【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 全覆蓋 ， 可防止大氣對(duì)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(guó)標(biāo)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(wú)突變的場(chǎng)合；它對(duì)內(nèi)管保護(hù)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(jià)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(shí)管子表面先經(jīng)滾花 ， 繞片時(shí)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(yīng)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(zhǎng)期不變 ， 翅片與鋼管的結(jié)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(guó)標(biāo)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(shí)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(diǎn)是熱工性能好 ， 工作溫度可達(dá) 350～ 400℃ ， 翅片溫度可達(dá) 260℃ ， 空冷器國(guó)標(biāo)GB/T 1538694中規(guī)定 G型翅片管的最高使用溫度為 350℃ 。 ? 其缺點(diǎn)是翅片和管子二種金屬在大氣中易引起電化學(xué)腐蝕 ， 抗腐蝕性差 ， 造價(jià)高 。 管壁有應(yīng)力集中 ， 不能用于中 、 高壓場(chǎng)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(diǎn) 。雙金屬軋制型翅片管的內(nèi)外管可以分別選材 ， 內(nèi)管根據(jù)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(jīng)過(guò)軋制內(nèi)外管子完全可以緊密結(jié)合在一起 。 ? 其優(yōu)點(diǎn)是： A． 抗腐蝕性能好 ， 鋁管在管外可保護(hù)內(nèi)管不受腐蝕 ， 使用壽命長(zhǎng)； ? B． 對(duì)溫度突變及振動(dòng)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(shí)由于內(nèi)外管緊密結(jié)合 ， 能長(zhǎng)期保持高傳熱性能 。 ? 其缺點(diǎn)是：價(jià)格較貴 ， 制造技術(shù)要求高 、重量大；與 L型翅片管相比 ， 設(shè)備總價(jià)格提高了 5～ 7%。 ? （ ６ ） 橢圓型翅片管 ? 橢圓型翅片管是德國(guó)沿著一條完全獨(dú)立路線發(fā)展空冷器的主要特點(diǎn) ， 其最早發(fā)明者是德國(guó)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(diǎn)： ? A． 與同樣橫截面的圓管相比 ， 其水利直徑小 ， 因而管內(nèi)給熱系數(shù)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(shù)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(fēng) ， 迎風(fēng)面積比較小 ， 因而設(shè)計(jì)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(jìn)一步提高管外傳熱系數(shù) ，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(diǎn)是： ? A． 管束的維護(hù) ， 檢修和更換管子比較困難； ? B． 管束的造價(jià)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(nèi)壓 ≤50大氣壓 ? 外壓 ≤20大氣壓 ? 若使用壓力超過(guò)此范圍時(shí) ， 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(diǎn)就是通過(guò)對(duì)翅片本身結(jié)構(gòu)的改變 ， 使空氣流經(jīng)翅片時(shí)產(chǎn)生擾流 ， 破壞其邊界層 ， 以提高管外膜傳熱系數(shù) 。在空冷器中應(yīng)用較多的主要有以下幾種： ? （ 1） 徑向開(kāi)槽翅片管 這種翅片管是在翅片圓周上均勻地沿徑向開(kāi)出 12～ 36個(gè)切口 （ 槽 ） ，一般為 24個(gè) ， 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(cè)給熱系數(shù)可提高 25～ 50%， 總傳熱系數(shù)可提高 20%以上 。 其缺點(diǎn)是制造復(fù)雜 ， 造價(jià)較高 。 ? （ 2） 輪輻式翅片管 大約在六十年代中期 ，由英國(guó) “ 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(qiáng)化傳熱 ， 但是阻力都比較大 。 波紋管的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)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(guò)高 。 這種翅片管一般用在自然對(duì)流傳熱中 ， 在高質(zhì)量流速下不宜采用 。 五、表面蒸發(fā)式空冷器 ? 1. 概述 ? 2. 結(jié)構(gòu)型式 ? 3. 設(shè)計(jì) ? 4. 工業(yè)應(yīng)用 第一節(jié) 概述 ?一、背景 ?二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ?三 ﹒ 工作原理與特點(diǎn) 一、背景 ? 空冷式換熱器 （ 以下簡(jiǎn)稱空冷器 ） 是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì) ， 依靠翅片管擴(kuò)展傳熱面積強(qiáng)化管外傳熱 ， 靠空氣橫掠翅片管束后的空氣溫升帶走管內(nèi)熱負(fù)荷 ， 達(dá)到冷凝冷卻管內(nèi)熱流體的目的；它在煉油 、 化工行業(yè)中是主要的工藝設(shè)備之一 ， 故其研究倍受重視 ， 從其設(shè)計(jì) 、 制造 、 結(jié)構(gòu)改進(jìn)到其傳熱機(jī)理的研究與試驗(yàn)一直都在進(jìn)行 。 ? 目前，國(guó)內(nèi)外煉油化工行業(yè)中的冷凝冷卻設(shè)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(xiàn)了水供應(yīng)不足，而且由于環(huán)保和節(jié)能的要求越來(lái)越強(qiáng)烈，越來(lái)越嚴(yán)格，再加上空冷器具有節(jié)水效果好、操作費(fèi)用低、環(huán)境污染小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外煉油化工廠均已大量采用空冷器來(lái)代替水冷器，所以發(fā)展空冷技術(shù)和設(shè)備既是節(jié)水、節(jié)能、保護(hù)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(mén)； 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(lián)合空冷器 。 干式空冷器操作簡(jiǎn)單 、 使用方便；但其管內(nèi)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(shè)計(jì)氣溫之差不得低于15～ 20℃ （【 1】 、 【 2】） ， 否則就不經(jīng)濟(jì)；所以它不能把管內(nèi)熱流體冷卻到環(huán)境溫度 。 而且隨著節(jié)能技術(shù)的提高和改善 ， 干式空冷器的使用由熱流體進(jìn)口溫度大部分在 180℃ 左右下降到 100～ 120℃左右 ， 對(duì)于 120℃ 以上的熱流體大多采用了熱能回收措施而無(wú)干式空冷器的用武之地 ， 它對(duì)低溫位熱流體的冷卻無(wú)能為力 ， 為了得到較低的熱流體出口溫度 ， 必須對(duì)干式空冷器配后水冷器 。 增濕型濕式空冷器 （ 見(jiàn)圖 — 1【 2】） 的工作機(jī)理是在空冷器的工作過(guò)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(jīng)過(guò)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(lái)強(qiáng)化管外傳熱 。 噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器 （ 見(jiàn)圖 — 2【 2】） 的工作機(jī)理是在空冷器 （ 管束多為立放橫排管 ） 的工作過(guò)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(qiáng)化管外傳熱 ， 它同時(shí)兼有增濕型濕式空冷器的優(yōu)點(diǎn) ， 我國(guó)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(shù)不宜過(guò)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(méi)有強(qiáng)化或強(qiáng)化很少；同時(shí)由于翅片管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ， 翅片表面無(wú)法完全被濕潤(rùn) ， 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(jié)垢 ， 增加了熱阻 ， 所以僅靠翅片管上水的蒸發(fā)帶走的熱負(fù)荷很小 （ 約占總負(fù)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(nèi)大部分熱負(fù)荷 。 濕式空冷器僅適合于冷卻進(jìn)口溫度低于 70～ 75℃ （【 1】 、【 2】） 的熱流體 （ 如果熱介質(zhì)進(jìn)口溫度高于 80℃ 時(shí) ， 翅片管表面極易結(jié)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(shí)由于濕式空冷器要求噴霧化水 ， 所以其噴淋系統(tǒng)的噴嘴出水口很小 ， 一般為 ～ 1㎜ ， 使用中極易堵塞 ， 嚴(yán)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(jī)理決定了其冷卻效果均受環(huán)境氣溫影響較大 ， 氣溫波動(dòng) ， 風(fēng) 、 雨 、 日曬以及季節(jié)變化均會(huì)顯著地影響其冷卻性能 ， 故其操作彈性差 ， 在冬季還會(huì)引起管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)；由于空氣側(cè)膜系數(shù)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(duì)空冷器存在的上述問(wèn)題 ， 國(guó)外有關(guān)研究人員于二十世紀(jì)六十年代開(kāi)始了綜合空冷和水冷優(yōu)點(diǎn)的新型冷卻器 — 蒸發(fā)式冷卻器的理論和試驗(yàn)研究；我國(guó)研究人員也于二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始了相應(yīng)的研究開(kāi)發(fā)工作 。 二 ﹒ 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ? 表面蒸發(fā)型空冷式換熱器 （ 以下簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外近年來(lái)著力開(kāi)發(fā)的一種新型冷換設(shè)備 ， 是空冷技術(shù)的發(fā)展方向 。 ? 國(guó)外于二十世紀(jì)六十年代開(kāi)始了有關(guān)蒸發(fā)空冷的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)及其設(shè)計(jì)方法的研究工作 （【 3】 、 【 4】 、 【 5】 、 【 6】 、 【 7】 、 【 8】） ；文獻(xiàn) 【 3】首次提出了用管內(nèi)工藝流體與管外噴淋水之間的總傳熱系數(shù)以及管外表面噴淋水與空氣之間的以焓差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)來(lái)描述蒸發(fā)空冷的傳熱 、 傳質(zhì)模型 ， 并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究 ， 得出了計(jì)算蒸發(fā)空冷的傳熱傳質(zhì)系數(shù)的試驗(yàn)公式 。 文獻(xiàn) 【 4】 后來(lái)也提出了與文獻(xiàn) 【 3】 相類似的蒸發(fā)空冷的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)方法 。 文獻(xiàn) 【 5】 、 【 6】 按文獻(xiàn) 【 3】 提出的數(shù)學(xué)模型對(duì)解析法進(jìn)行了理論和試驗(yàn)探討 。 文獻(xiàn) 【 8】 提出了三種不同結(jié)構(gòu)型式的蒸發(fā)空冷芯子的設(shè)計(jì)方法 ，并以實(shí)例計(jì)算進(jìn)行方案比較 ， 得出的結(jié)論是通過(guò)適當(dāng)使用填料而不用翅片管增加傳質(zhì)面積 ， 即可大大提高光管蒸發(fā)空冷的冷卻性能 。 文獻(xiàn) 【 9】 介紹了如何正確使用閉路循環(huán)蒸發(fā)冷卻 ， 認(rèn)為與普通的開(kāi)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(fèi)用 ， 操作性好的優(yōu)點(diǎn) 。 ? 國(guó)外開(kāi)發(fā)研制出的蒸發(fā)空冷現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于壓縮機(jī)中間冷卻 、 透平引擎夾套水冷卻 、 潤(rùn)滑油冷卻和其他無(wú)機(jī)物水溶液冷卻；美國(guó) Brounder 造的蒸發(fā)空冷已用于許多大型硫酸廠 。 德國(guó) GEA公司 、 美國(guó) FES公司都在開(kāi)發(fā)研制蒸發(fā)空冷 ， 其產(chǎn)品主要用于制冷和空調(diào)系統(tǒng) 。 ? ? 我國(guó)在二十世紀(jì)八十年代初從國(guó)外引進(jìn)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(guó)內(nèi)開(kāi)始了有關(guān)蒸發(fā)空冷的開(kāi)發(fā)研制工作 。 文獻(xiàn) 【 10】介紹了哈爾濱空調(diào)機(jī)廠在 1985年仿制了一臺(tái)美國(guó) 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(tǒng)中的立式水冷器 （ 過(guò)熱氨氣冷凝器 ） ，并考慮了國(guó)內(nèi)氨壓縮機(jī)出口溫度高的情況 ， 將原引進(jìn)設(shè)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(duì)氨氣進(jìn)行預(yù)冷 。 并作了兩種冷卻方案的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比 ，采用蒸發(fā)空冷代替立式水冷器每年可節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用 。 文獻(xiàn) 【 11】 介紹了洛陽(yáng)石化工程公司針對(duì)蒸發(fā)空冷在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了三個(gè)試樣 、 多種工況的試驗(yàn) ， 對(duì)其傳熱性能進(jìn)行了研究 ， 對(duì)各種結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了篩選 ， 推導(dǎo)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(chǎn)品后冷的工藝要求 ， 分別進(jìn)行光管蒸發(fā)空冷和管殼式水冷器