1、第六章 空气冷却器,6-1、概述 一、空气冷却器的定义及优点,空气冷却器简称空冷器，是20世纪40年代发展起来的用空气冷 却管内工艺流体的冷却设备。目前已基本取代了传统的水冷却器。在炼油厂和石油化工厂的冷换 设备中，空气冷却器成为不可或缺的一类设备。其应用范围包含了塔顶油气冷凝到汽油、柴油冷却的各种不同工况。在化学工业、电力、冶金、原子能等行业，空气冷却器也有着广泛的应用。,优点：节约了用水；减少了水污染；厂址选择不受水资源限制，空冷器布置技术要求少；投资及维护成本小。,管束 构架 风机 百叶窗,二、空冷器的总体结构与分类 （一）空冷器的总体结构,空气冷却器部件示意图,管 束：由翅片管、管箱和
2、框架的组合件组成。 需要冷却或冷凝的流体在管内通过， 空气在管外横掠流过翅片管束，对热流体进行冷却或冷凝换热；管子两端胀接在管箱 的侧面；管子上下两侧各与进出口管子连接，管子按正三角形排列。 风 机：空气的供风装置，保证空气以适当的流量通过管 束，把关内工艺流体的温度控制在允许范围内。 构 架：支撑空冷器上的所有部件； 百叶窗：保证空冷器管束免受环境的影响，同时有调节风量 的作用。,（二）空冷器的分类 空冷器可按通风方式、管束布置、冷却方法等分类。,（1）按通风方式分类：鼓风式和引风式,水平鼓风式,水平引风式 空冷器大多采用，只有当热流的温度很高，从而使 离开管束的空气温度超过风机和电机ide
3、允许温度时， 才使用鼓风式。,（2）按管束布置型式分类： 水平式空冷器 斜顶式空冷器 立式空冷器 环形、V型空冷器。,水平式,水平引风式,水平鼓风式,结构特点及使用场合,斜顶式,风机为引风式,风机为鼓风式,结构特点及使用场合,立式结构紧凑，占地面积小。管内热流体阻力较水平式小。但空气分布不均匀，易受到自然风的干扰，故只适用于小型空冷器和湿式空冷器。,风机水平放置式,（3）按冷却方式分类： 干式空冷器以空气作为冷却介质，被冷却介质 的出口温度通常高出1520，所 以其应用受到了限制。 湿式空冷器分为增湿型和喷淋型增湿型（图6-9）:在空气入口处喷水（水不喷到翅片管上），使水在增湿室内增发。空气相
4、对湿度越小，增湿效果越好。反之越差。在空气相对湿度较大的地区，增湿空冷收益不显著。,喷淋型（图6-10）:将雾状水直接喷到翅片表面上，并与空气流动方向一致，以保证翅片管能被充分润湿。靠水在翅片管表面上蒸发而强化传热，大幅度提高传热效率，使介质出口温度接近环境温度，满足工艺要求。,特点：增湿降温，效果显著腐蚀管束，造价较高,比较：喷淋型无论是强化传热还是对环境温度的实用性均比增湿型优越。但是由于水在翅片上蒸发可能引起结垢，在某种程度上限制了其使用，通常管内介质以不不超过80 ，喷水温度不超过60为宜。,干湿联合空冷器实际上是增湿型和喷淋型联合使用。空气先通过低温管束，在通过高温管束，将低温管束的
5、出风作为高温管束的进风，对湿空气二次利用。,特点： 占地面积小 投资省 运行费用低管束面积须匹配得当,6-2、空冷器的构架,构架应具有良好的稳定性，通常由型钢组成，也可采用钢筋混凝土结构。表6-12 构架基本尺寸风筒（图6-14）：连接管束和风机，有方箱型和过渡锥形。风筒应有足够的角度，以免气流压力降过大或速度场不均匀。目前规定以气流扩散角来限制风筒高度的最低值，角度不易超过45。,构架型号,型式,长度,宽度,附注,区分水平式（P)和斜顶式(X),说明开式或闭式,e.g.P63A型构架,6-3 空冷器的翅片管,一、对翅片管的要求 1、优良的传热性能； 2、良好的耐热性能； 3、良好的耐热冲击能
6、力； 4、良好的耐大气腐蚀能力； 5、易于清理尘垢； 6、较低的制造费用；此外，还要求有足够的管内耐压能力；较低的管内压降；较小的空气阻力，良好的抗机械振动能力和材料易于选用。,二、翅片管的型式和性能比较,空冷器翅片管类型有： 绕片式（图6-15、6-16）将薄金属带呈螺旋形缠绕到金属管上制成，因翅片截面不同分为I型、L型、L L型。翅片通常采用铝。 镶片式（图6-17）G型，将I型翅片边缠绕边镶嵌到金属管壁上预先轧制出的螺旋形沟槽内，再碾压管表面，使镶嵌紧固。一般为钢管铝片。 套片式(图6-18）将冲压成型的翅片紧套到金属管上制成，材料有钢管钢片或铜管铝片或铜管铜片。 双金属轧片式(图6-1
7、9）将铝管紧套在钢管上，然后在铝管上轧出翅片。,焊片式将金属翅片焊接到管子上制成，常用钢管钢片，采用高频焊接工艺。 椭圆管式椭圆形钢管。 紊流式使空气流经翅片管时产生扰流，破坏其边界层，以提高管外膜传热系数。,表6-6 常用翅片管的性能比较,三、翅片管的基本尺寸,1、基管外径和厚度 表6-7空冷器国内广泛使用直径为25mm的管子。 2、翅片高度和厚度增加翅片高度会使翅片表面及增加，但翅片效率会下降，所以应选择最佳值。表6-8国内常用的翅片高度为12.5mm和16mm两种。传热系数2093W/(m2K),采用高翅片；11622093W/(m2K),采用高翅片或低翅片； 2093W/(m2K),采
8、用低翅片；116W/(m2K),采用光管。 3、翅片厚度，国产铝翅片、钢翅片厚度一般选择0.5mm。,4、翅片距翅片距的大小会影响翅片面积的大小，也会影响空冷机的功率消耗。对于干净的空气，可选择较小的翅片距；对于易积垢堵塞的大气，应选择较大的翅片距。表6-9 6-10国外大多采用的翅片距为每英寸11片，国内翅片管的翅片距为2.3mm。,5、翅化比指单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面积之比。翅化比的选择应根据管内介质膜传热系数的大小而定。当K值很低时，应选用较小的翅化比；反之，应选用较大的翅化比。增加翅化比虽然使单位尺寸的传热面积增加，但制造费用也相应增加，因此需选择合适的翅化比。研究表明，最
9、佳翅化比为1728，国内翅片管的翅片距有两种，低翅片17.1，高翅片23.4。表6-12 翅片管的技术参数,6、管长国内翅片管的管长有3m、4.5m、6m、9m四种，其中4.5m用于斜顶式空冷器。 表6-13 翅片管管长系列,7、翅片管的材料基管材料根据介质性质、P、T和制造工艺而定：优选选用基管材料为碳钢轧制的无缝钢管；铝和铝合金管的许用应力和许用温度均很低，一般不超过0.2MPa和150；工作压力和温度较低而防腐要求又不高的空冷器可采用高频焊接的有缝钢管；只有对防腐要求很高的小型空冷器，才使用铜及铜合金。表 6-14,翅片材料也应根据工作环境和制造工艺来确定： 优选选用工业用纯铝轧制的带料
10、；双金属轧片式所用的压片管材为含硅、锰的铝合金，即利于轧制，又利于提高轧制后翅片硬度；碳钢轧制的带料，可用于套片式、焊片式或某些缠绕式，成型后须经表面热处理；当防腐要求很高时，才采用铜或不锈钢带料为翅片材料。,6-4 空冷器管束,一、管束组成管束是空冷器的主要部分，由翅片管、管箱和框架组成，图6-23。 二、管束基本参数和型号基本参数包括管束型式、P、T、翅片管型式和规格、管箱型式、管束长度和宽度，管排数、管程数。表6-15空冷器管束的主要规格及主要参数,国产空冷器管束型号的表示方法：,型式,长度,宽度,-,管排数,换热面积,工作压力,翅片管型式,管程数,法兰型式,P-水平式 X-斜顶式,以分
11、式表示，分子为翅片表面积；分母为光管外表面积，单位为m2。,R-绕片式 G-镶片式,罗马数字表示,管法兰的密封面型式 a-平面型 b-凹凸型 C-榫槽型,e.g. P93 4 3020/129 1.6MPa a 型管束,三、空冷器的管箱,空冷器管箱型式有： 1、丝堵型管箱（表6-26）每根翅片管端有一丝堵，便于装配时胀接翅片管，也便于检修清扫。因制造简单，广泛用于中、低压管束，国产管束 P 4MPa时,均采用此种管箱。 2、法兰式（盖板式）管箱（表6-27）制造技术高于丝堵式，翅片管和管箱清扫都方便，适用于易产生污垢的介质。帽盖式为法兰式的变形（ 图6-28），装配和检修更为方便，许用压力 4
12、MPa。椭圆式翅片管因装配上的需要，一般都采用这种管箱。,三、空冷器的管箱,3、集合管式管箱（图6-29）管箱上焊有短管，适用于高压空冷器，PN为10MPa，16MPa，32MPa。优点是节约金属，缺点是清洗极为困难，适用于清洁、没有污垢的介质。 5、半圆筒式管箱管箱采用全焊接装配，适用于密封要求很高的管束，但不能承受过大的压力。 6、分解式管箱当介质进出口温差较大时采用。 整体锻造管箱等结构形式,6-5 空冷器的风机,空冷器几乎都采用立式安装的轴流式风机，只有在小型空冷器中，才可能次啊用卧式安装。 风机主要由叶片、轮毂、传动装置、动力装置和防护架、支架组成。 一、风机的分类 按运行特点，分为
13、鼓风式、引风式、可调节式、自动调节式。,空冷器的风机主要分为两种：1）引风式 空气先经过管束再至风机。 引风式风机的优点有：1.气流分布均匀，2.噪音较小，3.管束下部空间可以利用， 缺点有：1.风机安装在管束的上部，受管束高温的影响，不利于维护风机。2.经管束后进入风机的空气温度较高，故引风式比鼓风式消耗功率约大10%。3.管束需从下部检修，操作不方便。,2）鼓风式空气先经过风机再至管束。 鼓风式风机的优点有：1.易于产生湍流，对传热有利。2.操作费用较低。3.可以从上部检修管束，操作方便。 缺点有：1.气流分布不均匀。2.管束上部敞开容易受日光和雨水的影响。,为保证产品质量和减少风机的功率消耗，可采用可调节式的风机来调节风量。表6-20,谢谢大家！,
