炼油厂空冷器设计计算方法与计算机辅助计算
空冷冷凝器计算说明书
课设题目：空冷冷凝器一、设计条件：某空调制冷机组采用空气冷却式冷凝器，要求制冷剂冷凝液过冷度5℃，压缩机在蒸发温度5℃，冷凝温度45℃时的排气温度为80℃,压缩机实际排气量为160kg/h；冷凝器空气进口温度为35℃。
二、其他参数1、制冷剂采用R134A2、采用肋片管式空冷冷凝器3、传热管采用紫铜套铝片，参数自定，正三角形排列（错排）三、完成内容1.确定冷凝器热负荷，并进行冷凝器设计计算2.提交计算程序以及计算说明书3.相关工程图纸一、计算冷凝器热负荷由所给条件画出压焓图1.根据tk=50℃和排气温度tdis=80℃,以及过冷度dt=5℃在R134A压焓图上可以查出hdis=460kj/kg以及过冷液体要求hc=250kj/kg.所以冷凝器热负荷为qmr*(hdis-hc)/3600=9.333kw2.取进出口空气温差为8℃，则定性温度为39℃，可求出空气流量qv2=1.029 m3/s4.单位管长肋片面积Af2=0.5294肋间基管表面积Ab2=0.03肋管外总表面积A2=Af2+Ab2=0.5594二、冷凝器的初步规划及有关参数选择管排方式采用错排，正三角形排列。
管间距s1=25.4mm 排间距s2=22mm紫铜管选用10*0.7，翅片厚度df=0,12mm,肋片间距sf=1.8mm,沿气流方向管排数n=2排。
三，设计计算流程图四、计算程序#include<iostream.h> #include<math.h>#define qmr 160#define pi 3.14void main(){double _tk=45, _tdis=80, _tc=5,_t2=35,_t3=43,tm;double _hdis=460,_hc=250,Pk;double _p2=1.128,_cp2=1.005,_v2=0.00001687,_r2=0.02751,qv2;double_d0=0.01,_df=0.00012,_df1=0.0007,_s1=0.0254,_s2=0.022,_sf=0.0018,_di=0.0086,_n=2,_nb=18, db,Af2,Ab2,A2,A1,bt,bt1,ib,de; //3.结构设计double _r14=19.9238,_Bm=74.8481,_r0=0.0001;tm=(_t2+_t3)/2;Pk=qmr*(_hdis-_hc)/3600;cout<<"冷凝器热负荷为："<<Pk<<"kw";qv2=Pk/(_p2*_cp2*(_t3-_t2));cout<<"空气流量为"<<qv2<<endl;db=(_d0+2*_df);Af2=2*(_s1*_s2-pi*db*db/4)/_sf;Ab2=pi*db*(1-_df/_sf);A2=Af2+Ab2;A1=pi*_di;bt=A2/A1;bt1=A2/(A1+A2);ib=(_s1-db)*(_sf-_df)/(_s1*_sf);de=2*(_s1-db)*(_sf-_df)/((_s1-db)+(_sf-_df));double a1,C1,C2,Re, L,m,n,wf,wmax,L2,wf2,L1,H; //4.空气侧换热系数double nf2,n02,rh,rh1,rf=203,z,h1;rh=_s1/db;rh1=1.27*rh*pow(0.7,0.5);h1=db*(rh1-1)/2*(1+0.35*log(rh1));L=_n*_s2;for(wf=2.0;wf<=4.5;wf+=0.1){wmax=wf/ib;Re=wmax*de/_v2;C1=1.36-0.24*Re/1000;C2=0.518-0.02314*(L/de)+0.000425*(L/de)*(L/de)-3*pow(10,-6)*(L/de)*(L/de)*(L/de);m=0.45+0.0066*(L/de);n=-0.28+0.08*(Re/1000);a1=C1*C2*(_r2/de)*pow(L/de,n)*pow(Re,m);z=pow(2*a1/rf/Re,0.5); //5.计算翅片效率及表面效率nf2=tanh(m*h1)/m/h1;n02=1-Af2/A2*(1-nf2);double a2,tw=43.5; //6.计算管内换热系数???????a2=0.683*_r14*_Bm*pow((45-tw),-0.25)*pow(0.0086,-0.25);// 计算传热系数及传热面积double Kof,at,A0;Kof=1/(bt/a2+_df1*bt1/rf+_r0+1/a1/n02);at=(_t3-_t2)/log((_tk-_t2)/(_tk-_t3));A0=Pk/(Kof*at)*1000;L=A0/A2;double Ay,e,e1; //确定空冷冷凝器尺寸L1=L/(_nb*_n);H=_nb*_s1;L2=_n*_s2;Ay=L1*H;wf2=qv2/Ay;e=(wf2-wf)/wf;e1=fabs(e);if(e1<=0.01)break;}cout<<"迎面风速为wf2="<<wf2<<"m/s"<<"\n";cout<<"假设迎风风速wf="<<wf<<"\n";cout<<"有效长度L1="<<L1<<"\n";cout<<"高H="<<H<<"\n";cout<<"深L2="<<L2<<"\n";double ap2,pz,Pst; //空气阻力及风机选择ap2=9.81*0.0113*(L2/de)*pow(_p2*wmax,1.7);cout<<"ap2="<<ap2<<"Pa"<<"\n";cout<<"根据ap2选取Pst的值";cin>>Pst;pz=Pst+_p2*wf2*wf2/2;cout<<"全压为pz="<<pz<<"\n";}五、程序运行结果六、结果分析在设计计算中，需要先假设一个迎面风速，算出管内外换热系数和传热系数传热面积后会得出实际迎面风速。
湿式空冷器优化设计与计算机辅助计算
的散热, 空冷器需留有足够的散热裕量, 选择光管基 面面积 A g 时取值要稍 大于 A gc, 设计中选取 A g U 1. 2 A gc。
应用程序( 共有 9 个子程序) 。
散热能力的要求标准。 º 减少了湿式部分的面积,
干湿联合空冷器的干式部分设计采用了高翅片 也使工业用水腐蚀设备的现象大为减少。 » 以夏季
管, 与低翅片管相比, 高翅片管有较高的传热面积以 极端气候计算, 能够满足使用要求。
表 2 丘东采油厂空冷器散热能力校核结果
在满足散热能力的前提下, 提出增加干式空冷 器散热组散热面积、高翅片散热管以及改变送风装 置的改进方案。
2 优化设计[ 11~ 18]
以丘东采油厂的 混烃脱戊烷塔 顶空冷器为例 进行优化设 计, 以 干湿联 合空 冷器的 设计作 为优 化方案, 设 计内容 包括其 干式 部分和 湿式部 分的 设计。
湿式部分
热阻/
散热裕量/
m2 # K # W- 1 0. 002 543 17
kW 102. 447
0. 002 475 53
666. 870
0. 001 800 37
269. 810
0. 002 423 73
847. 090
阻力损失
管外/
管内/
kP a 0. 96
kP a 41. 39
1. 53
34. 34
第 40 卷 第 4 期 2011 年 7 月
石油化工设备 P ET RO- CH EM ICAL EQ U IPM EN T
冷却器计算
P主=16kW T油入=48（O C）
P循环=0kW T油出=42（O C）
T水入=32（O C）
T水出=33.7（O C）
传热系数K=400(Kcal/m2h O C)
Q=106(L/min)
C比热=0.45(Kcal/Kg O C) Hr<H油泵可以比实际温度高一些输送流量
H r=13760千卡/小时H油=15455千卡/小时
Q水=168L/min t m=12.0（O C）
换热面积F= 3.2m2＊输入变量符号：
＊P
主
－主泵发热功率（kw）
＊P
循环
－循环泵发热功率（kw）
＊Q－循环泵流量（升/小时）
＊T1－油流入温度（°C）
＊T2－油流出温度（°C）
＊T3－水流入温度（°C）
＊T4－水流出温度（°C）
＊k－传热系数（冷却器）
多管式：350～400，取K=350
翅管式：＞400，取K=400
板式：K=320～710(HLP/HFD)双流层取K= K≥1000(HFC ) 双流层取K=10
K≥1400(HFA ) 双流层取K=14 Hr－损耗热量（千卡）
H油－热平衡热量（千卡）
Q水－散热需水量（升/小时）
t m－对数公差（°C）
F－换热面积（m3）
C－比热容(KJ/Kg°C)：
矿油型液压油(HLP)：1.88 △t=36Hr/Q(另一水乙二醇(HFC)：3.35 △t=17.2Hr/Q
磷酸酯(HFD)：1.34 △t=36Hr/Q
水：4.18 △t=14Hr/Q
水
(Q 1cal=4.1868J。
冷却器计算
P主=16kW T油入=48（O C）
P循环=0kW T油出=42（O C）
T水入=32（O C）
T水出=33.7（O C）
传热系数K=400(Kcal/m2h O C)
Q=106(L/min)
C比热=0.45(Kcal/Kg O C) Hr<H油泵可以比实际温度高一些输送流量
H r=13760千卡/小时H油=15455千卡/小时
Q水=168L/min t m=12.0（O C）
换热面积F= 3.2m2＊输入变量符号：
＊P主－主泵发热功率（kw）
＊P循环－循环泵发热功率（kw）
＊Q－循环泵流量（升/小时）
＊T1－油流入温度（°C）
＊T2－油流出温度（°C）
＊T3－水流入温度（°C）
＊T4－水流出温度（°C）
＊k－传热系数（冷却器）
多管式：350～400，取K=350
翅管式：＞400，取K=400
板式：K=320～710(HLP/HFD)双流层取K= K≥1000(HFC ) 双流层取K=10
K≥1400(HFA ) 双流层取K=14 Hr－损耗热量（千卡）
H油－热平衡热量（千卡）
Q水－散热需水量（升/小时）
t m－对数公差（°C）
F－换热面积（m3）
C－比热容(KJ/Kg°C)：
矿油型液压油(HLP)：1.88 △t=36Hr/Q(另一水乙二醇(HFC)：3.35 △t=17.2Hr/Q
磷酸酯(HFD)：1.34 △t=36Hr/Q
水：4.18 △t=14Hr/Q水(Q
1cal=4.1868J。
2024版年度HTRI空冷器教程
环境适应性
评价空冷器在不同环境条件下的工作性能，如高温、低温、风沙等。
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26
不同类型空冷器性能比较
1 2
干式空冷器与湿式空冷器
比较两者的冷却效率、能耗、维护成本等方面的 差异。
水平式与立式空冷器
分析两者在结构、占地面积、冷却效果等方面的 优缺点。
背景
空冷器作为一种重要的热交换设备，在石油、化工、电力等领域具有广泛的应 用。HTRI作为全球领先的工艺热传递和换热器技术供应商，其空冷器产品在市 场上具有很高的认可度和使用率。
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4
教程内容概述
HTRI空冷器基本原理与结构
HTRI空冷器选型与设计
介绍空冷器的工作原理、主要组成部分及结 构特点。
针对不同季节的特点和需求，提出相应的空 冷器维护建议，延长设备使用寿命。
24
06
HTRI空冷器性能评价与选 型建议
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25
性能评价指标体系建立
冷却效率
衡量空冷器冷却效果的关键指标，包括入口温度、出口温度、温差等参数。
能耗水平
评估空冷器在运行过程中的能源消耗情况，如电力、水等。
设备稳定性
11
换热面积计算方法
传热方程式
应用传热方程式，根据工 艺流体的进出口温度、流 量和传热系数等参数，计 算所需的换热面积。
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经验公式
参考相关标准和经验公式， 结合实际情况进行调整， 得出更为准确的换热面积。
软件模拟
利用HTRI等专业的换热设 备设计软件，进行模拟计 算和优化设计。
12
流体阻力与传热系数确定
冷却器计算公式
空气流量Q(进气压力下) 气冷却器热交换量 进气温度T1
出气温度T2 气冷却器热交换量P 气冷却器热交换量P
油冷传热系数K 冷却风进口温度T3(环境温度) 气冷却器换热面积A 冷却风出口温度T4 气和冷却风之间的平均温差△ｔ 气冷却器换热面积A 进排风温差 冷却风量的计算 空气比热容C 空气密度ρ(标准大气压下,20℃) 冷却风量的计算 风压 风机功率计算 风扇效率 风机功率计算 油侧经济质量流速 油侧经济流速 油侧压力损失 油冷高度 油侧单根通道截面积 油侧通道总面积 油侧冷却面积 油侧通道数 油侧通道间隔 翅片间隔 总油侧单条翅片长度未压缩 总油侧单条翅片长度已压缩 每根通道长度
0.454197352 50
6.053268765 0.01 125
0.00025 0.00826
33.04 10 3.6
36.29854143 9.608437438 0.290812271 0.134518124
0.588715476
单位 kcal/(kg.℃) kg/m3 l／ｍｉｎ ℃
℃
kcal/h kw kcal/(m2.h.℃) ℃ ℃ ℃ m2 kcal/(kg.℃) kg/m3 m3／ｍｉｎ ℃ ℃ kcal/h kw kcal/(m2.h.℃) ℃ ℃ ℃ m2 ℃ kcal/(kg.℃) kg/m3 m3／h Pa
数值
0.51
900 99 85
57.6
7477661496 15.32014876 0.2427
1.18
24 85 45 16495.8336 19.18566364
168 35 45 21.64042561 4.537317679 10 0.24
空冷式换热器介绍
空冷式换热器介绍空冷式换热器是炼油化工、冶金、电站等行业大量使用的冷却设备。
用于冷却各种工业介质。
与其它冷却设备相比：优点，空冷式换热器使用空气作为冷源，节能、节水效果非常显著；缺点，占地面积大，一次性投资大。
空冷器分类：按冷却介质分为：干空冷器湿空冷器表面蒸发空冷器按传热元件分为：列管式换热器板式空冷器等空冷器应用范围：干空冷器可以把介质冷却到高于环境温度200C；湿空冷器可以把介质冷却到高于环境温度3~50C；表面蒸发空冷器可以把介质冷却到接近环境温度，在特殊情况可以冷却到比环境温度低。
可以代替水冷器。
表面蒸发空冷器简介⏹表面蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的新型空冷器；它是一种传热效率高、投资省、操作费用低、结构紧凑、节能、节水的高效冷凝冷却设备，在炼油、化工、电力、冶金、制冷、轻工等行业中大量使用。
⏹到目前为止蒸发空冷在全国各大石化企业的酮苯装置、气分装置、烷基化装置、丙烷脱沥青装置、焦化装置、蒸馏装置、催化装置、重整装置、硫磺回收装置、轻烃回收装置等得到了广泛的应用。
表面蒸发空冷器结构组成：风机、翅片管、喷淋系统、光管管束、水箱特点：风机-引风式风机;翅片管-双金属轧片管;喷淋系统-不锈钢、双水泵光管管束-表面热侵锌、丝堵管箱;水箱-表面玻璃钢防腐表面蒸发空冷器机理传热机理：在光管表面形成水膜，靠水膜的蒸发带走热量。
既有空气的温升和水的温升带走热量，也有水的气化潜热带走热量。
适用范围：用于进口温度160-80℃左右的低温工艺介质的冷凝冷却，可将介质出口温度冷到接近环境湿球温度。
可以代替后水冷器和湿空冷器。
表面蒸发空冷器工艺选型工艺计算方法:与传统空冷器计算方法不一样，已超出空冷器范畴；目前只有我公司有能力计算。
表面蒸发空冷器表面蒸发空冷器发展方向:提高换热管耐腐蚀性能解决冷却效果下降问题解决冬季结冰问题提高水箱、百叶窗抗腐蚀能力提高风机轴承寿命表面蒸发空冷器采取的措施：换热管腐蚀问题措施：热侵锌、复合铝管冷却效果下降原因：光管表面结垢措施：有效控制介质进蒸发段温度、加大喷淋空间和严格控制水质冬季结冰问题措施：设计理念改变风机轴承寿命低措施：采用轴承和轴承座一体的整体轴承水箱、百叶窗腐蚀措施：喷漆前喷砂除锈和水箱表面玻璃钢防腐目前应用状况：表面蒸发空冷器是节能、节水产品，在许多装置大量使用。
石油化工装置空冷器的布置与管道设计
第１３期 收稿日期：２０２０－０４－２７作者简介：高 扬（１９８７—），山东青岛人，２０１２年毕业于青岛科技大学化学工程专业，硕士研究生，工程师，现主要从事石化装置工艺及管道设计工作。
石油化工装置空冷器的布置与管道设计高 扬（山东三维石化工程股份有限公司青岛分公司，山东青岛 ２６６０７１）摘要：介绍了石油化工装置水平鼓风式空冷器布置与管道设计方法，管道支撑方法和检修通道的设置等内容；结合实际项目与相关文献和标准规范，对设计过程中遇到的问题和解决方法做了论述。
关键词：空冷器；布置；管道设计；支吊架中图分类号：ＴＥ９６５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１３－０１２７－０２ 空冷器主要由管束、风机、构架三个基本部分和百叶窗、梯子、平台等辅助部分组成。
其以环境空气作为冷却介质，与水冷相比，空冷节约用水，操作费用低，即使风机出现故障仍可保持３０％～４０％的自然冷却能力，因此空冷器被广泛用于炼油、化工和电力等行业。
１ 空冷器布置某石化项目的空冷器均为水平鼓风式，参考规范［１］要求，集中布置在装置管廊的上方以充分利用空间。
布置时分为独立的三组，中间留出通道方便操作人员通行，也可以避免集中布置时，在布置方向上产生较大的热膨胀量；采用鼓风式的通风方式时，出口的风速较低，上风向侧空冷器排出的热风易被下游空冷风机抽回，形成热风循环的可能性较大。
为降低热风循环对空冷器性能的影响，所有空冷器的管束和鼓风机安装在同一高度，使吸风断面处于同一水平上。
同时，在满足工艺流程顺序的前提下，尽量将高温流体的空冷器布置在全年最小频率风向的上侧，减少其出口热风对其它空冷器的影响；此外，布置时将风机配套电机的安装方位取齐，以方便电气专业接线和检修，平面布置图如图１所示。
图１ 空冷器平面布置 项目所用空冷器构架长度为１１７００ｍｍ，而主管廊构架宽度１３５００ｍｍ，布置时将空冷器构架靠管廊一侧，使其一边落在管廊构架柱子上；在另一侧留出通道和检修场地，其柱子可以根据需要升高，作为空冷器入口管道的支撑。
冷却器的计算公式
冷却器的计算公式风冷却器的精确选型方法方法一：功率损耗计算法（最精确的方法）测算现有设备的功率损失，利用测量一定时间内油的温升，从而根据油的温升来计算功率损失。
通常用如下方法求得：PV =△T*C油*ρ油*V/t/60[KW] PV 功率损耗[KW] △T 系统的温升[℃] C油当量热容量[KJ/L]，对于矿物油：1.88KJ/KGK ρ油油的密度[KG/L]，对于矿物油：0.915KG/L V 油箱容量[L] t 工作时间[min]例：测量某一液压系统在20分钟内油温从20℃上升到45℃，油箱容量为100L。
产生的热功率为：PV = 25*1.88*0.915*100/20/60 = 3.58[KW] 然后按系统正常工作的最佳期望油温来计算当量冷却功率：P01= PV / （T1-T2）*η[KW/℃] P01 当量冷却功率 T1 期望温度 T2 环境温度η安全系数，一般取1.1 假如该系统的最佳期望油温为55℃，当时的环境温度为35℃ P01 =3.58*1.1/（55-35）=1.97[KW/℃] 最后按当量冷却功率来选择所匹配的冷却器。
方法二：发热功率估算法（最简单的方法）一般取系统总功率的1/3作为冷却器的冷却器功率。
方法三：流量计算法（最实用的方法）A．用于回油管路冷却Q =L*S*ηS =A1/A2 B．用于泻油管路或独立冷却回路冷却Q =L*η式中Q 冷却器的通过量[L/min] L 油泵的吐出量[L/min] S 有效面积比 A1油缸无杆腔有效面积A2油缸有杆腔有效面积η安全系数（1.5 ~ 2），一般取1.8，液压油黏度越大则安全系数越大。
对于需要配置或改装液压冷却系统的机动车辆，计算出液压系统单位时间内的热损耗，即系统的发热功率Pv，然后结合你需要的油温期望值T1，对照风冷却器的当量冷却功率P1曲线图，选择与之匹与的型号。
这是普遍使用的计算方法。
必须注意，在测定系统单位时间内油的温升时，要区分是否有冷却器在工作，该文所指的工况是系统没有冷却器时油的温升。
HTRI空冷器教程
HTRI空冷器教程HTRI是一种用于热传递和流体流动模拟的计算机软件，广泛应用于石化、化工、电力等领域中的换热器设计和分析。
而空冷器则是一种常见的热交换设备，用于将高温流体通过自然或辅助风冷的方式排放热量，因此被广泛应用于工业生产中。
本教程将介绍如何使用HTRI软件进行空冷器的设计和分析。
具体步骤如下：1.准备工作：在使用HTRI软件之前，需要准备换热器的设计参数，包括进出口流体的温度、流量和物性等。
同时需要了解设备的基本信息，如管束规格、翅片材质等。
2.启动HTRI软件：双击HTRI图标或通过开始菜单打开HTRI软件。
在软件界面中选择一个新项目，并命名。
3.创建换热器模型：在项目界面中，点击“换热器”选项卡，在下拉菜单中选择“空冷器”。
在模型设置界面中，输入设备的基本信息，即管程和翅片的规格。
点击“确定”按钮，完成模型的创建。
4.设置流体性质：在模型设置界面中，点击“流体性质”选项卡。
根据进出口流体的性质，输入相关参数，如温度、压力和流量等。
选择合适的物性模型，并点击“确定”按钮。
5.定义操作条件：在模型设置界面中，点击“操作条件”选项卡。
根据实际情况输入操作条件，如进出口温度、进出口压力差等。
点击“确定”按钮。
6.运行模拟：在模型设置界面中，点击“模拟”选项卡。
设置计算参数，如网格划分和计算迭代次数等。
点击“运行”按钮，开始进行模拟计算。
7.结果分析：模拟计算完成后，可以在结果界面中查看计算结果。
可以通过选择不同的参数进行结果分析，如温度分布、热传导和对流换热等。
可以使用图表和数据表格来展示结果，并与设计要求进行比较。
8.优化设计：如果计算结果与设计要求不符，可以根据结果分析进行优化设计。
可以尝试不同的参数组合，如翅片间距、管程长度等。
重新运行模拟计算，直至满足设计要求为止。
9.导出文件：在结果界面中，可以将计算结果导出为文件。
可以选择导出报表、图表或数据表格，便于后续分析和文档编制。
10.保存项目：在完成设计和分析后，点击界面上的保存按钮，将项目保存到指定位置。