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天然气压缩机后空冷器的基本结构和选择.doc

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11、蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄

12、虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈

13、蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节

14、螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿

15、薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄

16、蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈

17、蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂

18、蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆

19、螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁

20、薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅

21、袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂

22、蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆

23、蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈螈羄芁蒄螈肇蒇螂螇腿芀蚈袆芁蒅薄袅羁芈蒀袄膃蒄蒆袃芅莆螅袂羅薂蚁袂肇莅薇袁膀薀蒃羀节莃螂罿羂膆蚈羈肄莁薄羇芆膄薀羇羆葿蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂肂肅艿螁肁膇蒄蚇肁荿芇蚃肀聿薃蕿蚆膁莅蒅蚅芄薁螃蚄羃莄虿蚄肆蕿薅螃膈莂蒁螂芀膅袀螁肀

24、天然气压缩机后空冷器的基本结构和选择空冷器主要由以下部分组成(如图一):1、换热管束2、空气驱动装置,如风扇或鼓风机等。3、风扇或鼓风机等的动力装置4、空气驱动装置与换热管束之间的风道。5、支撑结构。6、维护管汇和风扇的走道、梯子(可选) 。7、控制排气温度的导向栅板(可选) 。8、控制温度和节省能量的可调风扇轮毂(可选) 。换热管束由换热管、支架、管汇、框架组成(如图二) 。通常采用翅片形式来扩大换热管与空气的换热面积,以补偿大气压下空气的低导热系数和风扇在合理能耗下的低转速。翅片通常为铝制,导热性好、制造成本低,它与换热管的连接主要有三种形式(如图三):1、 挤压成型先将铝管紧密套在换热管

25、上成为一整体,然后利用机械模具挤压外层铝套管形成翅片。2、 嵌入缠绕先在换热管外壁刻出螺旋槽纹,然后将铝片螺旋缠绕嵌入沟槽,同时挤压沟槽边缘嵌紧铝翅片根部。3、直接缠绕将铝片直接螺旋缠绕在换热管上,并使根部平折紧贴换热管。为了提高换热效率,有时将翅片边缘切成齿状,但它会增加空气的流动压差和动力消耗。散热翅片的选择非常关键,它取决于成本、操作温度和大气条件。不同的类型有不同的热传导和流动压差特征。挤压成型翅片可以保护换热管避免大气腐蚀,在空冷器整个使用期内保持恒定的传热效率,特别适用于温度高达 600 oF 的场合。嵌入缠绕翅片也能始终保持预定的传热效率,适用于温度高于 600 oF 低于 75

26、0 oF 的场合。直接缠绕翅片适用于温度低于 250 oF 的场合,但是随时间推移翅片与换热管的连接会松弛,传热效率就难以预测,建议对直接缠绕翅片的传热效率给予折减,以弥补这种缺陷。实践中最经济的做法是按若干标准设计来制造翅片换热管。换热管长度一般 660 英尺,直径 5/86 英寸,最常用的是 1 英寸。翅片高度 5/161 英寸,厚度 0.010.035 英寸,每英寸换热管长缠绕 711 圈,翅片扩大的面积与换热管表面积之比为 7:125:1 。管束通常安排成矩形,由 210 排翅片换热管组成,特殊情况下可以多达 30排。换热管端部成三角排列,中心距为 22.5 倍管径,管束间空气流动的净

27、面积为平面面积的 50%。在实践可行的范围内,换热管越长、排数月多,则平面单位面积内的传热表面的成本就越低。空冷器通常都采用轴流风扇,有鼓风式和引风式两种。为了防止机械故障和便于控制,一组管束通常都 7:1 配两台风扇。均匀分布流过管束的空气对保持预定的、一致的热传递至关重要,通过保持足够的风扇覆盖面积和足够的横跨管束静压损来实现这一点。好的做法是保持风扇投影面积至少等于管束投影面积的 40%,横跨管束的静压损至少是风扇外环罩处动压损的 3.5 倍。对于双风扇的空冷器一般假定换热管长度与管束宽度之比为 33.5 ,管束至少 4 排,空气流通净面积是管束投影面积的 50%。风扇直径范围 360

28、英尺,可以有220 个叶片,材质可以是木、钢、铝、玻璃纤维强化塑料,可以是空心也可以是实心,空心叶片目前最受欢迎。叶片边缘可以是直线也可以是曲线,靠近中心翼弦最宽、至顶部逐渐变窄并略微扭曲的形状效率最高。变窄并扭曲是为了均衡靠近中心处叶片较低的速度,以产生一种均匀有效的空气速度剖面。除了直径小于 5 英尺的风扇外,大多数空冷器叶片角度都是可调的。可调叶片有两种,一种是手调,一种是在运行中自动调节,大多数自动调节叶片都是通过气动膜片推动轮毂中的弹簧来进行的。风道是为在风扇与管束间提供平稳气流的闭合空间,它可以是直箱式也可以是斜箱式,斜箱式对通过管束的气流分配较好,但是只适用于引风式,因为在斜箱上

29、悬挂鼓风式机械存在结构困难。风扇可以由电机、内燃机或液压马达驱动,最普遍的是电机。在无电源时有时会选用液压马达,它也可以进行变速控制但效率较低。最普遍的变速器是大扭矩正向皮带轮。在 5060 马力的电机、风扇直径至 18 英尺的场合,通常用调速皮带齿,中小尺寸的风扇用 V 型皮带轮,对于非常大的电机和大直径风扇则用齿轮箱。从机械原因考虑,翼尖速度不应超过 12000 英尺/分,为了降低噪声速度还应进一步减少。有时是通过变频来控制电机和风扇转速。支撑结构包括柱、拉杆、横梁,将换热器架在足够高度上,保证空气从下部以较低的速度进入而不妨碍风扇运转,同时防止热空气重新吸入。空冷器的结构设计应当考虑相应

30、的风、雪、地震、配管、及静、动荷载。引风式和鼓风式空冷器的比较一、引风式优点:1、 管束间空气流分布较好。2、 热空气重新吸入的可能性小,热空气排放速度是冷空气进入速度的 2.5 倍即 1500 英尺/分.3、 由于风道覆盖了 60%的管束面积,降低了阳光、雨、冰雹等的影响,控制性和稳定性都更好。4、 由于风道的自然抽吸作用更大,增加了风扇停止或失效条件下的换热能力。缺点:1、 如果排放空气很热时,需求更多的马力。2、 热空气温度应当限制在 220 oF 以防止叶片、轴承或其他机械设备损坏。当被冷却介质进口温度高于 350 oF 时应当考虑鼓风式空冷器,因为当风扇停止或空气流量低时,排放空气温

31、度会很高。3、 风扇维护不方便,而且由于自然换热作用会使维护工作在热空气中进行。4、 更换管束时需要拆除风道。二、鼓风式优点:1、 当排放空气很热时需要较小的功率,功率与排气绝对温度相反变化。2、 便于风扇或轴承的维修。3、 便于更换换热管束。4、 适用于被冷却介质有较高的进口温度。缺点:1、 管束间空气流分布不均匀。2、 由于热空气排放速度低、风扇翼尖进气速度高、无抽吸作用等原因,增加了热空气再循环的可能性。3、 在风扇故障条件下自然抽风能力低。4、 翅片换热管完全暴露在阳光、雨、冰雹之下,控制性和稳定性都差。在空冷器的热力设计中应当考虑许多因素,投资、年运行费用、噪声值是换热管直径、翅片直

32、径、FPI、换热管角度、长度、排数、管束宽度、每套装置的管束数、介质通过次数、空气流量和风扇叶片数的函数。空冷器面对不断变化的各种气候条件,由此产生各种各样的问题,设计人员必须在运行费用和初始的设备投资之间寻求经济平衡点。首先必须确定设计采用哪种环境温度,空气流通量和排放温度在开始时是未知的,它可以在设计过程中通过变化管排数继尔变化管束投影面积来改变,在投资和运行费用之间一定有一个最优答案。空冷器也使用管壳式换热器的基本公式即福里尔(Fourier)公式:Q = UA(Tt) mean式中(Tt) mean = CMTD = MTD (T t )(T t ) 是对流流体对数平均温度差的修正因子

33、。空冷器中空气自下而上没有混合地流过管束,被冷却介质可以按安排的通道前后上下流动,当有 4 个或更多的向下通道时,认为流动是对流,F 取 1,对于 1、2、3 个通道的修正参数见图 911。显然开始时面积、总传热系数和空气排放温度是未知的,传统的设计方法是对 CMTD 和传热系数进行叠代试算直至面积对二者都满足。特别是假定空气的温升计算出 CMTD,假定总传热系数选择所需面积换热器的尺寸,采用相应的投影面速度计算排放空气温度,重复这一过程,直至假定的排放空气温度与计算值相符。然后计算各独立的传热系数和总传热系数,重复全过程直至计算的“U”和 CMTD 与假定值充分接近。但是,还有另外一种可以减

34、少试算的方法,它只试算管程膜传热系数。下面讨论凯和伦敦在小型热交换器中叙述的 Ntu 方法,它适用于空冷器。下述定义基于小型热交换器:1、 热流体比热=C h =Ctube=(M cp) tube=Q/(T 1 T2)2、 冷流体比热=C c =Cair=(M cp) air=Q/(t 2 t1)3、热单元数 =Ntu=AU/Cmin4、比热比=R= Cmin/ Cmax5、空冷器传热系数 =E= Ch(T 1 T2)/(C min(T 1 t1) )= Cc(t 2 t1)/(C min(T 1 t1) )其余符号定义见第 2 页。空气流量按换热器有效宽度和长度乘积每分钟标准立方英尺定义(s

35、cfm) ,而表面流速(FV)是每分钟标准英尺。对于任何空冷器,在设计阶段由于空气质量流量未知,不必明确空气侧或管程侧应当具有最小比热。下述两种工况将概括两种设计条件。工况 1:C min=Cair= Ccold1、按定义 4,R= Cmin/ Cmax = Cair/ Chot = scfm1.08/(Q/( T1 T2)= FVLW1.08/(Q/( T1 T2)= FVLW1.08( T1 T2)/ Q注:1.08=0.075lb/ft 360min/hr0.24Btu/(lboF)2、 按定义 5 并代入 Cair/ Chot, E= Ch(T 1 T2) /(C min(T 1 t1

36、) )= Q/( FVLW1.08(T 1 t1))3、 式 1、式 2 相乘,ER= FVLW1.08( T1 T2)/ Q(Q/( FVLW1.08(T 1 t1)))=(T 1 T2)/(T 1 t1)令(T 1 T2)/(T 1 t1)=Z ,则对工况 1,Z=ER按定义 3, Ntu= AU/Cmin= AU/Cair= nNaWLU/(1.08 WLFV)= nNa /(1.08F(r ir air rf rm))令 k= nNa /(1.08F(r i rair rf rm))对工况 1,k= Ntu以 ER 和 Ntu 为坐标,R 为参数,对工况 1 绘曲线,已知 Z=ER 和

37、 k= Ntu 可在图中得出 R。由公式 1:R= FVLW1.08( T1 T2)/ QW=QR/(1.08FVL ( T1 T2)t2=(T 1 T2)/Rt 1工况 2:C min=Ctube= Chot按定义 5, E= Ch(T 1 T2)/(C min(T 1 t1) )=(T 1 T2)/(T 1 t1)=Z按定义 4,R= Cmin/ Cmax= Chot / Cair = scfm1.08/(Q/( T1 T2)= Q / (FVLW 1.08( T1 T2) )Ntu= nNaWL /(Q(r ir air rf rm)/( T1 T2)RNtu= nNa /(1.08FV

38、 (rir air rf rm))对工况 2,k= RNtu工况 1或工况 2的选择原则以 ER 和 Ntu 为坐标,R 为参数,可绘出与工况 1 相同的曲线,对两种工况,R=1。对 R=1 线以上的 R 值:W= Q / (1.08 R ( T1 T2)FVL )t2= R ( T1 T2)t 1对 R=1 线以下的 R 值:W= Q R / (1.08 ( T1 T2)FVL )t2= ( T1 T2)/ Rt 1可以看出,E、Ntu 和 R 可以与任何流动安排相关,对于对流,表达式为:E=( 1e -Ntu(1R) )/(1R e-Ntu(1R) )图 1215 是为下述工况绘制的相关变

39、量的曲线:1、冷热流体不混合的横向流动(单行程空冷器,图 12) 。2、双行程对流、冷热流体在每一行程不混合,但热流体在行程间混合的横向流动(双行程空冷器,图 13) 。3、三行程对流、冷热流体在每一行程不混合,但热流体在行程间混合的横向流动(三行程空冷器,图 14) 。4、对流(四行程或以上空冷器,图 15) 。等温换热器的情况非常简单,由于 R 等于 0,效率变为:E=1e -Ntu工况 1 中 Cmin = Cair,Ntu= nNa /(1.08 FV(rir air rf rm))E=Q/Qmax=Q/(1.08 (T 1 t1) FVLE )W= Q/( LWFV1.08(T 1

40、t1) )设计方法的应用任何空冷器在设计阶段的给定数据包括工艺终端温度、热负荷、环境空气温度以及希望的管程尺寸。热单元数(Ntu)设计方法确定管束表面积和空气侧出口温度的最佳值,必须严格检查用这些数据选择的冷却器设计,但是对于给定的用途,这种选择大多数都接近最终的最佳设计。通过给定的数据可以算出 Z 值,表 2 给出了根据这些值估计的总传热系数。这样就可以确定与表 1 中 Z100/U 对应的管排数和表面流速 FV。使用假设的管程数求出 k 和 Ntu 值,在图 1215 中读出 R,代入相应的公式中预测 FA,这样的设计可以认为对估计是足够准确的,后面有一简单算例。必须通过运用传热系数和压降

41、修正系数严格检查所做的选择,以得出最终设计,这些修正系数源于经验并经试验和空冷器运行观测所证实。大多数修正系数都是普遍已知的。表 1Z100/U 管排数 表面速度 FV(ft/min)0.4 4 6500.5 5 6000.7 6 5500.81.0 810 400450表 2 空冷器典型传热系数用途 空 气 或 烟 道 气 空 气 或 烟 道 气 空 气 或 烟 道 气 氨 反 应 器 气 流 烃 类 气 体 烃 类 气 体 烃 类 气 体50psigP=1psi100psigP=2psi100psigP=5psi15-50psigP=1psi50-250psigP=3psi250-1500

42、psigP=5psi传 热 系 数U10 20 30 90-110 30-40 50-60 70-90用途 发动机夹套水燃油 烃 重 整 或铂 重 整 液 体轻 天 然 气 油 轻烃 轻石脑油 工艺水传 热 系 数U130-155 20-30 85 70-90 90-120 90 120-145系数基于外径 1 英寸、每英寸管长 10 片、5/8 英寸高挤压成型铝翅片、表面积比 21.2:1 的裸管外表面。例题:将 273000 磅/小时的轻质液烃从 250oF 冷却至 150oF,环境温度 100oF,允许压降 5 psi,积垢系数 0.001,高度为海平面,管程侧平均温度 200oF 时的

43、物性如下:cp= 0.55 Btu/lboFki=0.055 Btu/(hrft2oF)=0.51 厘泊 =1.234lb/fthr换热管材料是 0.085 英寸 MW(0.093 英寸 AW)32 英尺长的碳钢,每英寸10 片挤压成型翅片,5/8 英寸高,管子横向间距 2。5 英寸。我们计算 Q=2730000.55(250-150)=15015000 Btu/hr,然后用热单元数(Ntu)方法试选换热器尺寸:Z=(250-150)/(250-100)(100/90)=0.741从表 1 看出,合适的管排数是 6,面积流速约为 550 英尺/分。从表 2 中总传热系数应当为 90 Btu/(

44、hrft2oF),然后可以计算 k:n=每排的管子数,每英尺宽=12/间距=12/2.5=4.8a=/12OD=0.2618k=nNa/(1.08FV(1/U)=4.860.2618/(1.08550(1/90)=1.1424我们假设 3 个管程数,从图 14 查出热容比 R 是 0。70,在 R=1 的线上方,所以表面面积中的 R 在分母上,可以计算出表面积 FA:FA=Q/(FA 1.08R( T1 T2))=360.8考虑已定管长 32 英尺,宽度 =360.8/32=11.28 英尺管子数=11.28 英尺12 英寸/英尺 6 排/2.5 英寸管间距=325结构件的宽度包括空气密封加

45、6 英寸,圆整至最近的标准尺寸即 12 英尺宽,336 管。风扇的选择,需求功率风扇直径必须保证风扇覆盖面积是管束面积的 40%,必须比管束宽度小 6英寸。利用风扇运行曲线来选择最优叶片数、倾角和功率。电机轴功率=实际流量(立方英尺/分) 总压降(英寸水柱) /(6356 风扇效率变速器效率)实际空气流量由标准空气流量乘以标准空气密度除以风扇处的空气密度。从关系式中可以看出,鼓风式与引风式的功率之比近似等于出口空气密度与进口空气密度之比,也等于绝对空气温度之比(t 1 460)/(t 2460) 。越过风扇的总压差等于所选择风扇直径的动压、通过管束的静压损(厂家给出)和空气动力系统的其他损失之

46、和。按最佳空气分配来选择管径,通常导致动压约为0.1 英寸水柱。风扇、空气通道、风扇环罩(特别是翼尖间隙)的设计会影响系统的效率。它比理想风洞试验的风扇曲线数据要低。设计完善的空冷器轴流风扇系统,以总压为基础,效率约为 75%。设计不好的系统效率可能低到 40%。减速装置的机械效率通常为 95%。上述公式得出的驱动装置输出功率必须除以电机效率以确定输入功率。参考图 16 来估计功率需求,该图横坐标是单位功率裸管表面积,纵坐标是在正常流速范围管束的深度。将上述原则应用于例题,确定我们必须使用 10 英尺直径风扇,覆盖 40%管束面积。从图 16 可以发现对于 6 排管束,单位功率裸管表面积是 6

47、892 平方英尺,如果取 80,每个风扇需要的功率是(3360.261832)/(2 80)=17.5 马力.还必须计算最冷的环境温度下的功率消耗。对于固定倾角叶片,功率消耗与环境绝对温度成反比,最低环境温度的所需功率确定所需电机尺寸。空冷器的运行控制除了被冷却介质的流量、组成和入口温度会根据设计条件变化外,环境大气温度也在发生变化,空冷器是按最恶劣条件设计的,当被冷却介质过冷有害或希望节省风扇能耗时,就需要进行控制。尽管可以通过旁通介质流量来实现控制,但这样做的很少,常用的方法是控制空气流量。改变空气流量可以通过下述方法实现:1、调节管束上方的风门。2、双速风扇电机。3、对多风扇装置可以顺序

48、关闭风扇。4、自动调节风扇。5、变频风扇电机控制。通过对空气流的可调节约束来操作风门,减少了空气流量但并没有节省能量。实际上即使在开启位置,风门也产生一个永久的能量损失。双速风扇电机、自动调节风扇、变频风扇电机控制在减少流量的同时确实节约了能量,在温带自动调节倾角风扇在一年中可以节省 67%的设计功率,一年就可以收回自动调节倾角风扇增加的投资。通过仪表感测出口端的温度或压力,可以自动操作风门或自动调节风扇。对于某些极端的温度控制工况,如防止冬天极冷天气下结冰,或防止高倾点或高熔点物质固化,可以进行更复杂的设计。极端工况控制极端工况控制包括:1、内部循环使用一台固定倾角风扇往上吹,另一台自动调节

49、倾角风扇(能够呈负倾角)将空气向下吹,它可以调和管束最冷部位的空气以防止结冰。通常鼓风式在出口端具有负倾角风扇,而引风式在出口端具有正倾角风扇,热天两台风扇都可以向上吹。2、外部循环这是调和冷却空气最积极的方法,但只在鼓风式空冷器上可行。热的排放空气离开管束,进入风门覆盖的上部风道,当不需要循环时顶部风门全开,热空气通过它排出。当顶部风门部分关闭时,一部分热空气导入一个通道向下流动返回风扇入口,与环境冷空气混合。管束下有一个空气平均温度感测器,通过改变风门开度来控制循环空气量继尔入口空气平均温度。3、联合流动对于高倾点流体常常建议通过安排联合流动保证较高的管壁温度,高温度流入的工艺流体与冷空气接触而低温流出工艺流体与热空气接触。4、 辅助加热线圈蒸汽或甘醇

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