優(yōu)缺點(diǎn)比較

1）空冷與水冷優(yōu)點(diǎn)的比較空冷的最大優(yōu)點(diǎn)就是操作費(fèi)用低，節(jié)約用水，對環(huán)境沒有污染，但占地面積大，投資多，有時(shí)使用受到限制；水冷的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、安裝費(fèi)用低，但操作費(fèi)用高，對環(huán)境污染嚴(yán)重。2）空冷器與節(jié)能的關(guān)系空冷器一般是把高溫工藝介質(zhì)的熱量散入大氣中（空冷預(yù)熱器類型除外），無助于節(jié)能，但從冷卻觀點(diǎn)看，空冷器比水冷器耗用動力要少的多，有助于節(jié)能，是節(jié)能設(shè)備。實(shí)踐證明空冷器不僅可以節(jié)約大量用水，防止對環(huán)境的污染，而且維護(hù)費(fèi)用低，還較安全可靠，與水冷相比，還具有更長的使用壽命，因此發(fā)展空冷器技術(shù)和設(shè)備即是節(jié)水、保護(hù)環(huán)境的要求，也是節(jié)能的要求。

第8頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二空冷與水冷相比的優(yōu)點(diǎn)

空冷的優(yōu)點(diǎn)1．對環(huán)境沒有熱污染和化學(xué)污染；2．空氣可隨意取得，不需任何輔助設(shè)備和費(fèi)用；3．選廠址不受限制；4．空氣腐蝕性小，不需要除垢和清洗，使用壽命長；5．空氣的壓降僅有10～20毫米，故空氣的操作費(fèi)用低；6．空冷系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，一般情況下僅為水冷系統(tǒng)的20～30%；7．一旦風(fēng)機(jī)電源切斷，仍有30～40%的自然冷卻能力。

水冷的缺點(diǎn)1．對環(huán)境污染嚴(yán)重;2．冷卻水往往受水源限制，需設(shè)置管線和泵站等設(shè)施；3．特別對較大的廠，選廠址時(shí)必須考慮有充足的水源；4．水腐蝕性強(qiáng)，需要進(jìn)行處理，以防結(jié)垢和臟物的淤積；5．循環(huán)水壓高（取決于冷卻器和冷水塔的相對位置），故水冷能耗高；6．由于水冷設(shè)備多，易于結(jié)垢，在溫暖氣候條件下還易生長微生附于冷卻器表面，常常需要停工清洗；7．電源一斷，即要全部停產(chǎn)。第9頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二水冷與空冷相比的優(yōu)點(diǎn)水冷的優(yōu)點(diǎn)1．水冷通常能使工藝流體冷卻到低于空氣溫度2～3℃，且循環(huán)水在水塔中可被冷卻到接近環(huán)境濕球溫度；2．水冷對環(huán)境溫度變化不敏感；3．水冷器結(jié)構(gòu)緊湊，其冷卻面積比空冷器冷卻面積要大的多；4．水冷器可以設(shè)置在其他設(shè)備之間，如管線下面；5．用一般列管式換熱器即可滿足要求；6．無噪聲。空冷的缺點(diǎn)1．由于空氣比熱小，且冷卻效果取決與干球溫度，通常不能把工藝流體冷卻到環(huán)境溫度；2．大氣溫度波動大，風(fēng)、雨、陽光，及季節(jié)變化，均會影響空冷器的性能，在冬季還可能引起管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)；3．由于空氣側(cè)膜傳熱系數(shù)低，故空冷器的要小的多；4．空冷器不能緊靠大的障礙物，如建筑物、大樹，否則會引起熱風(fēng)循環(huán)；5．要求用特殊工藝制造的翅片管和風(fēng)機(jī)；6．有一定的噪聲。

第10頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二二、普通空冷器的組成與結(jié)構(gòu)

1.基本組成2.基本結(jié)構(gòu)3.普通空冷器型號的表示方法第11頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二圖1鼓風(fēng)式空冷器

第12頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二圖2引風(fēng)式空冷器第13頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二（a）絲堵式管箱的管束圖3管束及管箱的典型結(jié)構(gòu)

第14頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二（b）可卸蓋板式管箱的管束第15頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二c)可卸帽蓋式管箱的管束

d)集合管式管箱的管束第16頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二圖4典型的傳動機(jī)構(gòu)第17頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二圖5百葉窗的典型結(jié)構(gòu)第18頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二3.普通空冷器型號的表示方法

1）

管束a.

型式與代號見表1表1

管束型式（見圖1、圖2）代號管箱型式（見圖3）代號翅片管型式代號鼓風(fēng)式水平管束GP絲堵式管箱SL型翅片管L斜頂管束X可卸蓋板式管箱K1雙L型翅片管LL引風(fēng)式水平管束YP可卸帽蓋式管箱K2滾花型翅片管KL集合管式管箱J雙金屬軋制翅片管DR鑲嵌型翅片管G第19頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二b.管束型號表示方法

管程數(shù)翅化比/翅片管型式設(shè)計(jì)壓力Mpa,管箱型式管束換熱面積m2

管排數(shù)管束公稱尺寸:長×寬m

管束型式第20頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

c.

示例

①

鼓風(fēng)式水平管束：長9m、寬2m、6排管；基管換熱面積140m2；設(shè)計(jì)壓力為4Mpa；可卸蓋板式管箱；鑲嵌式翅片管，翅化比17.3；Ⅵ管程的管束型號為：

GP9×2―6―140―4K1―17.3/G―Ⅵ②

斜頂管束：長4.5m、寬3m、4排管；基管換熱面積63.6m2；設(shè)計(jì)壓力為1.6Mpa；絲堵式管箱；雙LL型翅片管，翅化比23.0；Ⅰ管程的管束型號為：

X4.5×3―4―63.6―1.6S―23.0/LL―Ⅰ

第21頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二2）

風(fēng)機(jī)a.

型式與代號見表2表2

通風(fēng)方式代號風(fēng)量調(diào)節(jié)方式代號葉片型式代號風(fēng)機(jī)傳動方式（見圖4）代號鼓風(fēng)式G停機(jī)手動調(diào)角風(fēng)機(jī)TFR型玻璃鋼葉片RV帶傳動V引風(fēng)式Y(jié)不停機(jī)手動調(diào)角風(fēng)機(jī)BFB型玻璃鋼葉片B齒輪減速器傳動C自動調(diào)角風(fēng)機(jī)ZFJ鑄鋁葉片L電動機(jī)直接傳動Z自動調(diào)速風(fēng)機(jī)ZFS懸掛式V帶傳動，電機(jī)軸朝上VS懸掛式V帶傳動，電機(jī)軸朝下VX第22頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二b.風(fēng)機(jī)型號表示方法

電動機(jī)功率，kW

風(fēng)機(jī)傳動方式葉片數(shù)葉片型式葉輪直徑×102mm

風(fēng)量調(diào)節(jié)方式通風(fēng)方式第23頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

c.

示例

①

鼓風(fēng)式；停機(jī)手動調(diào)角風(fēng)機(jī)、直徑2400mm、B型玻璃鋼葉片、葉片數(shù)4個；懸掛式電機(jī)軸朝上V帶傳動、電動機(jī)功率18.5kW的風(fēng)機(jī)型號為：

G―TF24B4―VS18.5②

引風(fēng)式；自動調(diào)角風(fēng)機(jī)、直徑3000mm、R型玻璃鋼葉片、葉片數(shù)6個；帶支架的直角齒輪傳動、電動機(jī)功率15kW的風(fēng)機(jī)型號為：

Y―ZFJ30R6―C15

第24頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二3)構(gòu)架

a.

型式與代號見表3表3

構(gòu)架型式代號構(gòu)架開（閉）型式代號風(fēng)箱型式代號鼓風(fēng)式水平構(gòu)架GJP開式構(gòu)架K方箱型F斜頂構(gòu)架JX閉式構(gòu)架B過渡錐型Z引風(fēng)式水平構(gòu)架YJP

斜坡型P第25頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二b.構(gòu)架型號表示方法

風(fēng)箱型式風(fēng)機(jī)直徑×102mm/臺數(shù)構(gòu)架公稱尺寸長×寬（對斜頂式構(gòu)架為長×寬×

斜邊長）m，開（閉）型式構(gòu)架型式第26頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

c.

示例①鼓風(fēng)式空冷器水平構(gòu)架、長9m、寬4m；風(fēng)機(jī)直徑3600mm、2臺、方箱型風(fēng)箱；閉式構(gòu)架型號為：

GJP9×4B－36/2F②鼓風(fēng)式空冷器斜頂構(gòu)架、長5m、寬6m；風(fēng)機(jī)直徑4500mm、1臺、過渡錐型風(fēng)箱；閉式構(gòu)架型號為：

JX5×6×4.5/B－45/1Z

第27頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二4)百葉窗a.型式與代號：手動調(diào)節(jié)代號SC；自動調(diào)節(jié)代號ZC（見圖5）。a.

百葉窗型號表示方法

公稱尺寸，長×寬，m

調(diào)節(jié)方式b.

示例①

手動調(diào)節(jié)百葉窗，長9m、寬3m，其型號為：

SC9×3②

自動調(diào)節(jié)百葉窗，長6m、寬2m，其型號為：

ZC6×2第28頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二5)

空冷器型號的表示方法

百葉窗型式，公稱尺寸/臺數(shù)構(gòu)架型式，公稱尺寸，開（閉）型式/臺數(shù)風(fēng)機(jī)型式，葉輪直徑×102mm/臺數(shù)管束型式，公稱尺寸/片數(shù)第29頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二示例：①鼓風(fēng)式空冷器鼓風(fēng)式空冷器、水平式管束、長×寬為9m×3m、4片；停機(jī)手動調(diào)角風(fēng)機(jī)、直徑3600mm、4臺；水平式構(gòu)架、長×寬為9m×6m；一跨閉式構(gòu)架，一跨開式構(gòu)架；手動調(diào)節(jié)百葉窗、4臺、長×寬為9m×6m的空冷器型號為：

GJP9×6B/1GP9×3/4－TF36/4－－SC9×3/4GJP9×6K/1②引風(fēng)式空冷器引風(fēng)式空冷器、水平式管束、長×寬為9m×3m、2片；自動調(diào)角風(fēng)機(jī)、直徑3600mm、1臺,停機(jī)手動調(diào)角風(fēng)機(jī)、直徑3600mm、1臺；水平式構(gòu)架、長×寬為9m×6m；一跨閉式構(gòu)架；自動調(diào)節(jié)百葉窗、長×寬為9m×3m、2臺的空冷器型號為：

ZFJ36/1YP9×3/2－－YJP9×6B/1－ZC9×3/2TF36/1第30頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二三、空冷器的分類

1、管束布置方式2、通風(fēng)方式

3、冷卻方式

第31頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二1、管束布置方式

空冷器按管束布置方式分為：水平式、斜頂式、立式等．（1）水平式空冷器：管束為水平布置，其特點(diǎn)是管子布置清晰、整齊，適于多單元組合，傳熱面積、管束長度不受限制，管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，是煉油廠和石油化工廠中應(yīng)用最多的空冷器，但其占地面積較大、管內(nèi)壓降較大。（2）斜頂式空冷器：管束斜放呈人字形，夾角一般在60℃左右，風(fēng)機(jī)置于管束下方空間的中央。其特點(diǎn)是占地面積?。ū人绞缴?0～50%），結(jié)構(gòu)緊湊、管內(nèi)壓降較小，但管內(nèi)介質(zhì)和管外空氣分布不夠均勻，熱空氣容易形成較嚴(yán)重的熱風(fēng)循環(huán)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高，一般多用作煉廠減壓塔頂冷凝器，與立式管束配合用于干、濕聯(lián)合空冷。（3）立式空冷器：管束立放，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，但管束中空氣分布不均勻，易受外界自然風(fēng)的干擾，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于濕空冷和干濕聯(lián)合空冷。第32頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二2、通風(fēng)方式空冷器按通風(fēng)方式分為：鼓風(fēng)式、引風(fēng)式、自然通風(fēng)式．（1）鼓風(fēng)式空冷器：管束置于風(fēng)機(jī)排風(fēng)側(cè)的空冷器．優(yōu)點(diǎn)：a、風(fēng)機(jī)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)不與熱空氣接觸，結(jié)構(gòu)材料可不考慮溫度的影響，使用壽命較長．b、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)保養(yǎng)．c、比較容易放置多個空冷器單元．缺點(diǎn)：a、空氣經(jīng)過底排管束的速度大，壓力損失大，雖然可以強(qiáng)化傳熱，但氣流分布不均勻．b、管束暴露于大氣中，翅片管易被雪、雨侵襲而損傷、弄臟或腐蝕．c、在特殊氣候條件下（如暴風(fēng)雨、冰雹等）管內(nèi)熱流體的出口溫度不易精確控制，操作波動大．d、熱空氣離開管束時(shí)，流速較低，有可能產(chǎn)生熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象．（2）引風(fēng)式空冷器：管束置于風(fēng)機(jī)吸風(fēng)側(cè)的空冷器．優(yōu)點(diǎn)：a、風(fēng)扇和風(fēng)筒對管束有屏蔽作用，能減少暴風(fēng)雨及烈日對管束的直接影響，有利于溫度控制．b、經(jīng)風(fēng)機(jī)排出的熱風(fēng)流速較高，熱風(fēng)再循環(huán)的可能性大為減少．c、進(jìn)入管束的氣流分布較均勻，空氣壓降稍有降低．d、風(fēng)筒具有一定的吸風(fēng)作用，能促進(jìn)空氣進(jìn)行自然對流，因而可減少動力消耗．e、因?yàn)轱L(fēng)機(jī)安裝位置較高，所以平臺處噪聲較低．f、占地面積小，因?yàn)楣苁旅娴淖呃瓤砂惭b其它設(shè)備，如管線、泵等．缺點(diǎn)：a、風(fēng)機(jī)位于管束之上，直接受熱空氣作用，葉片和軸承需要有較好的耐熱性能，一般要求風(fēng)機(jī)出口溫度不超過120℃．b、為防止風(fēng)機(jī)空載時(shí)的超負(fù)荷，風(fēng)機(jī)要有一定余量．c、風(fēng)機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的維修保養(yǎng)較為麻煩，從總的情況看，目前國外應(yīng)用情況大約是：引風(fēng)式占60%、鼓風(fēng)式占40%。第33頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二3、冷卻方式（3）自然通風(fēng)式空冷器：自然通風(fēng)式空冷器是借管束上面的熱空氣和管束下面的冷空氣的密度差引起的空氣自然流動而帶走管內(nèi)熱量達(dá)到冷卻管內(nèi)熱流體的目的，空氣的速度主要取決于風(fēng)筒的高度和通過管束及空氣的溫度。優(yōu)點(diǎn)：由于它不用或很少用風(fēng)機(jī)，因而具有節(jié)能和無噪音污染、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：由于是自然對流，空氣流速低，總的傳熱效率不如普通空冷器，其一次性投資比普通空冷器高，大約44%。自然通風(fēng)式空冷器主要應(yīng)用于火力發(fā)電廠。空冷器按冷卻方式分為：干式空冷器、濕式空冷器、干濕聯(lián)合式空冷器以及表面蒸發(fā)式空冷器。（1）干式空冷器干式空冷器就是常規(guī)空冷器，它是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，依靠翅片管擴(kuò)展傳熱面積來強(qiáng)化管外傳熱，借空氣橫掠翅片管后的空氣溫升帶走熱量，達(dá)到冷卻、冷凝管內(nèi)熱流體的目的。其特點(diǎn)是操作簡單，使用方便；但其管內(nèi)熱流體出口溫度取決于空氣干球溫度，一般以不低于55～65℃為宜，而且熱流體出口溫度與設(shè)計(jì)氣溫之差不低于15～20℃，否則不經(jīng)濟(jì)。（2）濕式空冷器為彌補(bǔ)干空冷的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了濕式空冷器。濕式空冷器根據(jù)其噴水方式可分為增濕型和噴淋型兩種．（3）干濕聯(lián)合式空冷器干濕聯(lián)合式空冷器就是將干空冷和濕空冷器組合成一體，由于組合方法的不同，結(jié)構(gòu)形式也有多種變化。一般在工藝流體的高溫區(qū)域用干空冷，在低溫區(qū)域用濕空冷。其結(jié)構(gòu)、操作均較復(fù)雜。

第34頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二（2）濕式空冷器a）、增濕型濕空冷器：（管束水平放置）其工作特點(diǎn)是在空氣入口處噴霧狀水，利用霧狀水的蒸發(fā)使空氣入口處干燥空氣增濕接近飽和溫度，以此降低空氣溫度，從而增大空氣入口溫度與管內(nèi)熱流體出口溫度之間的溫差來強(qiáng)化傳熱。增濕降溫的空氣經(jīng)過擋水板除去夾帶的水滴后橫掠翅片管束；它仍然完全依靠空氣溫升來冷卻或冷凝管內(nèi)熱流體?？諝馊肟谔幙諝庀鄬穸扔?，空氣增濕后降溫愈多，其冷卻效果也愈顯著。b、噴淋型濕空冷器：（管束立放橫排管）其工作特點(diǎn)是在空氣入口處直接向翅片管管束上噴霧狀水，使入口空氣增濕降溫；它主要依靠降低空氣入口溫度，增大空氣入口溫度與管內(nèi)熱流體出口溫度之間的溫差來強(qiáng)化管外傳熱；同時(shí)直接噴淋到前排翅片管表面上水的蒸發(fā)也部分地強(qiáng)化管外傳熱；但由于翅片管表面水的成膜性差，立置管束的噴透性差等原因，依靠翅片管表面水的部分蒸發(fā)帶走的熱量僅占總熱負(fù)荷中較小部分。目前我國煉油化工廠使用的濕式空冷器大多屬此形式，其管束立放橫排管。噴淋型濕式空冷器由于采用立放管束，管子為三角形排列，其噴透性較差，第二排后面的管子噴不上水，而且翅片管水的成膜性差，再加上其噴咀容易堵塞，均嚴(yán)重影響濕式空冷器的冷卻效果，而且其翅片管容易被腐蝕和結(jié)垢，不僅縮短了濕空冷器使用壽命，而且影響其傳熱效率。另外，濕式空冷器的軟化水耗量大，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較高。增濕型和噴淋型濕空冷一般適用于管內(nèi)工藝流體入口溫度低于80℃的低溫位介質(zhì)的冷凝或冷卻，理論上可使管內(nèi)熱流體冷卻到高于環(huán)境濕溫度5℃左右。

第35頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二四、強(qiáng)化傳熱元件

空冷器管外空氣的膜傳熱系數(shù)很低，所以強(qiáng)化其傳熱的關(guān)鍵在管外。強(qiáng)化管外傳熱最有效的手段有兩種：a：靠傳熱管外表面水膜的蒸發(fā)強(qiáng)化管外傳熱—表面蒸發(fā)式空冷器b：靠擴(kuò)展管外傳熱面積來強(qiáng)化管外傳熱—翅片管（普通的干式和濕式空冷器）翅片管是一種高效傳熱元件，它代表著普通空冷器的主要特征，是普通空冷器的核心和關(guān)鍵元件，它的性能直接影響著普通空冷器的發(fā)展，在普通空冷器中翅片管的費(fèi)用約占管束總費(fèi)用的60%以上。（１）Ｌ型翅片管Ｌ型繞片管制造簡便，價(jià)格便宜，在石油化工用空冷器中大量采用。但由于鋁片是借纏繞的初始應(yīng)力緊固在鋼管表面，因此其使用溫度較低，一般為120～160℃，空冷器國標(biāo)GB/T15386-94中規(guī)定L型繞片管最高使用溫度為150℃。當(dāng)管壁溫度超過70℃，翅片張力大大降低，翅片開始松動，接觸熱阻增大，熱工性能不夠理想。所以Ｌ型繞片管適用于工作條件比較平穩(wěn)，溫度無突變的場合，也不宜用于振動很大的場合；它耐大氣腐蝕性差，在濕空冷中使用壽命很短。

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（２）ＬＬ型翅片管ＬＬ型翅片管也是一種繞片管，其翅片根部互相重疊，與管壁接觸良好，保證了對管壁的完全覆蓋，可防止大氣對管子外表面的腐蝕，而且使用溫度較L型有一定提高?？绽淦鲊鴺?biāo)GB/T15386-94中規(guī)定LL型翅片管的最高使用溫度為170℃。LL型翅片管適用于工作條件較平穩(wěn)，溫度無突變的場合；它對內(nèi)管保護(hù)較好，耐大氣腐蝕性比Ｌ型好，適用于濕空冷。傳熱性能也比Ｌ型略好，其價(jià)格比Ｌ型略貴。（３）ＫＬ型翅片管（滾花型翅片管）ＫＬ型翅片管是一種Ｌ型繞片管。制造時(shí)管子表面先經(jīng)滾花，繞片時(shí)再在L腳的上面同步滾壓一次，使L腳一部分面積嵌入管子表面。這樣就可使翅片與管子表面的接觸面積增大50%，這就意味著單位面積的熱通量也降低50%，因此翅片根部的熱應(yīng)力很小，甚至在幾千次熱循環(huán)之后，仍然保持其接觸面積大于L腳本身的面積。翅片與管子接觸面積大，貼合緊密，牢靠，能保持其性能長期不變，翅片與鋼管的結(jié)合力及承受冷熱急變能力比Ｌ型和ＬＬ型翅片管好?？绽淦鲊鴺?biāo)GB/T15386-94中規(guī)定KL型翅片管的最高使用溫度為250℃。第37頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

（４）Ｇ型翅片管（鑲嵌型翅片管）鋁片嵌入鋼管表面被擠壓的深約0.25～0.5mm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。這種翅片管的最大優(yōu)點(diǎn)是熱工性能好，工作溫度可達(dá)350～400℃，翅片溫度可達(dá)260℃，空冷器國標(biāo)GB/T15386-94中規(guī)定G型翅片管的最高使用溫度為350℃。其缺點(diǎn)是翅片和管子二種金屬在大氣中易引起電化學(xué)腐蝕，抗腐蝕性差，造價(jià)高。管壁有應(yīng)力集中，不能用于中、高壓場合。如果壓擠不良（槽緣不貼緊鋁片），其傳熱性能比任何翅片管都差。（５）ＤＲ型翅片管（雙金屬軋制型翅片管）雙金屬軋制型翅片管是較理想的抗腐蝕型管子。它克服了L型、LL型繞片管的缺點(diǎn)。雙金屬軋制型翅片管的內(nèi)外管可以分別選材，內(nèi)管根據(jù)熱流體腐蝕情況和壓力選定，如碳鋼、不銹鋼、鈦、黃銅等等，管外可選用既有較好的延展性和抗大氣腐蝕，又有良好的傳熱性能的金屬，一般采用鋁和銅。經(jīng)過軋制內(nèi)外管子完全可以緊密結(jié)合在一起。其優(yōu)點(diǎn)是：A．抗腐蝕性能好，鋁管在管外可保護(hù)內(nèi)管不受腐蝕，使用壽命長；B．對溫度突變及振動有良好抗力，GB15386-94中規(guī)定DR型翅片管的最高使用溫度為280℃。傳熱性能較好，介于Ｇ型和Ｌ型翅片管之間；C．翅片整體性和剛度高，由于翅片牢固，不易變形，可用高壓水、高壓氣清垢；同時(shí)由于內(nèi)外管緊密結(jié)合，能長期保持高傳熱性能。其缺點(diǎn)是：價(jià)格較貴，制造技術(shù)要求高、重量大；與L型翅片管相比，設(shè)備總價(jià)格提高了5～7%。第38頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

（６）橢圓型翅片管橢圓型翅片管是德國沿著一條完全獨(dú)立路線發(fā)展空冷器的主要特點(diǎn)，其最早發(fā)明者是德國的GEA公司。橢圓型翅片管是橢圓管套矩形鋼翅片，采用鍍鋅或鍍錫處理。橢圓型翅片管的優(yōu)點(diǎn)：A．與同樣橫截面的圓管相比，其水利直徑小，因而管內(nèi)給熱系數(shù)較大，而且由于在管子后面形成的渦流小，所以管外壓降可減少30%；B．與同樣的橫截面的圓管相比，其表面積約大15%。因此，在相同流速下，管外給熱系數(shù)可提高25%；C．翅片效率高，在同樣條件下，圓管的翅片效率為74%；而橢圓管為82%（重量平均值）；D．矩形橢圓翅片管采用短邊迎風(fēng)，迎風(fēng)面積比較小，因而設(shè)計(jì)緊湊，占地面積只有圓管的80%；E．在翅片上沖出湍流片，可以進(jìn)一步提高管外傳熱系數(shù)，但壓降稍有增加。但橢圓翅片管，也有它的不足之處，其主要缺點(diǎn)是：A．管束的維護(hù)，檢修和更換管子比較困難；B．管束的造價(jià)較高；C．管束承受壓力較低。橢圓翅片管的使用溫度與壓力范圍如下：鍍錫管≤180℃鍍鋅管≤320℃內(nèi)壓≤50大氣壓外壓≤20大氣壓若使用壓力超過此范圍時(shí)，要選用圓形翅片管。

（7）紊流式翅片管這一類翅片管形式很多，其共同點(diǎn)就是通過對翅片本身結(jié)構(gòu)的改變，使空氣流經(jīng)翅片時(shí)產(chǎn)生擾流，破壞其邊界層，以提高管外膜傳熱系數(shù)。在空冷器中應(yīng)用較多的主要有以下幾種：（1）徑向開槽翅片管這種翅片管是在翅片圓周上均勻地沿徑向開出12～36個切口（槽），一般為24個，切口深度為翅片高度的0.3～0.7，切口兩邊的翅片成“八”字形交替向翅片管的前后兩端傾斜。由于切口破壞了氣流的邊界層，增加湍流的作用，傳熱效率大為提高，一般講管外側(cè)給熱系數(shù)可提高25～50%，總傳熱系數(shù)可提高20%以上。其缺點(diǎn)是制造復(fù)雜，造價(jià)較高。（2）輪輻式翅片管大約在六十年代中期，由英國“Wheelfin”公司首先研制成功，其傳熱效率較光滑翅片管高，但空氣壓力降也加大。（3）波紋型翅片管這種翅片管形式很多，由于波紋的作用，可以強(qiáng)化傳熱，但是阻力都比較大。波紋管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于在皺紋的凹處不能受到氣流的直接沖刷，很容易結(jié)垢，且難以清除，阻力比一般L型繞片管高60%左右，因此，翅片的皺紋（或皺折）部分不宜過高。這種翅片管一般用在自然對流傳熱中，在高質(zhì)量流速下不宜采用。第39頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二五、表面蒸發(fā)式空冷器1.概述2.結(jié)構(gòu)型式3.設(shè)計(jì)4.工業(yè)應(yīng)用第40頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)概述一、背景二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r三﹒工作原理與特點(diǎn)

第41頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二一、背景空冷式換熱器（以下簡稱空冷器）是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，依靠翅片管擴(kuò)展傳熱面積強(qiáng)化管外傳熱，靠空氣橫掠翅片管束后的空氣溫升帶走管內(nèi)熱負(fù)荷，達(dá)到冷凝冷卻管內(nèi)熱流體的目的；它在煉油、化工行業(yè)中是主要的工藝設(shè)備之一，故其研究倍受重視，從其設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到其傳熱機(jī)理的研究與試驗(yàn)一直都在進(jìn)行。目前，國內(nèi)外煉油化工行業(yè)中的冷凝冷卻設(shè)備主要是水冷器和空冷器；隨著工業(yè)，特別是煉油、化工、電力工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量急劇增加，出現(xiàn)了水供應(yīng)不足，而且由于環(huán)保和節(jié)能的要求越來越強(qiáng)烈，越來越嚴(yán)格，再加上空冷器具有節(jié)水效果好、操作費(fèi)用低、環(huán)境污染小、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外煉油化工廠均已大量采用空冷器來代替水冷器，所以發(fā)展空冷技術(shù)和設(shè)備既是節(jié)水、節(jié)能、保護(hù)環(huán)境的要求，也是提高裝置效益的要求。

第42頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二圖—1.增濕型濕式空冷器圖—2.噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器1—

管束；2—熱流體入口；3—空氣入口；4—循環(huán)水泵；5—排水管；6—供水管；7—閥門；8—擋水板；9—熱流體出口；10—熱空氣出口

第43頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二目前，在煉油化工行業(yè)中普遍使用的空冷器為干式空冷器和濕式空冷器（包括增濕型和噴淋蒸發(fā)型）以及干濕聯(lián)合空冷器。干式空冷器操作簡單、使用方便；但其管內(nèi)熱流體出口溫度取決于環(huán)境干球溫度，一般以不低于55～65℃（【1】）為宜，而且熱流體出口溫度與設(shè)計(jì)氣溫之差不得低于15～20℃（【1】、【2】），否則就不經(jīng)濟(jì)；所以它不能把管內(nèi)熱流體冷卻到環(huán)境溫度。而且隨著節(jié)能技術(shù)的提高和改善，干式空冷器的使用由熱流體進(jìn)口溫度大部分在180℃左右下降到100～120℃左右，對于120℃以上的熱流體大多采用了熱能回收措施而無干式空冷器的用武之地，它對低溫位熱流體的冷卻無能為力，為了得到較低的熱流體出口溫度，必須對干式空冷器配后水冷器。增濕型濕式空冷器（見圖—1【2】）的工作機(jī)理是在空冷器的工作過程中在空氣入口處噴霧狀水，使空冷器的入口空氣增濕降溫，增濕后的低溫空氣經(jīng)過擋水板除去夾帶的水滴，再橫掠翅片管束，從而增大空氣入口溫度與熱流體出口溫度之間的溫差來強(qiáng)化管外傳熱。噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器（見圖—2【2】）的工作機(jī)理是在空冷器（管束多為立放橫排管）的工作過程中直接向翅片管上噴霧狀水，借助于翅片管上少量水的蒸發(fā)和空氣被增濕降溫而強(qiáng)化管外傳熱，它同時(shí)兼有增濕型濕式空冷器的優(yōu)點(diǎn)，我國目前煉油化工廠使用的濕式空冷器大多屬此型式。但是噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器的管排數(shù)不宜過多，一般為2～4排，而且只有前兩排翅片管的迎水面才能被噴上水，第二排管以后其傳熱沒有強(qiáng)化或強(qiáng)化很少；同時(shí)由于翅片管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，翅片表面無法完全被濕潤，翅片管表面水的成膜性很差，翅片管上蒸發(fā)的水量很少，水的蒸發(fā)效率很低，翅片根部易積水，易結(jié)垢，增加了熱阻，所以僅靠翅片管上水的蒸發(fā)帶走的熱負(fù)荷很小（約占總負(fù)荷的10～20%），因此它主要還是靠增濕降溫后空氣的溫升帶走管內(nèi)大部分熱負(fù)荷。濕式空冷器僅適合于冷卻進(jìn)口溫度低于70～75℃（【1】、【2】）的熱流體（如果熱介質(zhì)進(jìn)口溫度高于80℃時(shí)，翅片管表面極易結(jié)垢），它可將熱流體冷卻到高于環(huán)境濕球溫度5℃左右（【1】）。同時(shí)由于濕式空冷器要求噴霧化水，所以其噴淋系統(tǒng)的噴嘴出水口很小，一般為0.5～1㎜，使用中極易堵塞，嚴(yán)重影響濕式空冷器的冷卻效果。干式和濕式空冷器的工作機(jī)理決定了其冷卻效果均受環(huán)境氣溫影響較大，氣溫波動，風(fēng)、雨、日曬以及季節(jié)變化均會顯著地影響其冷卻性能，故其操作彈性差，在冬季還會引起管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)；由于空氣側(cè)膜系數(shù)低，其傳熱面積要大得多，因此必須采用翅片管，故其投資較高。針對空冷器存在的上述問題，國外有關(guān)研究人員于二十世紀(jì)六十年代開始了綜合空冷和水冷優(yōu)點(diǎn)的新型冷卻器—蒸發(fā)式冷卻器的理論和試驗(yàn)研究；我國研究人員也于二十世紀(jì)八十年代開始了相應(yīng)的研究開發(fā)工作。

第44頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二二﹒國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

表面蒸發(fā)型空冷式換熱器（以下簡稱蒸發(fā)空冷）是一種比濕空冷和干空冷加后水冷性能更優(yōu)越的新型冷卻器，是國內(nèi)外近年來著力開發(fā)的一種新型冷換設(shè)備，是空冷技術(shù)的發(fā)展方向。國外于二十世紀(jì)六十年代開始了有關(guān)蒸發(fā)空冷的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)及其設(shè)計(jì)方法的研究工作（【3】、【4】、【5】、【6】、【7】、【8】）；文獻(xiàn)【3】首次提出了用管內(nèi)工藝流體與管外噴淋水之間的總傳熱系數(shù)以及管外表面噴淋水與空氣之間的以焓差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)來描述蒸發(fā)空冷的傳熱、傳質(zhì)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究，得出了計(jì)算蒸發(fā)空冷的傳熱傳質(zhì)系數(shù)的試驗(yàn)公式。文獻(xiàn)【4】后來也提出了與文獻(xiàn)【3】相類似的蒸發(fā)空冷的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)【5】、【6】按文獻(xiàn)【3】提出的數(shù)學(xué)模型對解析法進(jìn)行了理論和試驗(yàn)探討。文獻(xiàn)【8】提出了三種不同結(jié)構(gòu)型式的蒸發(fā)空冷芯子的設(shè)計(jì)方法，并以實(shí)例計(jì)算進(jìn)行方案比較，得出的結(jié)論是通過適當(dāng)使用填料而不用翅片管增加傳質(zhì)面積，即可大大提高光管蒸發(fā)空冷的冷卻性能。文獻(xiàn)【9】介紹了如何正確使用閉路循環(huán)蒸發(fā)冷卻，認(rèn)為與普通的開放式冷卻塔、換熱器和干空冷相比，閉路循環(huán)蒸發(fā)冷卻塔具有節(jié)省費(fèi)用，操作性好的優(yōu)點(diǎn)。國外開發(fā)研制出的蒸發(fā)空冷現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于壓縮機(jī)中間冷卻、透平引擎夾套水冷卻、潤滑油冷卻和其他無機(jī)物水溶液冷卻；美國BrounderT.T.公司制造的蒸發(fā)空冷已用于許多大型硫酸廠。德國GEA公司、美國B.A.C公司和FES公司都在開發(fā)研制蒸發(fā)空冷，其產(chǎn)品主要用于制冷和空調(diào)系統(tǒng)。

第45頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

我國在二十世紀(jì)八十年代初從國外引進(jìn)的十幾套石蠟成型裝置中均帶有蒸發(fā)空冷，用于其制冷劑的冷凝冷卻。由此國內(nèi)開始了有關(guān)蒸發(fā)空冷的開發(fā)研制工作。文獻(xiàn)【10】介紹了哈爾濱空調(diào)機(jī)廠在1985年仿制了一臺美國FES公司的LS—250型蒸發(fā)空冷代替茂名石化公司煉油廠第一套石蠟成型裝置制冷系統(tǒng)中的立式水冷器（過熱氨氣冷凝器），并考慮了國內(nèi)氨壓縮機(jī)出口溫度高的情況，將原引進(jìn)設(shè)備的全部換熱面積分出一部分置于捕霧器之上（翅片管束），對氨氣進(jìn)行預(yù)冷。并作了兩種冷卻方案的經(jīng)濟(jì)效益對比，采用蒸發(fā)空冷代替立式水冷器每年可節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用20.7萬元。文獻(xiàn)【11】介紹了洛陽石化工程公司針對蒸發(fā)空冷在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了三個試樣、多種工況的試驗(yàn)，對其傳熱性能進(jìn)行了研究，對各種結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了篩選，推導(dǎo)了傳熱方程式，并按照煉油廠常減壓裝置汽油、煤油、輕柴油和重柴油產(chǎn)品后冷的工藝要求，分別進(jìn)行光管蒸發(fā)空冷和管殼式水冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算，對兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較和分析；并和西安化工機(jī)械廠共同于1987年研制了一臺蒸發(fā)空冷，在長嶺煉油廠進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)定（【12】）。文獻(xiàn)【13】介紹了我國四川銀山磷肥廠10萬噸/年硫酸裝置的干吸塔在技術(shù)改造中采用了蒸發(fā)空冷用于循環(huán)水冷卻，它對單獨(dú)涼水塔循環(huán)供水和蒸發(fā)空冷循環(huán)供水兩種方案作了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，采用蒸發(fā)空冷的一次性投資僅為單獨(dú)新建冷卻塔的50%，其年總操作費(fèi)用僅為冷卻塔的57%，每年可節(jié)約電能20.8萬度；文獻(xiàn)【14】介紹了蒸發(fā)空冷的基本原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)【15】在文獻(xiàn)【14】的基礎(chǔ)上針對蒸發(fā)空冷的幾何參數(shù)和性能參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，開發(fā)出了可供蒸發(fā)空冷設(shè)計(jì)的計(jì)算方法和相應(yīng)的電子計(jì)算機(jī)程序，并驗(yàn)算了文獻(xiàn)【4】、【8】的算例，結(jié)果較為一致。文獻(xiàn)【16】介紹了蘭州石油機(jī)械研究所于1992年為蘭州煉油化工總廠設(shè)計(jì)制造了一臺蒸發(fā)空冷，用于代替該廠第三套酮苯脫蠟裝置制冷系統(tǒng)的立式水冷器（過熱氨氣冷凝器）；根據(jù)用戶提供的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求，蘭州石油機(jī)械研究所采用自行開發(fā)的蒸發(fā)空冷設(shè)計(jì)計(jì)算程序進(jìn)行了該設(shè)備的工藝計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)雙方共同對該設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場標(biāo)定，測試數(shù)據(jù)表明這臺蒸發(fā)空冷的冷卻效果大大優(yōu)于立式水冷器，使氨的出口溫度接近環(huán)境濕球溫度；而且設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)一致性很好，證明其設(shè)計(jì)計(jì)算方法和計(jì)算程序是切實(shí)可靠的。

第46頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

文獻(xiàn)【17】介紹了蘭州石油機(jī)械研究所于1994年為蘭州煉油化工總廠10萬噸/年氣分裝置設(shè)計(jì)制造了兩臺蒸發(fā)空冷，用于代替該裝置原有的濕空冷；同時(shí)雙方共同進(jìn)行了現(xiàn)場標(biāo)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，其冷卻性能優(yōu)于原來的濕空冷。文獻(xiàn)【18】介紹了蘭州石油機(jī)械研究所針對煉油廠常壓塔頂冷換設(shè)備的腐蝕機(jī)理和特點(diǎn)，巧妙地利用蒸發(fā)空冷獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鈦材優(yōu)良的抗腐蝕性能，于1997年為延安煉油廠設(shè)計(jì)制造了兩臺鈦復(fù)合板蒸發(fā)空冷，從而解決了用戶常壓塔頂冷換設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，使用壽命短的問題，同時(shí)又降低了設(shè)備造價(jià)（為用戶節(jié)省投資兩百萬元）、能耗、水耗和占地面積。國內(nèi)開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷主要用于煉油化工行業(yè)，尤其是蘭州石油機(jī)械研究所設(shè)計(jì)制造的幾百臺蒸發(fā)空冷已大量應(yīng)用于國內(nèi)煉油化工廠的主要大型裝置中。

第47頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二三﹒工作原理與特點(diǎn)

圖—3.蒸發(fā)空冷工作原理示意圖第48頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二蒸發(fā)空冷布管示意圖第49頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二蒸發(fā)空冷的結(jié)構(gòu)與工藝流程如圖—3所示。其工作過程是用管道泵將設(shè)備下部水箱中的循環(huán)冷卻水輸送到位于水平放置的光管管束上方的噴淋水分配器，由該分配器將冷卻水向下噴淋到傳熱管外表面，使管外表面形成連續(xù)均勻的薄水膜，同時(shí)用引風(fēng)式軸流風(fēng)機(jī)將空氣從設(shè)備下部空氣吸入窗口吸入，使空氣自下向上流動，橫掠水平放置的光管管束。水一面從管壁吸收管內(nèi)熱流體釋放的熱量，一面又與穿過管束向上流動的空氣接觸，部分水蒸發(fā)進(jìn)入空氣中，其余的水逐漸放出其吸收的熱量后恢復(fù)到其進(jìn)口水溫度，流到貯水池中。此時(shí)傳熱管的管外換熱除依靠水膜與空氣流間的顯熱傳遞外，主要是依靠傳熱管外表面水膜的迅速蒸發(fā)來吸收管內(nèi)的大部分熱量，從而強(qiáng)化了管外傳熱，使設(shè)備總體傳熱效率明顯提高。傳熱管外表面水膜的蒸發(fā)使得空氣穿過光管管束后濕度增加而接近飽和，引風(fēng)式軸流風(fēng)機(jī)將飽和濕空氣從管束中抽出使其穿過位于噴淋水分配器上方的除霧器，除去飽和濕空氣中夾帶的水滴后從設(shè)備頂部風(fēng)機(jī)出口處排入大氣中。由于風(fēng)機(jī)位于設(shè)備頂部向上抽吸空氣，從而在風(fēng)機(jī)下部空間形成負(fù)壓區(qū)域，加速了傳熱管外表面水膜的蒸發(fā)，有利于強(qiáng)化管外傳熱。在蒸發(fā)空冷中，工藝介質(zhì)走管內(nèi)水平流動，空氣、水走管外，空氣由下向上流動，噴淋水由上往下流動，水、空氣與工藝介質(zhì)為交叉錯流，水與空氣為逆流，從冷熱介質(zhì)的流程布置上也強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程。為防止水和空氣對傳熱管外表面的腐蝕，對傳熱管外表面進(jìn)行了防腐處理，且傳熱管采用光管。在蒸發(fā)空冷中噴淋水一面循環(huán)噴淋一面蒸發(fā)，則噴淋水中的鹽類濃度逐步增大，達(dá)到一定程度會在管外壁上結(jié)垢，會使設(shè)備傳熱性能下降，所以應(yīng)將貯水池中的水連續(xù)或定期排放出一部分，以把鹽類濃度控制在產(chǎn)生污垢的界限以下,為此要給貯水池中補(bǔ)充一定量的新鮮水以保持水中鹽類濃度，防止管外結(jié)垢，并補(bǔ)償蒸發(fā)的水量和排放的水。蒸發(fā)空冷的噴淋水應(yīng)采用軟化水為宜。蒸發(fā)空冷一般采用光管為傳熱管，如果采用翅片管，從理論上講擴(kuò)大了傳熱和傳質(zhì)表面，但這里用翅片管的優(yōu)越性不如干空冷那么顯著，其主要原因是：翅片管表面無法完全被水濕潤，翅片上水的成膜性很差，而且翅片間的積水也會削弱翅片的作用，并使熱阻增加。

第50頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二蒸發(fā)空冷一般適用于各種溫度低于80℃的低溫位工藝流體的冷卻和冷凝。它可使工藝流體出口溫度冷到接近環(huán)境濕球溫度。如果工藝流體入口溫度高于80℃，在管束入口段管壁溫度過高，使管外表面水膜容易結(jié)垢，增加了傳熱傳質(zhì)阻力，會降低蒸發(fā)空冷的傳熱效率。為此，當(dāng)工藝流體入口溫度高于80℃時(shí)，將蒸發(fā)空冷中的除霧器用翅片管代替，使高溫位熱流體先流經(jīng)翅片管束預(yù)冷到80℃以下再進(jìn)入光管管束進(jìn)行冷卻或冷凝，使翅片管管束起到既冷卻又除霧的雙重作用。從而擴(kuò)大了蒸發(fā)空冷的適用范圍，并增加了傳熱面積。與干式和濕式空冷器相比，蒸發(fā)空冷具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.

傳熱效率高，冷卻效果好，所需傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊。因?yàn)檎舭l(fā)空冷的管外傳熱是由管壁—水膜間的強(qiáng)制對流傳熱和水膜—空氣間的直接接觸蒸發(fā)傳質(zhì)傳熱兩步完成，而水具有很高的汽化潛熱，從而大大強(qiáng)化了管外表面的傳熱強(qiáng)度，其傳熱強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管壁—空氣間的對流傳熱，使蒸發(fā)空冷的總體傳熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干式和濕式空冷，固其所需傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且蒸發(fā)空冷可直接將管內(nèi)熱流體冷到較低溫度（40℃以下），而不再需要后水冷器。在合理設(shè)計(jì)下可使管內(nèi)熱流體出口溫度冷到接近環(huán)境濕球溫度，固其冷卻效果好，同時(shí)解決了干空冷為了獲得較低冷卻冷凝溫度而必須配帶后水冷器的問題。2.

能耗和水耗小，操作費(fèi)用低。因?yàn)樵谡舭l(fā)空冷中空氣攜帶熱量主要是靠增加攜濕量帶走水的蒸發(fā)潛熱，而不是靠空氣溫升顯熱，從而所需風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于干空冷和濕空冷；而且由于采用光管管束，空氣穿過管束的壓降小，使風(fēng)機(jī)能耗進(jìn)一步降低；同時(shí)光管外表面水的成膜性好，水的汽化潛熱很高，在合理設(shè)計(jì)下，可達(dá)到較高的蒸發(fā)冷卻效果，水耗很低；與干空冷加后水冷相比，它又省去了后水冷器，固其操作費(fèi)用很低。3.

投資費(fèi)用低，占地面積小。從結(jié)構(gòu)上看蒸發(fā)空冷的最大特點(diǎn)是將冷卻塔和列管式水冷器合為一體，從而省去了單獨(dú)的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，使一次性投資大大降低；且減少了設(shè)備占地面積，而且由于蒸發(fā)空冷的傳熱管為光管，使設(shè)備造價(jià)進(jìn)一步降低。4.

操作彈性大，可操作性好。因?yàn)檎舭l(fā)空冷主要是靠管外水膜的蒸發(fā)而不是靠空氣溫升來帶走管內(nèi)的大部分熱量，所以蒸發(fā)空冷對空氣入口溫度不敏感；同時(shí)管內(nèi)熱流體將其熱量通過管壁傳遞給水膜，提高了水膜的溫度，同時(shí)引風(fēng)式風(fēng)機(jī)在管束中形成負(fù)壓，從而增大了管外水膜的蒸發(fā)效率，所以它對空氣入口濕度也不敏感；因此環(huán)境氣溫、濕度的波動以及季節(jié)變化對蒸發(fā)空冷的冷卻效果影響較小，固蒸發(fā)空冷的操作彈性大，適用地區(qū)廣，可操作性好。

第51頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)

結(jié)構(gòu)型式一﹒國內(nèi)典型結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)二﹒國外典型結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)第52頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二一﹒國內(nèi)典型結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)（一）典型結(jié)構(gòu)型式國內(nèi)企業(yè)（蘭州石油機(jī)械研究所）開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷的典型結(jié)構(gòu)如圖—4所示。它主要由以下部件組成：

1.

位于設(shè)備頂部的引風(fēng)式風(fēng)機(jī)；

2.

位于風(fēng)機(jī)下方的除霧器；

3.

位于除霧器下方的噴淋水分配器；

4.

位于噴淋水分配器下方的光管管束;

5.

位于光管管束下方的構(gòu)架與水箱；

6.

噴淋水輸送管線與管道泵。上述前五個部件之間均采用翻邊法蘭螺栓連接，各連接面之間均采用橡膠板和密封膠進(jìn)行密封，以防漏風(fēng)、漏水。

圖—4.國內(nèi)蒸發(fā)空冷典型結(jié)構(gòu)示意圖

第53頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二蒸發(fā)空冷一般適用于各種溫度低于80℃的低溫位工藝流體的冷卻和冷凝。它可使工藝流體出口溫度冷到接近環(huán)境濕球溫度。如果工藝流體入口溫度高于80℃，在管束入口段管壁溫度過高，使管外表面水膜容易結(jié)垢，增加了傳熱傳質(zhì)阻力，會降低蒸發(fā)空冷的傳熱效率。為此，當(dāng)工藝流體入口溫度高于80℃時(shí)，將蒸發(fā)空冷中的除霧器用翅片管代替，使高溫位熱流體先流經(jīng)翅片管束預(yù)冷到80℃以下再進(jìn)入光管管束進(jìn)行冷卻或冷凝，使翅片管管束起到既冷卻又除霧的雙重作用。從而擴(kuò)大了蒸發(fā)空冷的適用范圍，并增加了傳熱面積。與干式和濕式空冷器相比，蒸發(fā)空冷具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.

傳熱效率高，冷卻效果好，所需傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊。因?yàn)檎舭l(fā)空冷的管外傳熱是由管壁—水膜間的強(qiáng)制對流傳熱和水膜—空氣間的直接接觸蒸發(fā)傳質(zhì)傳熱兩步完成，而水具有很高的汽化潛熱，從而大大強(qiáng)化了管外表面的傳熱強(qiáng)度，其傳熱強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管壁—空氣間的對流傳熱，使蒸發(fā)空冷的總體傳熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干式和濕式空冷，固其所需傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且蒸發(fā)空冷可直接將管內(nèi)熱流體冷到較低溫度（40℃以下），而不再需要后水冷器。在合理設(shè)計(jì)下可使管內(nèi)熱流體出口溫度冷到接近環(huán)境濕球溫度，固其冷卻效果好，同時(shí)解決了干空冷為了獲得較低冷卻冷凝溫度而必須配帶后水冷器的問題。2.

能耗和水耗小，操作費(fèi)用低。因?yàn)樵谡舭l(fā)空冷中空氣攜帶熱量主要是靠增加攜濕量帶走水的蒸發(fā)潛熱，而不是靠空氣溫升顯熱，從而所需風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于干空冷和濕空冷；而且由于采用光管管束，空氣穿過管束的壓降小，使風(fēng)機(jī)能耗進(jìn)一步降低；同時(shí)光管外表面水的成膜性好，水的汽化潛熱很高，在合理設(shè)計(jì)下，可達(dá)到較高的蒸發(fā)冷卻效果，水耗很低；與干空冷加后水冷相比，它又省去了后水冷器，固其操作費(fèi)用很低。3.

投資費(fèi)用低，占地面積小。從結(jié)構(gòu)上看蒸發(fā)空冷的最大特點(diǎn)是將冷卻塔和列管式水冷器合為一體，從而省去了單獨(dú)的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，使一次性投資大大降低；且減少了設(shè)備占地面積，而且由于蒸發(fā)空冷的傳熱管為光管，使設(shè)備造價(jià)進(jìn)一步降低。4.

操作彈性大，可操作性好。因?yàn)檎舭l(fā)空冷主要是靠管外水膜的蒸發(fā)而不是靠空氣溫升來帶走管內(nèi)的大部分熱量，所以蒸發(fā)空冷對空氣入口溫度不敏感；同時(shí)管內(nèi)熱流體將其熱量通過管壁傳遞給水膜，提高了水膜的溫度，同時(shí)引風(fēng)式風(fēng)機(jī)在管束中形成負(fù)壓，從而增大了管外水膜的蒸發(fā)效率，所以它對空氣入口濕度也不敏感；因此環(huán)境氣溫、濕度的波動以及季節(jié)變化對蒸發(fā)空冷的冷卻效果影響較小，固蒸發(fā)空冷的操作彈性大，適用地區(qū)廣，可操作性好。

第54頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

國內(nèi)開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷的典型結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1.

采用引風(fēng)式軸流風(fēng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)機(jī)風(fēng)量大，而且引風(fēng)式風(fēng)機(jī)向上抽吸空氣，從而在其下部空間形成負(fù)壓區(qū)域，加速了位于其下方的傳熱管外表面水膜的蒸發(fā)效率；2.

除霧器采用雙金屬軋制型翅片管束，它既能高效除霧，減少噴淋水損耗，又可進(jìn)行高溫介質(zhì)（高于80℃）的預(yù)冷，從而擴(kuò)大了蒸發(fā)空冷的適用范圍，并增加了設(shè)備的傳熱面積；3.

噴淋水分配器在設(shè)備運(yùn)行中即可方便的維護(hù)、清洗、更換噴嘴，而且其噴淋水管線均采用不銹鋼管，噴嘴采用聚氯乙烯材料制成，并且將噴嘴安裝在噴淋支管的上部，從而有效地減少了噴嘴堵塞的可能性；4.

管束一般采用絲堵式組焊矩形管箱（特殊情況時(shí)也可采用可拆卸蓋板式組焊矩形管箱），管束由水平布置的單根光管組成，管子與管箱的連接型式采用強(qiáng)度脹、強(qiáng)度焊或脹焊并用；5.

構(gòu)架與水箱連成一體，下部為水箱，上部為帶有百葉窗的進(jìn)風(fēng)口，且其四周均為進(jìn)風(fēng)口；同時(shí)構(gòu)架又作為風(fēng)機(jī)、除霧器、噴淋水分配器及光管管束的支撐體。在管束下部四周設(shè)置了擋水板，在水箱上部四周設(shè)置了收水槽，從而減少了噴淋水外濺造成的水損失或?qū)υO(shè)備周圍平臺的濺水。構(gòu)架與水箱的底部帶有安裝底座，只需在基礎(chǔ)上預(yù)置地腳螺栓即可進(jìn)行設(shè)備安裝；6.噴淋水輸送系統(tǒng)由二條管線和二臺管道泵組成，它們由噴淋水分配器端部的橫向主水箱連通，二條輸水線在設(shè)備工作時(shí)一開一閉，以便確保設(shè)備運(yùn)行時(shí)噴淋水分配器正常工作；橫向主水管兩端設(shè)置了控制閥，在輸水線立放的主水管底部設(shè)置了放空口，這樣可保證在冬季時(shí)設(shè)備的備用泵管線內(nèi)噴淋水能夠放空，以免凍裂水管和備用泵。

第55頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二一﹒國外典型結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)

國外企業(yè)（德國GEA公司、美國FES公司和B.A.C公司）開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷的典型結(jié)構(gòu)如圖—5所示，它主要有以下部件組成：1.

位于設(shè)備底部側(cè)面的鼓鳳式風(fēng)機(jī)；2.

位于設(shè)備頂部的除霧器；3.

位于除霧器下方的噴淋水分配器；4.

位于除霧器下方的光管管束；5.

位于光管管束下方的水箱（收水盤）；6.噴淋水輸送管線與管道泵。

圖—5.國外蒸發(fā)空冷典型結(jié)構(gòu)示意圖第56頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.

國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷大部分采用鼓風(fēng)式離心風(fēng)扇，從設(shè)備底部一個側(cè)面鼓風(fēng)，空氣阻力大，而且進(jìn)風(fēng)口只有一面，其風(fēng)量??；也有少數(shù)采用類似涼水塔那樣的結(jié)構(gòu)；2.

除霧器由許多等間距布置的波形板組成，其除霧效果差，（在安裝中無法確保波形板均為等間距布置），水耗、能耗大，而且制造、安裝、維護(hù)均不方便；3.

噴淋水分配器是固定的，在設(shè)備運(yùn)行中無法清洗，噴淋水管線一般為碳鋼管，易生銹，而且噴嘴安裝在噴淋支管的下部，噴淋水中的泥沙等雜質(zhì)易聚積在水管底部，噴嘴易堵塞，一旦噴淋水分配器的噴嘴堵塞，傳熱管外表面無法完全被濕潤，則設(shè)備冷卻能力大大下降，勢必會造成設(shè)備停車檢修。4.

國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷大部分采用集合管式管箱，管束由水平蛇形盤管組成，管子與管箱的連接型式只能采用強(qiáng)度焊，一旦有一根管子出現(xiàn)泄露，則設(shè)備必須停車來更換其整個管束，而且由于采用集合管式管箱，在集合管上最多只能水平焊接二排管子，所以其管程布置困難，管程壓降較大；5.只有一條噴淋水輸送管線和一臺管道泵，一旦該泵出現(xiàn)故障，會使設(shè)備的冷卻效果很差，會造成設(shè)備停車檢修。第57頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)設(shè)計(jì)

一﹒基本假設(shè)二﹒數(shù)學(xué)模型三﹒傳熱、傳質(zhì)方程和能量平衡方程及其邊界條件四﹒設(shè)計(jì)要求第58頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二一﹒基本假設(shè)

由于蒸發(fā)空冷的傳熱和傳質(zhì)過程較復(fù)雜，要精確算出各流體的流動、溫度和濃度分布是及其困難的，為了使問題達(dá)到可進(jìn)行數(shù)學(xué)處理的程度，必須作適當(dāng)?shù)暮喕?.

假設(shè)ha/ka=Ca近似成立，則空氣—水交界面與空氣流間的熱流量可用濕空氣熱焓差來表示；2.

由于噴淋水蒸發(fā)量與其循環(huán)量相比很小，僅占其循環(huán)量的1～2%，故在能量平衡計(jì)算中忽略水的蒸發(fā)量，且不記輸送引起的水損失和排水損失，即認(rèn)為在蒸發(fā)空冷中噴淋水流量不變；3.

管束具有均勻完整的表面潤濕；4.

蒸發(fā)空冷中干空氣流量不變，且在其各橫截面上空氣流速均勻；5.

在蒸發(fā)空冷中各傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)保持為常數(shù)；從試驗(yàn)中獲得的hrw和ka值是給定幾何形狀的平均值，忽略實(shí)際存在的噴淋水進(jìn)入和排出的影響。

第59頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二二﹒數(shù)學(xué)模型

圖—7.蒸發(fā)空冷溫度分布示意圖圖—6.蒸發(fā)空冷熱量傳遞示意圖第60頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二

如圖—6（【14】）所示，在蒸發(fā)空冷中熱量傳遞是從管內(nèi)流體經(jīng)過管壁傳遞到管外表面噴淋水膜中，再從噴淋水膜傳遞給空氣流；從噴淋水向空氣的熱傳遞是由水膜與空氣流之間的直接接觸蒸發(fā)傳質(zhì)傳熱和水膜與空氣流之間的強(qiáng)制對流顯熱傳熱共同完成的。蒸發(fā)空冷的典型溫度分布如圖—7（【14】）所示，在其頂部，由于工藝流體與噴淋水之間具有較大溫差，從而具有較高的傳熱速率，噴淋水被工藝流體迅速加熱，工藝流體迅速降溫，水溫迅速接近工藝流體溫度，相對來說由于水的蒸發(fā)引起的能量傳遞較低，而在其余部分，噴淋水和工藝流體均被冷卻，因?yàn)檫@時(shí)的冷卻過程是由噴淋水與空氣流間的傳質(zhì)過程控制。工藝流體溫度下降相對緩慢，循環(huán)水溫度升到最高后與工藝流體一起被空氣冷卻，最終恢復(fù)到它的進(jìn)口溫度。空氣由下而上流動，它一方面吸收了水的熱量，一方面使水蒸發(fā)而形成飽和濕空氣，它的溫度和熱焓逐漸上升。文獻(xiàn)【3】提出了用管內(nèi)工藝流體與管外表面噴淋水之間的總傳熱系數(shù)U以及管外表面噴淋水與空氣流之間以熱焓差為推動力的總傳熱系數(shù)koa來描述蒸發(fā)空冷的傳熱、傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。本文以下均采用該模型來推導(dǎo)蒸發(fā)空冷的傳熱、傳質(zhì)方程。在蒸發(fā)空冷的設(shè)計(jì)中，使用一維單元的工藝流體、噴淋水和空氣的適當(dāng)?shù)膫鳠岱匠?、傳質(zhì)方程和能量平衡方程的組合，雖然工藝流體管子的交叉布置用二維分析方法更為可靠，但這會使其方程設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，而計(jì)算精度幾乎沒有提高，則認(rèn)為一維單元分析是足夠精確的。

第61頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二三﹒傳熱、傳質(zhì)方程和能量平衡方程及其邊界條件

如圖—6和圖—7所示，令蒸發(fā)空冷中各流體溫度、熱焓的變化均以沿其頂部向其底部方向增加為正，在蒸發(fā)空冷的一維單元模型中取出任意一個微元段dA來進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)分析可得：管內(nèi)工藝流體釋放的熱量：空氣吸收的熱量為：根據(jù)微元段dA中局部能量平衡可得：整理上述（1）、（2）、（3）式可得：H*只是噴淋水溫度的函數(shù)，即：由于噴淋水是循環(huán)使用的，在穩(wěn)態(tài)工況下，蒸發(fā)空冷頂部噴淋水進(jìn)口溫度Trw1應(yīng)等于其底部噴淋水出口溫度Trw2，即有：管內(nèi)工藝流體與管外表面噴淋水之間的總傳熱系數(shù)U可由下式計(jì)算：管外表面噴淋水與空氣流之間以熱焓差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)Koa可由下式計(jì)算：

方程（4）、（5）、（6）是描述蒸發(fā)空冷傳熱特性的聯(lián)立微分方程組，方程（8）是該方程組的邊界條件?？梢杂媒馕龇ê蛿?shù)值法求解上述微分方程組。hpf、hrw、hi、ka這四個傳遞系數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)來測定，根據(jù)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出這些傳遞系數(shù)的相應(yīng)關(guān)系式，在此文中不再詳述。第62頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二四﹒設(shè)計(jì)要求

借助于方程（6）就可以容易地看出，若假設(shè)噴淋水溫度為常數(shù)，將會導(dǎo)致不合理的結(jié)果。如果噴淋水溫度為常數(shù)，則方程（6）中的dTrw/dA就等于零，由此可得出在蒸發(fā)空冷中的每個地方都有：對于一組給定的工作條件，U和Koa（只取決于設(shè)計(jì)幾何參數(shù)和流速）實(shí)際上保持為常數(shù)，H*只與噴淋水溫度Trw有關(guān)，如果Trw為常數(shù)，那么H*也保持為常數(shù)，則方程（6a）將導(dǎo)致以下兩種可能：

(1)

Ha和Tpf必須保持為常數(shù)，但如果有熱量傳遞，這就不合理了；

(2)

當(dāng)Ha增加時(shí)Tpf下降，而在逆流中這是不可能的。因此噴淋水溫度Trw不是常數(shù)，所以方程（6a）是不正確的。因此噴淋水沒有以它從管內(nèi)熱流體那里獲得熱量的同樣速度把熱量傳遞給空氣流。對于穩(wěn)態(tài)工作，噴淋水進(jìn)口溫度Trw1等于其出口溫度Trw2，因此盡管噴淋水溫度不是常數(shù)，但是其變化是有限的，而且由于假定對于所涉及到的Trw的有限范圍H*與Tm成線形關(guān)系而引起的誤差很小。文獻(xiàn)【3】認(rèn)為沒有采用這個假設(shè)而進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與采用這個假設(shè)的結(jié)果相差甚微，因此這個假設(shè)是合理近似的，因此方程（11）中的m是適合于所涉及的噴淋水溫度范圍的比例常數(shù)。噴淋水溫度有限變化的一個附加結(jié)果是假設(shè)Tpf、Trw和Ha的變化在空氣流動方向沿光滑曲線變化，然而實(shí)際上通常蒸發(fā)空冷的布置是多管程的交叉流動，對于Trw是有限變化而且管程數(shù)比較大的情況（如10個管程），這個假設(shè)是合理正確的，要滿足的要求是每個管程的溫度和熱焓的變化與那個管程占優(yōu)勢的勢差相比較小。

第63頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)、工業(yè)應(yīng)用

一﹒適用范圍與場合二﹒應(yīng)用情況三﹒技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

四﹒應(yīng)用前景

第64頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二二﹒應(yīng)用情況國外開發(fā)研制的蒸發(fā)空冷主要應(yīng)用于制冷和空調(diào)系統(tǒng)，如壓縮機(jī)中間冷卻器、透平夾套水冷卻器、潤滑油冷卻器，以及其它無機(jī)物水溶液冷卻器，在煉油、化工、電力、冶金等行業(yè)的應(yīng)用尚未見報(bào)道。國內(nèi)主要是蘭州石油機(jī)械研究所開發(fā)研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蒸發(fā)空冷，他們設(shè)計(jì)制造出的三百多臺各種型號規(guī)格的蒸發(fā)空冷已應(yīng)用到我國西北、東北、華北、西南、華東等地方的煉油、化工企業(yè)和油田以及冶金行業(yè)，其具體應(yīng)用詳見表—1。一﹒適用范圍與場合蒸發(fā)空冷是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)過程融為一體，且兼有二者之長的新型節(jié)能、節(jié)水型高效冷凝冷卻設(shè)備；它具有傳熱效率高、投資省、操作費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、安裝、維護(hù)方便而且維護(hù)費(fèi)用低、操作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)；適用于煉油和化工行業(yè)中各種塔頂油氣的冷凝冷卻、油品的冷卻、壓縮機(jī)級間冷卻，適用于電力、冶金、制冷等行業(yè)中的冷卻水、蒸汽、致冷劑及其它工藝流體的閉路循環(huán)冷卻，尤其對80℃以下的低溫位介質(zhì)的冷凝、冷卻具有其它冷卻設(shè)備難以匹敵的優(yōu)點(diǎn)。

第65頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二表—1.蒸發(fā)空冷應(yīng)用情況一覽表序號裝置名稱用途1酮苯脫蠟（脫油）裝置制冷系統(tǒng)的過熱氨氣冷凝器溶劑回收系統(tǒng)的溶劑冷凝器2氣體分餾裝置脫乙烷塔頂冷凝器脫丙烷塔頂冷凝器丙烯塔頂冷凝器碳四塔頂冷凝器脫異丁烷塔頂冷凝器脫異丁烯塔頂冷凝器脫戊烷塔頂冷凝器3丙烷（丁烷）脫瀝青裝置高壓丙烷冷凝器中壓丙烷冷凝器丁烷冷凝器4烷基化裝置壓縮機(jī)出口冷卻器塔頂冷凝器5烷基苯裝置苯汽提塔頂冷凝器6糠醛裝置塔頂冷凝器7重整裝置預(yù)加氫產(chǎn)物冷卻器脫戊烷塔頂冷凝器脫C6塔頂冷凝器重整產(chǎn)物冷卻器脫丁烷塔頂冷凝器8芳烴抽提裝置穩(wěn)定塔頂液化氣冷凝器精制產(chǎn)物冷卻器溶劑油分離塔頂冷凝器脫異戊烷塔頂冷凝器發(fā)泡劑塔頂冷凝器9干氣脫硫裝置再生塔頂酸氣冷凝器貧液冷卻器10制氫裝置中變氣冷卻器第66頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二11汽油異構(gòu)化裝置穩(wěn)定塔頂液化氣冷卻器穩(wěn)定汽油冷卻器反應(yīng)產(chǎn)物冷卻器12汽油醚化裝置反應(yīng)塔頂冷凝器輕汽油冷卻器13正己烷裝置正己烷塔頂冷凝器脫輕塔頂冷凝器14汽油柴油加氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物冷卻器分餾塔頂冷凝器精制汽油柴油冷卻器汽提塔頂冷凝器15航煤加氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物冷卻器分餾塔頂冷凝器精致航煤冷卻器16航煤脫硫醇裝置航煤產(chǎn)品冷卻器生成油冷卻器17常減壓裝置常壓塔頂冷凝器初餾塔頂冷凝器18催化裝置分餾塔頂冷凝器穩(wěn)定塔頂冷凝器壓縮富氣冷卻器輕柴油冷卻器穩(wěn)定汽油冷卻器19天然氣輕烴回收裝置天然氣壓縮機(jī)出口冷卻器穩(wěn)定塔頂冷凝器丙烷制冷系統(tǒng)丙烷冷凝器脫丁烷塔頂冷凝器脫戊烷塔頂冷凝器汽油冷卻器混合富氣冷卻器20冶金行業(yè)高爐循環(huán)水冷卻器第67頁，共78頁，2023年，2月20日，星期二三﹒技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

表—2至表—9均為蘭州石油機(jī)械研究所對其設(shè)計(jì)制造并已投入使用的一些蒸發(fā)空冷所做的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比。1.

蒸發(fā)空冷與后水冷器的經(jīng)濟(jì)性比較從表—2中的數(shù)據(jù)可以看出，蒸發(fā)空冷與后水冷器相比，可節(jié)省投資14.6%，節(jié)省操作費(fèi)用73.2%。2.

蒸發(fā)空冷與濕式空冷器的經(jīng)濟(jì)性比較從表—3和表—4中的數(shù)據(jù)可以看出，蒸發(fā)空冷與濕式空冷器相比，可節(jié)省投資12.3～28.8%，節(jié)省操作費(fèi)用12.8～37.5%，節(jié)省占地面積60.6～69.7%。3.

蒸發(fā)空冷與干式空冷器加后水冷器的經(jīng)濟(jì)性比較從表—5至表—8中的數(shù)據(jù)可以看出，蒸發(fā)空冷與干式空冷器加后水冷器相比，可節(jié)省投資14.9～30.2%，節(jié)省操作費(fèi)用30～70.5%，節(jié)省占地面積48.5～67.3%。4.

蒸發(fā)空冷與干式空冷器加濕式空冷器的經(jīng)濟(jì)性比較從表—9中的數(shù)據(jù)可以看出，蒸發(fā)空冷與干式空冷器加濕式空冷器相比，可節(jié)省投資22.6%，節(jié)省操作費(fèi)用43.6%，節(jié)省占地面積