表面式蒸发空气冷却器的研究现状

表面式蒸发空气冷却器的研究现状
摘要：蒸发式空气冷却器将管式换热器与空气冷却塔合为一体，利用管外水膜的蒸发及与空气换热带走热量，能显著提高管外传热强度。

与传统的水冷式和风冷式换热器相比，其结构紧凑，占地面积小，传热效率高，节水节能，操作稳定，在石油化工、电力、冶金等行业具有广阔的应用前景。

关键词：蒸发式空气冷却器；干式；湿式；
前言：表面蒸发式空冷器是由光管组成的一种空冷装置。

它的主要原理是利用冷却水显热和管束外水膜的蒸发（汽化潜热）换热带走大量热量，借以把管内流体的温度降低到接近大气温度或低于大气温度。

1.蒸发式空气冷却器的特点
1.1蒸发式空气冷却器的结构特点
它在结构方面具有以下特点：管式换热器与冷却塔组装在一起，不再单独设置循环冷却水系统，占地面积大大减少，结构十分紧凑；换热盘管采用光管，设备一次性费用大大降低；属空冷器范畴，具有操作费用低的优点；循环冷却水在装置中循环使用，大大节约了水量，且封闭性很强，因此没有污染；盘管使用光管，空气在里面通过阻力比较小，因此风机所需要的功率就随之降低；循环水喷洒在盘管管束上，有利于减缓盘管的结垢，提高盘管传热效率，从而也降低了操作工的维护强度和设备的维修费用。

1.2蒸发式空气冷却器的传热特点
表面蒸发式空冷器一般不适用于高温物流的冷却与冷凝,只适用于低温工艺物流的冷却与冷凝，一般要求温度低于80℃，高温物流需要设置预冷管束，对于低温工艺物流可冷却到接近环境湿球温度（40℃以下）。

表面蒸发式空冷器利用冷却水与空气显热和管束外水膜的蒸发（汽化潜热）换热带走热量，由于水有很高的汽化潜热，能极大地强化管外传热强度，比起干式和湿式空冷器，其总体
传热效率要大得多。

蒸发空冷的冷却好坏与空气被增湿降温的程度密切相关，空
气被增湿降温的越好，空冷器冷却效果就越好，并且热物流可以被冷却到低于环
境温度。

2.蒸发式空气冷却器的应用
表面蒸发式空冷器之所以能够慢慢取代传统的干式空冷器和湿式空冷器，原
因不仅体现在其投资较少、节省空间、操作稳定和维护方便，而且更大的优势是
体现在节能节水方面。

表面蒸发空冷因为具有这些优点，所以在冶金、炼油化工、电力等行业有着很好的应用前景，是空冷发展的新方向。

2.1表面蒸发空冷器在冶金行业中的应用
在国外炼铁厂，用于高炉炉壁冷却系统的冷却技术都使用到了表面蒸发空冷器，台湾的中国钢铁公司也采用了该技术，国内之所以在钢铁行业进行推广使用，主要考虑到了其经济成本问题，购买国外设备费用太高。

由于表面蒸发式湿式空
冷器在投资、运行成本及冷却效果方面较干式空冷器和板式换热器优势明显，因
此很多企业最终选择采用表面蒸发式空冷器。

此种空冷器还有一个十分显著的优
点就是运行周期长，主要原因在于换热管内介质是经过除盐和除氧的，设备的安
全性和可靠性比较强。

2.2蒸发空冷器在石化行业中的应用
冷却在炼油化工行业十分普遍，各个装置几乎都有冷却单元，因此需要使用
蒸发空冷的地方也很多。

在气体分馏装置碳四塔顶、轻烃回收装置丙烯冷凝系统
以及常减压塔顶等都需要采用冷却技术使之降温。

水冷器在早期的冷却系统中被
普遍采用，但水冷一般耗水量较大并且冷却效果也不好，水冷受环境温度影响也
比较大；然后出现了干空冷加水冷的形式，但其占地面广，空中杂物易堵塞翅片管，电量耗费大；之后又出现了湿空冷，空中杂物也易堵塞翅片管，在翅片管上
不易形成均匀水膜，传热效率低，在夏天温度很高的环境下使用，冷却效果就变
得很差。

为了得到较好的冷却效果并获得较高的经济效益，表面蒸发式空冷技术
逐渐成为了冷却系统的发展方向。

2.3蒸发空冷器在电力行业中的应用
在电站冷却系统中，为了保证发电机组安全运行和提高发电机组的工作效率，就必须为发电机组选择最好的凝汽冷却系统。

发电机组中用到蒸发空冷器的地方
主要是指汽轮机排气端，冷却的目的是使凝汽得到冷却，其工作过程是：汽轮机
主要通过高压蒸汽驱动做功，做完功后的气体（称之为乏汽）通过蒸发空冷器冷
凝成水,然后通过输水泵送至锅炉处理循环使用。

在电气设备中，相变吸热降温
是蒸发空冷器的主要特点，与以往气冷、水冷、油冷等冷却方式相比有如下优点：局部无过热点,温度分布均匀,高的换热效率。

采用相变蒸发冷却,铁心、绕组的
温升较小，又因损耗大小与温升成正比，因而损耗较小，提高了效率。

变压器的
占地空间变小，大大降低了成本。

3.蒸发式空冷器分类
表面蒸发式空冷器是由光管组成的一种空冷装置，其主要原理是利用管束外
水膜的蒸发（汽化潜热）和冷却水与空气显热换热带走热量，用以将管内热物流
的温度降低到接近大气温度或低于大气温度。

表面蒸发式空冷器种类很多，依据
不通的方式可以分为各种不同的形式。

3.1 吸风式和鼓风式
依据通风的方式不同可以分为：自然通风式、吸风式和鼓风式。

鼓风式蒸发
空冷器与吸风式蒸发空冷器是依据风机在蒸发式空冷器中的位置不同而分。

3.2预冷式和非预冷式
一些蒸发空冷器需要设置预冷管束主要原因是要求的工艺流体温度太高，容
易在管束外表面结垢，从而增大了传热阻力，造成传热效果降低。

高温物流先进
入到位于蒸发式空冷器上方的预冷管束（翅片式），与从下端上来的高温热空气（先经过与冷剂热交换后）进行初步的热交换冷却后，再经过光管管束发生充分
热交换（汽化潜热）。

3.3带PVC填料和不带 PVC填料
蒸发空冷器一般都使用填料作为凉水的设备，并且填料大多数采用的都是PVC 型式。

采用填料固然能起到一定的冷却效果，但长时间处于高温环境中，容
易使厚度较小的填料无法适应，从而导致老化变形，甚至破裂造成设备的堵塞，
增大了各方面的阻力，最终导致设备换热效果变差。

不带PVC 填料的蒸发空冷器
采用低压雾化装置将循环水喷成雾滴状，从而让水与空气最大程度地接触，最终
目的是使水温度降低。

可以避免采用 PVC填料带来的诸多问题（如碎裂、老化、
堵塞等），并且实现了设备长期稳定运转，维修量和维护费用也大大降低。

3.4管式蒸发空冷器和板式蒸发空冷器
蒸发式空冷器根据换热的核心部件的结构不同可分为管式蒸发空冷器和板式
蒸发空冷器两大类。

结语：空冷式换热器由于其应用广泛，关于其研究也层出不穷，分别经历了
干式空冷、湿式空冷和表面蒸发空冷等。

干式和湿式空冷器的工作机理决定了其
操作弹性很差，原因在于两种空冷器的使用性能受环境温度的影响非常之大；而
表面蒸发式空冷器在冷却性能上比湿空冷和干空冷更加优越，冷却冷凝温度更低，更逼近工艺热物流环境湿球温度。

根据此原理，我们在结构和特性方面对空冷器
提出新的结构和思路，开发出新型的表效率，另外，也让蒸发式空冷器具有紧凑
的结构和较少的制冷剂冲灌量。

而且还有一个显著优点就是：冬天在较低的环境
温度下，不需要水冷，直接风冷就完全可以避免冻堵难题。

参考文献：
[1] 常健佩，黄翔等.立管式间接蒸发冷却器的设计与适用性研究[J]兰州交
通大学, 2021(4).
[2]郭俊峰.湿式空气冷却器浅谈[J].石油化工设备,2019(1).
[3]郭春梅.蒸发式空气冷却器的原理及应用[J]辽宁省交通高等专科学校学报,2009（6）
[4]于凯 .管式间接蒸发冷却器换热特性的实验研究[J]兰州交通大
学,2014(1).
[5]王芳，武俊梅等.管式间接蒸发空气冷却器传热传质模型的建立及验证[J].制冷与空调,2010(1).
作者简介:高巾淏(2001-)，女，辽宁沈阳，辽宁科技大学土木工程学院，学生，
课题来源：省大学生创新创业训练计划项目--卧式管外流潜热蒸发式冷却器的设计研发.
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