空冷器的设计

第四章空冷器的设计

4.1 空冷器的设计条件

4.1-1 设计条件

1. 空气设计温度

设计气温系指设计空冷器时所采用的空气入口温度。采用干式空冷器时，设计气温应按当地夏季平均每年不保证五天的日平均气温[1][2][3]。采用湿式空冷器时，将干式空冷器的设计气温作为干球温度，然后按相对湿度查出湿球温度，该温度即为湿式空冷器的设计气温。

我国各主要城市的气温列于附表4－1。从该表可见我国绝大多数地区夏季平均每年不保证五天的日平均气温低于35℃。当接近温度大于15－20℃时，采用干式空冷器比较合理。在干燥炎热的地区，为了降低空气入口温度可以采用湿式空冷器。

2. 介质条件

（1）适宜空冷器的介质条件

适于采用空冷器的介质有石油化工过程中的气体,液体，水和水蒸汽等。

3.热流的操作条件

（1）流量。根据工艺要求而定。

（2）操作压力。根据国家标准“空冷式换热器”的规定，最高的设计压

为35 Mpa，这个压力可以满足石油化行业空冷器的操作要求。

（3）入口温度

热流的入口温度越高其对数平均温差越大，因而所需要的传热面积就越小，这是比较经济的。但是，考虑能量回收的可能性，入口温度不宜高，一般控制在120～130℃以下，超过该温度的那部分热量应尽量采用换热方式回收。在个别情况下，如回收热量有困难或经济上不合算时，可适当介质入口温度。就空冷器本身而言，考虑到介质温度升高会导致热阻的增加，传热效率下降，绕片式翅片管的工作温度可用到165℃而锒片式翅片管可用到200℃

如果热流入口温度较低（低于70~80℃），可考虑用湿式空冷器。

（4）出口温度与接近温度

对于干式空冷器出口温度一般以不低于55~65℃为宜[3]，若不能满足工艺要求，可增设后湿空冷，或采用干－湿联合空冷。

接近温度系指热流出口温度与设计气温之差值。干式空冷器的最低值应不低于15℃[3]，否则将导致空冷器的面积过大，这是不经济的。

上述的设计数据应填入表4.1-1的”空气冷却器规格表”内.

表41-1 空冷器设计规格表

构架数量化学清洗片距

架中心距特殊接管

法兰面型式印记有无

百叶窗自动手动温度表

振动切换开关有无压力表

机械设备

风机型号驱动机型式减速机型式

风机台数驱动机台数减速机台数

风机直径驱动机转数转/分传动比

风机功率驱动机功率功率

调节型式: 手调自调调频转数:转/分支架支座

材料: 叶片轮毂

控制发生故障时的风机角度最大最小锁住百叶窗

控制发生故障时的风机速度最大最小锁住

出口温度控制精度±℃

空气再再循环内循环外循环蒸汽盘管有无

占地面积M2 总重kg运输重kg

图号

4.2翅片管参数的优化

翅片管是空气冷却器的传热元件，翅片管的参数对空冷器的传热效率、功率消耗和噪声等有直接的关系[4]。因此，选择合适的翅片管参数对空冷器设计是非常重要的的.以下就翅片管参数对传热和阻力降的影响及如何选择作出评述。

1 翅片管的参数

翅片管的参数主要是指它的几何参数如图1所示。

图4.2-1 翅片管的几何参数

图中几何参数的意义如下：

b－翅片平均厚度，m ；

b =0.5(b

p +b

r

)

b

p

翅片顶部厚度，m ；

b

r

翅片根部厚度，m ；

d－光管外径，m ；

D－翅片外径，m ；

d

r

－翅片根部直径，m

H－翅片高度，m ；

S－翅片间距，m ；

S

T

－翅片管横向管心距，m ；

S

L

－沿气流方向的管排之管心距，m ；

一般说来，翅片管的光管直径、翅片厚度基本上是固定的。所以在评价翅片管的性能时选择的参数主要是翅片高度，翅片间距和管心距。这些参数对翅片管的翅化比起主导作用，同时对传热和压力降也产生很大影响。翅片管参数的优化主要是指空冷器设计中如何合理地选择片高、片距和管心距这三个参数，使所设计的空冷器得到较高的传热效率和较低的阻力损失。从而使空器设计处于较优的状态。

2 翅片管的翅化比和有效翅化比

在空气冷却器中，管外以空气作为冷却介质与管内的热介质进行热交换。由于空气的导热系数低引起管外侧的传热系数也较低，为了弥补管外侧的传热系数的不足，所以在管外增加翅片以达到强化传热的目的。管外的翅片总面积与光管表面积之比称之为翅化比。翅化比表示如下：

o r

f A A

A+

＝

ε（4.2-1）

式中：ε

－翅化比

A

f

－翅片表面积，m2；

A

r

－翅片根部面积，m2；

A

o

－光管外表面积，m2。

这个翅化比是几何翅化比，它没有考虑到翅片的效率。翅片管的传热效率与翅片管的表面温度有关，翅片表面温度自根部至顶部是递降的，愈到翅顶，其传热平均温差愈低，传热效果就愈差。翅片的传热效率为：

E f ＝

度

主流温度－翅片根部温均温度

主流温度－翅片表面平

从文献[5]可得：

b

h H 1632.0092.1E m o

f •λ-= （4.2-2） 式中：E f －翅片管的传热效率 H －翅片的高度，m ；

h o －翅片管对空气侧的传热系数，W/(m 2.K)

λm －翅片材料的导热系数，对于铝 为203.5 W/(m.K) 将以上数据代入上式得到高低翅片管的效率如下： 高翅片效率， E f =1.092-0.1736 U F 0.359 低翅片效率， E f =1.092-0.1298 U F 0.359 式中的U F 为标准状态下的迎面风速，m/s ..

两种翅片高度的翅片效率与迎面风速的关系如图 4.2-2 所示。从图中可以看出翅片高度是影响翅片效率的主要因素，低翅片比高翅片有较高的翅片效率。翅片的效率随迎风面风速 的增加而下降，