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空冷器的设计参考

日期：2022-01-11 01:31:52点击：136

空冷器的设计参考
4. 2-4. 4节主要讲述了空冷器的设计方法,从计算例可知，传热系数的计算是设计的关键环节，也是最复杂的步骤，尤其是对于石油化工中的换热介质，由于影响其物性数据的因素很多，难以精确地选取,给传热计算带来很大困难。为此,本节推荐一组空冷器传热系数的经验数据，借助推荐的经验数据，可以大大简化空冷器的设计。应当指出，这些推荐数据是在特定的条件下给出的，因此，在选取和应用时要特别细心,应选取较大的设计余量，为此，本节提出了选用经验数据的注意事项，并给出了利用经验数据的设计实例。

4.5.1空冷器传热系数的经验数据
推荐的传热系数的经验数据见表4. 5. 1 -4. 5. 3₀各表中的传热系数是以光管（基管）外表面为基准的。

表4. 5.1液体冷却空冷器
液体名称	运行条件及说明	传热系数/(W • m ² - ℃-')
重油 8 ~ 14 °C API 150 r（平均温度） 200勾（平均温度）		35 ~58 58 ~93
油品 20 °C API 93 r （平均温度） 150 T （平均温度） 200 X.（平均温度）	管内流速＞0.5 m/s	50 ?90 70-120 170-220
油品 30 °C API 93勾（平均温度） 150 r （平均温度） 200 r （平均温度）	管内流速＞0.5 m/s	140 ~190 250 ~ 300 280 ~330
柴油		250 ?300
煤油		300 -330
汽油		380-400
轻燈类		400 ?450
氨		500-600
质量分数为25%的盐水（水占75% ）	管内流速＞0.5 m/s	500 ~600
水	管内流速＞0.5 m/s	600 ?700

表4. 5.2管内凝结空冷器（1）
流体名称	运行条件和说明	传热系数/(W - m-² -℃-')
水蒸气		700 ?800
含10%不凝气的蒸汽		500 -600
含20%不凝气的蒸汽		400-500
含40%不凝气的蒸汽		300 ?400
纯的轻炷		440 ?480
混合的轻煙		350 ?400
汽油		340 ?400
汽油-蒸汽混合物		400 -430
中等组分姪类		250 ?280

中等组分炷类-水蒸气		300 ~350
纯有机溶剂		400 ?450
氨		500-600
原油分馅塔顶气体		300 ?400
轻汽油-水蒸气-不凝气	含不凝气30%以下	300 ?400
炼厂富气冷凝	含不凝气50%以上	200 ~ 280
轻碳氢化合物的冷凝	^c2 »^C3»^C5，。6	500 ?400
轻汽油		400
煤油		350 ?400
芳煙		400 ?450
加氢裂解	100 - 200(表压)	420
加氢精制（汽油）	80（表压）	380
加氢精制（柴油）	65（表压）	300
柴油		200 ?300
燃料油		110
润滑油（低黏度）		100 ?140
工业过程水		500-600

表4. 5.3气体或蒸汽的冷却

气体名程	气体压力（表压）xlO⁵/Pa
	0.7	3.5	7.0	²¹	35
	传热系数/(w - m-² - r-')
轻姪类	80-110	160 ~190	250 -280	360 ~ 380	390 ~ 420
中等组分煙类	80-110	190 -210	250 ~280	360 ~380	390 ~420
空气	40 ~50	80-110	140 ~170	220-250	250 ~280
氨	50 ~80	80 ?110	170 ~180	250 ?280	280 ~ 300
水蒸气	50-80	80 ~ 110	140 ~170	250 -280	300 ~350
氢气，体积分数为100%	110 ~160	250 ~280	360 ~ 380	470-500	540 -580
氢气，体积分数为75%	90 ?140	220 ~250	330 ?350	440 - 470	480-520
氢气，体积分数为50%	80 ?130	190 ~220	300 ~330	410-450	470 ~500
氢气，体积分数为25%	60 ~ 120	160 ?180	240-320	350 -380	450 ~480

应当注意，在选用上述表格中的经验数据时，除了要保证管外空气质量流速在3.0~

5.0 kg/(m² - s)之外，还应保证管内流体的流速在一定的范围之内。例如，当管内是水或其他液体的冷却时，管内流速应大于0. 2-0. 5 m/s,当管内是气体介质的冷却时，管内流速应大于5~10 m/s_o同时,还要考虑污垢热阻的大小。一般，为了设计安全，应选取经验数据中的最小值＜
在第2. 6节列出了管内单相流体换热系数的计算方法，以水为例的一组计算结果见表4.5.4,可以看出，当管内流速低于0.2 m/s时,管内换热系数值很低，而传热系数永远低于最小的换热系数值，因而导致传热系数的下降，甚至可能低于经验数据。

表 4. 5.4		以水为例的计算结果
管内流速。/(m • s ')	0. 05	0. 1	0.2	0.5	1.0
管内Re数	5 258	10 516	21 033	52 584	105 169
hi/（W • m-². ℃-1）	600	1 045	1 820	3 788	6 595

由表4.5.4中的计算结果可知，为了保证管内有足够高的换热系数，管内水的流速应大于0. 2 ~0.5 m/s,在空冷器结构设计中，如果选取的单管程的管子数目太多，就会导致管内换热系数和传热系数过低的情况。
几个设计例与经验数据的比较如下：
(1) 在例4. 2. 1中，空冷器管内是水的冷却，计算的传热系数值为435 W/(m² • ℃)，而由表4.5. 1查取的数据是600 -700 W/(m² • ℃),大于计算值,可能的原因是计算值对应的管内流速较低，仅为0.205 m/s；
(2) 在例4.3. 1中，空冷器管内是水蒸气的凝结和凝结水的冷却，计算结果是:凝结段的传热系数为667. 5 W/( m² .℃)，而在表4. 5. 2中推荐的数值为700 ~ 800 W/(m² • ℃)；在水冷却段,传热系数的计算值为100.3 W/(m² •℃)，比在表4. 5. 1 査取的数据600 ~ 700 W/(m² •℃)要小得多，主要原因是蒸汽凝结后的液量的体积变小，导致管内水的流速过低所致”
由此可见，由于设计条件差别很大，如有可能，空冷器的传热系数还是应以计算为主, 而以上述经验数据作为参考。

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