【文章內容簡介】 全覆蓋 ， 可防止大氣對管子外表面的腐蝕 ， 而且使用溫度較 L型有一定提高 。 空冷器國標GB/T 1538694中規(guī)定 LL型翅片管的最高使用溫度為 170℃ 。 LL型翅片管適用于工作條件較平穩(wěn) ， 溫度無突變的場合；它對內管保護較好 ， 耐大氣腐蝕性比Ｌ型好 ， 適用于濕空冷 。 傳熱性能也比Ｌ型略好 ， 其價格比Ｌ型略貴 。 ? （ ３ ） ＫＬ型翅片管 （ 滾花型翅片管 ） ? ＫＬ型翅片管是一種Ｌ型繞片管 。 制造時管子表面先經滾花 ， 繞片時再在L腳的上面同步滾壓一次 ， 使 L腳一部分面積嵌入管子表面 。 這樣就可使翅片與管子表面的接觸面積增大 50%，這就意味著單位面積的熱通量也降低50%， 因此翅片根部的熱應力很小 ，甚至在幾千次熱循環(huán)之后 ， 仍然保持其接觸面積大于 L腳本身的面積 。 翅片與管子接觸面積大 ， 貼合緊密 ， 牢靠 ， 能保持其性能長期不變 ， 翅片與鋼管的結合力及承受冷熱急變能力比Ｌ型和ＬＬ型翅片管好 。 空冷器國標GB/T 1538694中規(guī)定 KL型翅片管的最高使用溫度為 250℃ 。 ? （ ４ ） Ｇ型翅片管 （ 鑲嵌型翅片管 ） ? 鋁片嵌入鋼管表面被擠壓的深約～ ， 同時將槽中擠出的金屬用滾輪壓回翅片根部 。 ? 這種翅片管的最大優(yōu)點是熱工性能好 ， 工作溫度可達 350～ 400℃ ， 翅片溫度可達 260℃ ， 空冷器國標GB/T 1538694中規(guī)定 G型翅片管的最高使用溫度為 350℃ 。 ? 其缺點是翅片和管子二種金屬在大氣中易引起電化學腐蝕 ， 抗腐蝕性差 ， 造價高 。 管壁有應力集中 ， 不能用于中 、 高壓場合 。 如果壓擠不良 （ 槽緣不貼緊鋁片 ） ， 其傳熱性能比任何翅片管都差 。 ? （ ５ ） ＤＲ型翅片管 （ 雙金屬軋制型翅片管 ） ? 雙金屬軋制型翅片管是較理想的抗腐蝕型管子 。 它克服了 L型 、 LL型繞片管的缺點 。雙金屬軋制型翅片管的內外管可以分別選材 ， 內管根據熱流體腐蝕情況和壓力選定 ，如碳鋼 、 不銹鋼 、 鈦 、 黃銅等等 ， 管外可選用既有較好的延展性和抗大氣腐蝕 ， 又有良好的傳熱性能的金屬 ， 一般采用鋁和銅 。 經過軋制內外管子完全可以緊密結合在一起 。 ? 其優(yōu)點是： A． 抗腐蝕性能好 ， 鋁管在管外可保護內管不受腐蝕 ， 使用壽命長； ? B． 對溫度突變及振動有良好抗力 ，GB1538694中規(guī)定 DR型翅片管的最高使用溫度為 280℃ 。 傳熱性能較好 ， 介于Ｇ型和Ｌ型翅片管之間； ? C． 翅片整體性和剛度高 ， 由于翅片牢固 ，不易變形 ， 可用高壓水 、 高壓氣清垢；同時由于內外管緊密結合 ， 能長期保持高傳熱性能 。 ? 其缺點是：價格較貴 ， 制造技術要求高 、重量大；與 L型翅片管相比 ， 設備總價格提高了 5～ 7%。 ? （ ６ ） 橢圓型翅片管 ? 橢圓型翅片管是德國沿著一條完全獨立路線發(fā)展空冷器的主要特點 ， 其最早發(fā)明者是德國的 GEA公司 。 橢圓型翅片管是橢圓管套矩形鋼翅片 ， 采用鍍鋅或鍍錫處理 。 ? 橢圓型翅片管的優(yōu)點： ? A． 與同樣橫截面的圓管相比 ， 其水利直徑小 ， 因而管內給熱系數較大 ， 而且由于在管子后面形成的渦流小 ， 所以管外壓降可減少 30%； ? B． 與同樣的橫截面的圓管相比 ， 其表面積約大 15%。 因此 ， 在相同流速下 ， 管外給熱系數可提高 25%； ? C． 翅片效率高 ， 在同樣條件下 ， 圓管的翅片效率為 74%；而橢圓管為 82%（ 重量平均值 ） ； ? D． 矩形橢圓翅片管采用短邊迎風 ， 迎風面積比較小 ， 因而設計緊湊 ， 占地面積只有圓管的 80%； ? E． 在翅片上沖出湍流片 ， 可以進一步提高管外傳熱系數 ，但壓降稍有增加 。 ? 但橢圓翅片管 ， 也有它的不足之處 ， 其主要缺點是： ? A． 管束的維護 ， 檢修和更換管子比較困難； ? B． 管束的造價較高； ? C． 管束承受壓力較低 。 ? 橢圓翅片管的使用溫度與壓力范圍如下： ? 鍍錫管 ≤180℃ ? 鍍鋅管 ≤320℃ ? 內壓 ≤50大氣壓 ? 外壓 ≤20大氣壓 ? 若使用壓力超過此范圍時 ， 要選用圓形翅片管 。 ? （ 7） 紊流式翅片管 ? 這一類翅片管形式很多 ， 其共同點就是通過對翅片本身結構的改變 ， 使空氣流經翅片時產生擾流 ， 破壞其邊界層 ， 以提高管外膜傳熱系數 。在空冷器中應用較多的主要有以下幾種： ? （ 1） 徑向開槽翅片管 這種翅片管是在翅片圓周上均勻地沿徑向開出 12～ 36個切口 （ 槽 ） ，一般為 24個 ， 切口深度為翅片高度的 ～ ，切口兩邊的翅片成 “ 八 ” 字形交替向翅片管的前后兩端傾斜 。 由于切口破壞了氣流的邊界層 ，增加湍流的作用 ， 傳熱效率大為提高 ， 一般講管外側給熱系數可提高 25～ 50%， 總傳熱系數可提高 20%以上 。 其缺點是制造復雜 ， 造價較高 。 ? （ 2） 輪輻式翅片管 大約在六十年代中期 ，由英國 “ Wheelfin”公司首先研制成功 ， 其傳熱效率較光滑翅片管高 ， 但空氣壓力降也加大 。 ? （ 3） 波紋型翅片管 這種翅片管形式很多 ，由于波紋的作用 ， 可以強化傳熱 ， 但是阻力都比較大 。 波紋管的實驗結果表明 ， 由于在皺紋的凹處不能受到氣流的直接沖刷 ， 很容易結垢 ，且難以清除 ， 阻力比一般 L型繞片管高 60%左右 ， 因此 ， 翅片的皺紋 （ 或皺折 ） 部分不宜過高 。 這種翅片管一般用在自然對流傳熱中 ， 在高質量流速下不宜采用 。 五、表面蒸發(fā)式空冷器 ? 1. 概述 ? 2. 結構型式 ? 3. 設計 ? 4. 工業(yè)應用 第一節(jié) 概述 ?一、背景 ?二、國內外發(fā)展狀況 ?三 ﹒ 工作原理與特點 一、背景 ? 空冷式換熱器 （ 以下簡稱空冷器 ） 是以環(huán)境空氣作為冷卻介質 ， 依靠翅片管擴展傳熱面積強化管外傳熱 ， 靠空氣橫掠翅片管束后的空氣溫升帶走管內熱負荷 ， 達到冷凝冷卻管內熱流體的目的；它在煉油 、 化工行業(yè)中是主要的工藝設備之一 ， 故其研究倍受重視 ， 從其設計 、 制造 、 結構改進到其傳熱機理的研究與試驗一直都在進行 。 ? 目前，國內外煉油化工行業(yè)中的冷凝冷卻設備主要是水冷器和空冷器；隨著工業(yè)，特別是煉油、化工、電力工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量急劇增加，出現了水供應不足，而且由于環(huán)保和節(jié)能的要求越來越強烈，越來越嚴格，再加上空冷器具有節(jié)水效果好、操作費用低、環(huán)境污染小、使用壽命長等優(yōu)點，國內外煉油化工廠均已大量采用空冷器來代替水冷器，所以發(fā)展空冷技術和設備既是節(jié)水、節(jié)能、保護環(huán)境的要求，也是提高裝置效益的要求。 圖 — 1. 增濕型濕式空冷器 圖 — 2. 噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器 1— 管束； 2— 熱流體入口； 3— 空氣入口； 4— 循環(huán)水泵； 5— 排水管； 6— 供水管； 7— 閥門； 8— 擋水板； 9— 熱流體出口； 10— 熱空氣出口 ? 目前 ， 在煉油化工行業(yè)中普遍使用的空冷器為干式空冷器和濕式空冷器 （ 包括增濕型和噴淋蒸發(fā)型 ） 以及干濕聯合空冷器 。 干式空冷器操作簡單 、 使用方便；但其管內熱流體出口溫度取決于環(huán)境干球溫度 ， 一般以不低于 55～ 65℃ （【 1】） 為宜 ， 而且熱流體出口溫度與設計氣溫之差不得低于15～ 20℃ （【 1】 、 【 2】） ， 否則就不經濟；所以它不能把管內熱流體冷卻到環(huán)境溫度 。 而且隨著節(jié)能技術的提高和改善 ， 干式空冷器的使用由熱流體進口溫度大部分在 180℃ 左右下降到 100～ 120℃左右 ， 對于 120℃ 以上的熱流體大多采用了熱能回收措施而無干式空冷器的用武之地 ， 它對低溫位熱流體的冷卻無能為力 ， 為了得到較低的熱流體出口溫度 ， 必須對干式空冷器配后水冷器 。 增濕型濕式空冷器 （ 見圖 — 1【 2】） 的工作機理是在空冷器的工作過程中在空氣入口處噴霧狀水 ， 使空冷器的入口空氣增濕降溫 ， 增濕后的低溫空氣經過擋水板除去夾帶的水滴 ， 再橫掠翅片管束 ， 從而增大空氣入口溫度與熱流體出口溫度之間的溫差來強化管外傳熱 。 噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器 （ 見圖 — 2【 2】） 的工作機理是在空冷器 （ 管束多為立放橫排管 ） 的工作過程中直接向翅片管上噴霧狀水 ， 借助于翅片管上少量水的蒸發(fā)和空氣被增濕降溫而強化管外傳熱 ， 它同時兼有增濕型濕式空冷器的優(yōu)點 ， 我國目前煉油化工廠使用的濕式空冷器大多屬此型式 。 但是噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器的管排數不宜過多 ， 一般為 2～ 4排 ， 而且只有前兩排翅片管的迎水面才能被噴上水 ， 第二排管以后其傳熱沒有強化或強化很少；同時由于翅片管的結構特點 ， 翅片表面無法完全被濕潤 ， 翅片管表面水的成膜性很差 ， 翅片管上蒸發(fā)的水量很少 ， 水的蒸發(fā)效率很低 ， 翅片根部易積水 ， 易結垢 ， 增加了熱阻 ， 所以僅靠翅片管上水的蒸發(fā)帶走的熱負荷很小 （ 約占總負荷的 10～ 20%） ， 因此它主要還是靠增濕降溫后空氣的溫升帶走管內大部分熱負荷 。 濕式空冷器僅適合于冷卻進口溫度低于 70～ 75℃ （【 1】 、【 2】） 的熱流體 （ 如果熱介質進口溫度高于 80℃ 時 ， 翅片管表面極易結垢 ） ， 它可將熱流體冷卻到高于環(huán)境濕球溫度 5℃ 左右 （【 1】） 。 同時由于濕式空冷器要求噴霧化水 ， 所以其噴淋系統的噴嘴出水口很小 ， 一般為 ～ 1㎜ ， 使用中極易堵塞 ， 嚴重影響濕式空冷器的冷卻效果 。 ? 干式和濕式空冷器的工作機理決定了其冷卻效果均受環(huán)境氣溫影響較大 ， 氣溫波動 ， 風 、 雨 、 日曬以及季節(jié)變化均會顯著地影響其冷卻性能 ， 故其操作彈性差 ， 在冬季還會引起管內介質凍結；由于空氣側膜系數低 ， 其傳熱面積要大得多 ， 因此必須采用翅片管 ， 故其投資較高 。 ? 針對空冷器存在的上述問題 ， 國外有關研究人員于二十世紀六十年代開始了綜合空冷和水冷優(yōu)點的新型冷卻器 — 蒸發(fā)式冷卻器的理論和試驗研究；我國研究人員也于二十世紀八十年代開始了相應的研究開發(fā)工作 。 二 ﹒ 國內外發(fā)展狀況 ? 表面蒸發(fā)型空冷式換熱器 （ 以下簡稱蒸發(fā)空冷 ） 是一種比濕空冷和干空冷加后水冷性能更優(yōu)越的新型冷卻器 ， 是國內外近年來著力開發(fā)的一種新型冷換設備 ， 是空冷技術的發(fā)展方向 。 ? 國外于二十世紀六十年代開始了有關蒸發(fā)空冷的基礎理論和試驗及其設計方法的研究工作 （【 3】 、 【 4】 、 【 5】 、 【 6】 、 【 7】 、 【 8】） ；文獻 【 3】首次提出了用管內工藝流體與管外噴淋水之間的總傳熱系數以及管外表面噴淋水與空氣之間的以焓差為推動力的總傳質系數來描述蒸發(fā)空冷的傳熱 、 傳質模型 ， 并進行了相應的試驗研究 ， 得出了計算蒸發(fā)空冷的傳熱傳質系數的試驗公式 。 文獻 【 4】 后來也提出了與文獻 【 3】 相類似的蒸發(fā)空冷的數學模型和設計方法 。 文獻 【 5】 、 【 6】 按文獻 【 3】 提出的數學模型對解析法進行了理論和試驗探討 。 文獻 【 8】 提出了三種不同結構型式的蒸發(fā)空冷芯子的設計方法 ，并以實例計算進行方案比較 ， 得出的結論是通過適當使用填料而不用翅片管增加傳質面積 ， 即可大大提高光管蒸發(fā)空冷的冷卻性能 。 文獻 【 9】 介紹了如何正確使用閉路循環(huán)蒸發(fā)冷卻 ， 認為與普通的開放式冷卻塔 、 換熱器和干空冷相比 ， 閉路循環(huán)蒸發(fā)冷卻塔具有節(jié)省費用 ， 操作性好的優(yōu)點 。 ? 國外開發(fā)研制出的蒸發(fā)空冷現已被廣泛應用于壓縮機中間冷卻 、 透平引擎夾套水冷卻 、 潤滑油冷卻和其他無機物水溶液冷卻；美國 Brounder 造的蒸發(fā)空冷已用于許多大型硫酸廠 。 德國 GEA公司 、 美國 FES公司都在開發(fā)研制蒸發(fā)空冷 ， 其產品主要用于制冷和空調系統 。 ? ? 我國在二十世紀八十年代初從國外引進的十幾套石蠟成型裝置中均帶有蒸發(fā)空冷 ，用于其制冷劑的冷凝冷卻 。 由此國內開始了有關蒸發(fā)空冷的開發(fā)研制工作 。 文獻 【 10】介紹了哈爾濱空調機廠在 1985年仿制了一臺美國 FES公司的 LS— 250型蒸發(fā)空冷代替茂名石化公司煉油廠第一套石蠟成型裝置制冷系統中的立式水冷器 （ 過熱氨氣冷凝器 ） ，并考慮了國內氨壓縮機出口溫度高的情況 ， 將原引進設備的全部換熱面積分出一部分置于捕霧器之上 （ 翅片管束 ） ， 對氨氣進行預冷 。 并作了兩種冷卻方案的經濟效益對比 ，采用蒸發(fā)空冷代替立式水冷器每年可節(jié)省運轉費用 。 文獻 【 11】 介紹了洛陽石化工程公司針對蒸發(fā)空冷在實驗室進行了三個試樣 、 多種工況的試驗 ， 對其傳熱性能進行了研究 ， 對各種結構參數進行了篩選 ， 推導了傳熱方程式 ， 并按照煉油廠常減壓裝置汽油 、 煤油 、 輕柴油和重柴油產品后冷的工藝要求 ， 分別進行光管蒸發(fā)空冷和管殼式水冷器