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翅片管式空气冷却器

日期:2022-01-11 09:38点击:

4翅片管式空气冷却器
4.1空冷器的优点和结构形式
空气冷却器是用环境空气冷却工艺流体的大型换热设备。在炼油厂,发电厂和其他 工业领域中已得到广泛应用。为了强化空气的冷却效果,绝大多数空冷器都采用翅片管 作为传热元件。为了节约水源,用空冷代替水冷已成为普遍的选择,空冷与传统的水冷相 比,其主要优点在于:
① 水日益成为紧缺的资源,我国是一个缺水的国家,在某些能源大省和广大的西北地 区,水资源更为紧张,而空气到处都有,且可免费利用,为解决缺水瓶颈采用空气冷却是唯 一可能的选择。
② 釆用空冷几乎不会对环境造成污染,若釆用水冷,当换热器出现腐蚀和泄漏时,会 对水资源造成污染。
③ 水需要加工和处理,在换热器中水的流动阻力较大,使得水冷的成本较高;而空气 无需经过处理,而且不需要循环使用,因而运行成本较低。
此外,用空气作为冷却介质,与水比较,也有若干不足和特点:
① 空气温度受大气温度及气候的影响很大,经常处于变动状态,不像水温容易控制。
② 空气的入口温度为大气的干球温度,被冷却介质的出口温度不能低于大气干球温 度,其冷却效果受大气温度的影响和制约。
③ 所需要的空气流量很大:空气在20℃时,比热容为1. 0 kJ/(kg •℃).密度为 1.2 kg/m3,而水的比热容为4. 183 kJ/(kg • Y),密度为998 kg/m3o在吸收同等热量和 同样温升的情况下,空气的质量为水的4. 18倍,空气的体积为水的830倍,所以,空冷器 需要大的风量和大的迎风面积。
④ 空气的对流换热系数要远远低于水的对流换热系数,即使在采用翅片管的情况下,
空冷器的传热系数也较低,是水冷器的传热系数的* 倍。
空冷器的结构:
(1)翅片管。为了提高空冷器的传热效果,绝大多数空冷器都要采用翅片管作为空 冷器的传热元件。见第1.2节中与空气换热的翅片管的介绍。由于空气流过翅片时几乎 没有污染和腐蚀,在大多数运行条件下,表面积灰和结垢不严重,所以空冷器所采用的翅 片管的翅片密度很大,翅化比可达20以上。翅片材质多为铝,而基管材质多釆用碳钢或 不锈钢。其中钢管/铝轧制复合翅片管应用最为普遍,其结构如图4. 1. 1所示。
这种翅片管的接触热阻很小,此外,整体的铝翅片将基管与空气完全隔离,再加上加
工容易,制造成本较低等优点,因而成为目前空冷器制造行业的首选。常用的翅片管规格 为:基管外径:。。=20 ~25 mm翅片高度1。- 15 mm翅片间距3 ~4 mm翅片厚度: 0. 3 -0. 6 mm翅化比15 ~25
例如:某一常用的翅片管的规格为:基管外径。。=25 mm翅片高度t=12.5 mm;翅片 间距为3.0 mm翅片厚度为0.5 mm翅化比为23
(2)翅片管束。
由多支翅片管和管箱组成的传热单元称为翅片管束。

如图4. 1.2所示,翅片管束主要由翅片管和连接翅片管的管箱组成,管内介质的进口 和岀口可以置于同一个管箱上,另一管箱作为回转管箱,依靠管箱内部的隔板来实现管程 的划分。
在空气流动方向,一般布置2~6排翅片管,图中所示为2个管程,每2排翅片管为一 个管程。各排翅片管之间是错排排列。管束的外形尺寸为丄(长x"(宽),为了便于运输 和加工,长度厶一般不超过12 m,而宽度驴不超过3 m为宜。
管箱的结构有多种形式,如图4. 1.3所示。为了便于翅片管的安装和管内的清理,往 往采用丝堵型管箱结构,在管箱的外侧箱板上,针对每个管口,安装一个可拆卸的丝堵。 对于高压介质,可采用圆管型管箱。

图4.1.3管箱结构

(3) 翅片管束和风机的布置形式。
一台空冷器由若干个翅片管束并在一起,构成一个完成的换热器传热结构。空冷器 的翅片管束和风机有两种布置形式:图4. 1.4中,管束水平布置,风机安装在下部,向上鼓 风,称为鼓风式或强制通风式空冷器;图4. 1.5中,管束水平放置,风机安装在上部,向上 引风,称为引风式或诱导通风式空冷器。

 
图4. 1.5诱导通风式空冷器
两种形式的空冷器各有优缺点:对于强制通风式空冷器,进入风机的空气是没有加热 的冷风,空气密度较大,风机的功率消耗较小,缺点是鼓出去的热风容易被吸回来,产生热 风再循环,需要在空气出口和入口的结构上做仔细的考虑;对于诱导通风式空冷器,进入 风机的风是经过加热后的热风,温度较高,因此风机耗能较大,但是因空气出口的动压较 高,不易产生热风再循环现象,此外,由于风机安装在高处,会给结构设计和安装工艺增加 一定的难度。
在风机型号的选择上有三个重要的参数互相关联,即风量(m3/h),压头(Pa)及功率 (kW),这些参数要由设计确定。在结构上,往往采用多台风机,要与管束的迎风面合理 地结合在一起。
为了防止日照、雨雪、低温等自然因素对管束及换热的影响,对于强制通风式空冷器, 在翅片管束上部都要装设可调整开度的百叶窗匸
除了图4. 1.4,4. 1.5所示的管束水平放置的形式之外,翅片管束还可以倾斜放置,或 -146 .
 
图4. 1.6管束倾斜放置                                    图4. 1.7管束垂直放置
管束水平放置的空冷器特别适用于多管程的情况,而倾斜放置或垂直放置的空冷器, 特别适用于单管程或管内蒸汽的凝结,蒸汽从上部管箱进入,凝液从下部管箱排出。此 外,倾斜放置或垂直放置的空冷器,与水平放置相比,占地面积要减少一些,但对空气绕流 翅片管束的均匀性会有一定影响。
本章重点讲解空冷器的设计计算方法,对于空冷器的结构设计及其细节不作详细论 述。在空冷器的设计中,管外是空气绕流翅片管束的换热,换热系数已有成熟的计算方 法,可按第2章中的有关公式进行计算。然而,管内被冷却的介质会有各种不同的换热情 况,并遵循不同的换热规律,因而有必要根据管内的换热特点对空冷器的设计进行分类。 按管内的换热特点可分为:
(1 )管内介质是单组分或多组分的冷却;
(2) 管内介质是单组分或多组分的冷凝;
(3) 管内介质是单组分或多组分的冷凝和冷却。
管内的相变换热都涉及管内气/液两相流动,由于换热过程的复杂性和计算方法不完 善,给空冷器的设计计算带来很大的困难。
4.2节讲述管内是单相流体冷却时的空冷器设计;在4. 3节中讲述管内凝结过程和 冷却过程同时存在时的空冷器设计计算;在4. 4节中重点讲述空冷器的变工况计算;在 4.5节中推荐一些设计的经验数据和空冷器的相关标准。在各节中都给出了计算例并对 计算结果进行简单讨论。

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