离心空压机中间冷却器概述

离心空压机中间冷却器概述
薛斌
（沈阳鼓风机厂部，沈阳110021）
摘要介绍了如何按离心空压机的参数来选择合适的中间冷却器的结构形式。

关键词离心空压机中间冷却器光管翅片管
l 前言
目前离心空压机被广泛应用在空分、冶金、化肥、化工、制药、动力站等领域。

离心压缩机要实’现等温压缩，效率优化，保证出口压力和温度指标，各段间要配置中间冷却器。

由于压缩机对各段间允许的压力损失和进口温度的严格要求，决定了中间冷却器设计选型的特殊性。

中间冷却器几乎涵盖了所有管壳式换热器的结构形式，这正体现了它集各种形式换热器优点于一身的设计理念。

同时也是应对多种机型，大跨度工况范围的必然选择。

中间冷却器有压缩机之肺的形象比喻，它的冷却效果和可靠性直接影响压缩机的气动性能和整机效率。

随着为离心空压机配套的中间冷却器的增多，一个适应各种工况和不同机型的冷却器系列也自然形成，在此做一简单概述。

2 中间冷却器的适用范围和设计参数确定
为了更深入的理解中间冷却器的多样性和复杂性，了解其适用范围、特征和重要参数的取值依据是非常必要的。

下面是据此归纳的特性表。

表1 中间冷却器技术特性
从表1中可以着出：温度范围、允许压力损失、污垢系数三项指标数值挛饯披小，而空气的流量范围、压力范围、相对湿度三项指标变化范围较大。

热负荷（换热量>的大小是决定换热器面积的主要因素，而上述三项指标的大范围工况跨度决定了热负荷（换热量）的差异很大，在中间冷却器几何外形上的反映尤为直观，表2可见一般。

表2中间冷却器特征
温度变化范围和允许压力损失范围从数值上看波动范围小，但这两项指标恰恰是中冷器必须严格遵循指标，是保证压缩机在性能曲线上运行的前提。

在国外的中冷器技术协议中，经常见到诸如：出口温度升高一度，压力损失超过一毫巴，扣除货款x%的附加条款，可见这两项指标对整个机组的重要程度。

相对湿度是当时当地大气的相对湿度，随着季节和天气的变化而变化，进入压缩机经过一段压缩和冷却后，饱和分压达到100%，过饱和部分冷凝析出。

以出口压力lMPa的空压机为例，占75%的水蒸气在中冷器内被冷凝排出，所以中间冷却器的设计中要增设冷凝水的分离排放系统。

污垢系数在整个中冷器运行中是一个逐渐增大的数值，它的存在对有效换热是一种阻碍（也称热阻），在设计中应予以重视，通常污垢系数的取值是在最恶劣工况下且满足中冷器使用的极限值，
在充分考虑空气环境，检修周期，水质条件的前提下，由用户和设计方共同确认，保证中冷器和真实工况的吻合，实现中冷器效益的最大化。

3 中间冷却器的结构形式与适用场合
中间冷却器的核心元件是换热管，在中冷器中，换热管有以下几种形式：光管，翅片管。

3.1光管一中间冷却器
光管制成的中间冷却器主要是GB151中定义的换热器形式，即：固定管板式；浮头式；U型管式；填料函式。

换热管规格为：Φ25；Φ20；Φl9；Φ16。

材质为：20#；不锈钢；铜及铜合金。

在流量小于30000Nm3/h；进气压力小于1.6MPa：机组为双层布置；对压力损失要求不严格；机组作为动力站使用时，可采用固定管板式、浮头式中冷器，壳程走高温空气，管内走冷却水。

这两种换热器浮头式优于固定管板式，因为浮头式结构可消除温差应力，管束可更换，缺点是成本高于固定管板式换热器。

在流量小于30000Nm3/h；进气压力大于4.OMPa．对压力损失要求严格，可采用U型管式、填料函式中冷器，管内走高温空气，壳程走冷却水。

在相同壳径下，u型管式为两程，而填料函式为单程，所以填料函式中冷器的损失小于U型管式结构，而制造成本则相反，在设计中可视损失要求而定。

在中冷器后单独配备分离器实现对冷凝水的分离排除。

总体而言：光管形式的中间冷却器设备大，压力损失大，单位体积换热面积小，换热效率低，一般用在非重要的场合，不作为中间冷却器的首选形式，但因其成本低，维护简单，使用寿命长，制造工艺成熟，还有一定的应用领域，特别是u 型管式、填料函式中冷器在空气压力较高的场合，是其他形式的换热器无法替代的。

3.2翅片管一中间冷却器
在中间冷却器的全流量范围内，进气压力小于7MPa；对压力损失控制严格；要求中间冷却器体积小，结构紧凑，换热效率高，冷却水耗量小的场合，可采用翅片管一中间冷却器。

同时，各种翅片管形成的换热器，有其各自的特点。

翅片管分为：板翅、绕翅、复合翅片管、内翅片管等几种形式。

中间冷却器通常由壳体，管束，前、后盖，内置式分离器组成。

壳侧（即翅片侧）走高温气体，管内走冷却水。

管束由翅片管和管板组成，是完成换热的场所，此类中间冷却器的设计，就是围绕管束的设计展开的。

在气一水换热中，气侧的传热系数与水侧的传热系数相差至少一个数量级，强化气侧传热系数，是增大总传热系数，提高换热效率的关键，翅片管的翅化比（单位长度的翅片管面积与光管外表面积之比）通常在12以上，这大大弥补了气侧传热的先天不足，是光管换热器望尘末及的。

气体在翅片间的流通面积大、流程短，压力损失小。

管材规格：Φ19；Φ18；Φl6；Φ12。

材料：20#；不锈钢；铜及铜合金。

翅片厚度：0.15～0.4mm。

材料：Al；T2。

换热管与翅片连接方式：胀接；钎焊，挤压复合。

板翅管是由一张张矩形的板片与换热管胀接成一个单元换热管，再由单元组成管束。

板片先经冲压成形，按等边三角形或转角正方形冲出管孔，将换热管穿入孔中，管内打弹胀接成形。

如在板翅上再开些沟槽，强化流经气体的湍流程度，换热效果会更好。

板翅和换热管材料：Cu，A。

该类型管束适用于流量小，气速低，气压低，气流稳定的场合，它的换热性能较好，但强度低，抗振动能力差，胀接不好板翅与换热管易脱落。

由于制造工艺限制，管束不能做大。

钎焊翅片管也叫绕片管，是用铜带缠绕在铜或铜合金换热管上；’再用锡焊固定而成。

翅片管外观质量好，片厚匀均，换热管截面有圆型和椭圆型两种，成型过程中对换热管没有机械损伤。

该类型翅片管制成的管束，．适合于全流量范围，但最高气温应小于130℃，换热管与管板的连接不宜采用焊接结构。

复合翅片管是近几年来大量使甩的换，热管材料，它是在基管外套一厚壁铝管，通过专用轧辊，将铝管扎制成规定高度的翅片，同时，翅片根部残留的铝管部分被牢牢地挤压扎紧在基管上，不看翅
片管断面，很难想象是两种材料复合而成的翅片管。

翅片是铝(Al)，基管可以是20#、不锈钢、铜及铜合金。

翅片间距和翅片厚度通过调整轧辊间隙极易实现，设计的自由度大为增强。

轧制的过程也是铝翅片冷作硬化的过程，加之后续的碱洗，烘干，翅片表面形成氧化膜，起到了防腐的作用。

这种翅片管的整体性好，坚固耐用，适用范围广，换热效果也很理想，在一些重要项目，重大产品上多采用此类翅片管做中间冷却器，效果很好。

内翅片管是一种新型的换热管结构，它主要作为小流量，组装式离心压缩机配置的中间冷却器和出口冷却器。

换热管与翅片为铜材，翅片夹装在换热管内，制成管束后，组装在压缩机级间管路内，管内走高温气体，管外走冷却水，翅片管长度l米左右。

这种中间冷却器换热效率很高，压力损失很小。

上述中间冷却器的出口侧，都加装分离器，分离冷凝水，汇集到设备底部由疏水器排出。

翅片管式中间冷却器在离心空压机中大量应用，它的结构紧凑，低耗高效是其被选中的主要原因，但它组成管束的抗振动能力和翅片强度在设计中要充分考虑；翅片间的间距小，流道窄，易残留结垢，对气流的纯洁度应与限定。

参考文献
1 CB151-1999《管壳式换热器》，国家质量技术监督局．1999
2 谭天恩，麦本熙，丁恶华，《化工原理》化学工业出版社，1986
3 朱聘寇，《换热器原理及计算》清华大学出版社，1987。