第六章 空冷器课件

• 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 翅片管型式 传热性能 耐温性能 耐热冲击性 能 耐大气腐蚀 性能 尘垢清理难 易 制造费用 L型 5 5 5 4 5 1 LL型 4 4 4 3 4 2 镶片式 3 2 2 5 3 3 双金属 轧片式 2 3 3 1 2 4 套片式 1 1 1 2 1 5
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
（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
结构形式 适用场合及特点 优缺点 优点是： 结构简单，安装方便，管内热流 体和管外空气分布比较均匀。 缺点是： 占地面积比较大，管内流动阻力 较斜顶式大。
• 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15～20℃，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。
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喷淋型（图6-10）:将雾状水 特点： 特点： 增湿降温， 直接喷到翅片表面上，并与空 增湿降温，效果显著 腐蚀管束， 腐蚀管束，造价较高 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。
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• 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。
• 构架型号
型式 长度 × 宽度 附注
区分水平式（P)和 斜顶式(X) e.g.P6×3A型构架
说明开式或 闭式
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。
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。
（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， 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允许温度时 允许温度时， 离开管束的空气温度超过风机和电机 允许温度时， 才使用鼓风式。 才使用鼓风式。
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6-19）——将铝管紧套在钢管上，然后在铝管上轧 出翅片。
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。
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/(m2·K),采用高翅片； 1162～2093W/(m2·K),采用高翅片或低翅片； < 2093W/(m2·K),采用低翅片； <116W/(m2·K),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，最佳翅化比为17～28，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
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； 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： 国产空冷器管束型号的表示方法：
管 束：由翅片管、管箱和框架的组合件组成。 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。
• 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°。
型 式 长 度 × 宽 度 管排 数 换热 面积 工作 压力 翅片 管型 式
罗马数 字表示 管程 数 法兰 型式
-
P-水平式 X-斜顶式 以分式表示，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 管法兰的密封面型式 a-平面型 b-凹凸型
e.g. P9×3 – 4 3020/129 1.6MPa Ⅱa 型管束 ×
C-榫槽型
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 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< 4MPa。椭圆式翅片管因装配上的需 要，一般都采用这种管箱。
优点：节约了用水； 优点：节约了用水； 减少了水污染； 减少了水污染； 厂址选择不受水资源限制， 厂址选择不受水资源限制，空冷器布置技术 要求少； 要求少； 投资及维护成本小。 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
水平式
适用于任何场合。管束水平 放置，为了防止冷凝液停留在管 中，管子应有3°或1％的倾斜。
• 斜顶式
风机为引风式 风机为鼓风式
结构特点及使用场合
结构形式 适用场合及特点 优缺点
斜顶式
通常用于管内冷凝或占地面积 受限的场合
优点是： 管内热流体和管外空气分布比较 均匀。传热系数比水平式略高。管内 流动阻力小。占地面积较小。 缺点是： 结构略复杂。
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