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冷凝冷却空冷器的设计

日期：2021-09-03 02:19:49点击：321

冷凝冷却空冷器的设计
4-3.1换热特点和设计概述
当空冷器的管内是纯粹的蒸汽凝结时，管内换热规律不变，管内流体的进出口温度也不变，空冷器的设计比较简单，与管内为单相流体时的设计计算方法接近。但这种纯粹的蒸汽凝结比较少见,大部分运行情况是进口为饱和蒸汽，出口为过冷液体;或进口为过热蒸汽，出口为过冷液体。当空冷器的管内介质同时存在冷凝和冷却两个过程时,因管内传热规律发生变化，空冷器的设计计算与第4. 2节所讲的管内为单相流体时的设计计算方法有所不同，使设计变得更为复杂,下面，将分别讨论两种换热情况，并通过两例加以说明。
1.情况1:单一介质在管内的冷凝和冷却
以水蒸气在管内的冷凝和冷却为例，该过程可包括过热蒸汽的冷却，饱和蒸汽的凝结和凝结水的冷却三个阶段，如图4.3. 1所示。
这一情况的特点是:三个阶段的温度曲线有明显的变化，过热蒸汽的冷却和凝结水的冷却属于单相流体的换热，温度沿流程有明显的下降。而饱和蒸汽的凝结，属于相变换热，温度保持在饱和温度上。虽然蒸汽在管内流动要克服一定的流动阻力，压力和饱和温度会有所下降，但计算表明，在空冷器的应用条件下，凝结段的管内压力和饱和温度基本保持不变。此外，三段的管内换热系数相差很大，传热平均温差也各不相同，导致各段的换热量和换热面积产生较大的差别，因而，对管内冷凝/冷却同时存在的情况，应分段进行设计和计算。
分段计算的大致步骤为：
(1) 计算空冷器的总热负荷和各段的换热量; 确定各段分界处的介质温度，并由热平衡计算分界处的空气温度；
(2) 进行空冷器的初步设计；
(3) 计算管外空气侧的换热系数和各段的管内换热系数；
(4) 分别计算各段的传热系数，传热温差和传热面积，从而求出总传热面积，并与初
步计算选取的面积相比较。

2.情况2：复合介质的冷凝和冷却
如烟气和水蒸气组成的复合介质，或碳氢化合物混合气体与水蒸气组成的复合气体等,其中的水蒸气，在管内的温度和压力达到其饱和状态后,会产生水蒸气的凝结，而复合介质中的混合气体成分则一直处于过热状态，不会产生凝结，从而形成混合气体与可凝蒸汽和凝结液共存的两相流状态。在空冷器的传热过程中，复合介质沿管程的温度分布和换热特点如图 4. 3.2所示。
在复合介质中，若可凝组分占有较少的比重，或在空冷器的入口处就开始凝结，则复合介质沿管程的温度变化比较均匀，各段的换热系数相差不大，可用统一的关联式计算, 因此，没有必要分段计算，可作为一个整体进行空冷器的设计。

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