【正文】 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的設(shè)計計算 ， 對兩種計算結(jié)果進(jìn)行了比較和分析；并和西安化工機(jī)械廠共同于 1987年研制了一臺蒸發(fā)空冷 ， 在長嶺煉油廠進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)定 （【 12】） 。 文獻(xiàn) 【 10】介紹了哈爾濱空調(diào)機(jī)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(tǒng)中的立式水冷器 （ 過熱氨氣冷凝器 ） ，并考慮了國內(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 ） ， 對氨氣進(jìn)行預(yù)冷 。 ? ? 我國在二十世紀(jì)八十年代初從國外引進(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 。 ? 國外開發(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 、 潤滑油冷卻和其他無機(jī)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 。 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)計方法 ，并以實(shí)例計算進(jìn)行方案比較 ， 得出的結(jié)論是通過適當(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) 【 4】 后來也提出了與文獻(xiàn) 【 3】 相類似的蒸發(fā)空冷的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計方法 。 二 ﹒ 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ? 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(nèi)外近年來著力開發(fā)的一種新型冷換設(shè)備 ， 是空冷技術(shù)的發(fā)展方向 。 ? 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 ， 風(fēng) 、 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(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 。 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 ， 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】） 。 噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器 （ 見圖 — 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 ， 它同時兼有增濕型濕式空冷器的優(yōu)點(diǎn) ， 我國目前煉油化工廠使用的濕式空冷器大多屬此型式 。 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 。 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(lián)合空冷器 。 五、表面蒸發(fā)式空冷器 ? 1. 概述 ? 2. 結(jié)構(gòu)型式 ? 3. 設(shè)計 ? 4. 工業(yè)應(yīng)用 第一節(jié) 概述 ?一、背景 ?二、國內(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 、 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 。 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 。 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 。 ? （ 7） 紊流式翅片管 ? 這一類翅片管形式很多 ， 其共同點(diǎn)就是通過對翅片本身結(jié)構(gòu)的改變 ， 使空氣流經(jīng)翅片時產(chǎn)生擾流 ， 破壞其邊界層 ， 以提高管外膜傳熱系數(shù) 。 ? 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． 管束的造價較高； ? C． 管束承受壓力較低 。 ? 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%。 ? （ ６ ） 橢圓型翅片管 ? 橢圓型翅片管是德國沿著一條完全獨(dú)立路線發(fā)展空冷器的主要特點(diǎn) ， 其最早發(fā)明者是德國的 GEA公司 。 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(nèi)外管緊密結(jié)合 ， 能長期保持高傳熱性能 。 經(jīng)過軋制內(nèi)外管子完全可以緊密結(jié)合在一起 。 它克服了 L型 、 LL型繞片管的缺點(diǎn) 。 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 。 ? 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 ， 造價高 。 ? （ 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 。 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(jié)合力及承受冷熱急變能力比Ｌ型和ＬＬ型翅片管好 。 制造時管子表面先經(jīng)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 。 傳熱性能也比Ｌ型略好 ， 其價格比Ｌ型略貴 。 空冷器國標(biāo)GB/T 1538694中規(guī)定 LL型翅片管的最高使用溫度為 170℃ 。所以Ｌ型繞片管適用于工作條件比較平穩(wěn) ， 溫度無突變的場合 ， 也不宜用于振動很大的場合；它耐大氣腐蝕性差 ， 在濕空冷中使用壽命很短 。 但由于鋁片是借纏繞的初始應(yīng)力緊固在鋼管表面 ， 因此其使用溫度較低 ， 一般為 120～ 160℃ ， 空冷器國標(biāo) GB/T 1538694中規(guī)定 L型繞片管最高使用溫度為 150℃ 。強(qiáng)化管外傳熱最有效的手段有兩種： ? a： 靠傳熱管外表面水膜的蒸發(fā)強(qiáng)化管外傳熱 — 表面蒸發(fā)式空冷器 ? b： 靠擴(kuò)展管外傳熱面積來強(qiáng)化管外傳熱 — 翅片管 （ 普通的干式和濕式空冷器 ） ? 翅片管是一種高效傳熱元件 ， 它代表著普通空冷器的主要特征 ， 是普通空冷器的核心和關(guān)鍵元件 ， 它的性能直接影響著普通空冷器的發(fā)展 ，在普通空冷器中翅片管的費(fèi)用約占管束總費(fèi)用的 60%以上 。 ? 增濕型和噴淋型濕空冷一般適用于管內(nèi)工藝流體入口溫度低于 80℃ 的低溫位介質(zhì)的冷凝或冷卻 ，理論上可使管內(nèi)熱流體冷卻到高于環(huán)境濕溫度5℃ 左右 。 噴淋型濕式空冷器由于采用立放管束 ， 管子為三角形排列 ， 其噴透性較差 ， 第二排后面的管子噴不上水 ， 而且翅片管水的成膜性差 ， 再加上其噴咀容易堵塞 ， 均嚴(yán)重影響濕式空冷器的冷卻效果 ， 而且其翅片管容易被腐蝕和結(jié)垢 ， 不僅縮短了濕空冷器使用壽命 ，而且影響其傳熱效率 。 ? b、 噴淋型濕空冷器： （ 管束立放橫排管 ） ? 其工作特點(diǎn)是在空氣入口處直接向翅片管管束上噴霧狀水 ， 使入口空氣增濕降溫；它主要依靠降低空氣入口溫度 ， 增大空氣入口溫度與管內(nèi)熱流體出口溫度之間的溫差來強(qiáng)化管外傳熱；同時直接噴淋到前排翅片管表面上水的蒸發(fā)也部分地強(qiáng)化管外傳熱；但由于翅片管表面水的成膜性差 ，立置管束的噴透性差等原因 ， 依靠翅片管表面水的部分蒸發(fā)帶走的熱量僅占總熱負(fù)荷中較小部分 。 增濕降溫的空氣經(jīng)過擋水板除去夾帶的水滴后橫掠翅片管束；它仍然完全依靠空氣溫升來冷卻或冷凝管內(nèi)熱流體 。其結(jié)構(gòu)、操作均較復(fù)雜。濕式空冷器根據(jù)其噴水方式可分為增濕型和噴淋型兩種． ? （ 3） 干濕聯(lián)合式空冷器 ? 干濕聯(lián)合式空冷器就是將干空冷和濕空冷器組合成一體，由于組合方法的不同，結(jié)構(gòu)形式也有多種變化。 其特點(diǎn)是操作簡單 ， 使用方便；但其管內(nèi)熱流體出口溫度取決于空氣干球溫度 ， 一般以不低于 55～ 65℃為宜 ， 而且熱流體出口溫度與設(shè)計氣溫之差不低于 15～ 20℃ ， 否則不經(jīng)濟(jì) 。 ? 空冷器按冷卻方式分為：干式空冷器 、 濕式空冷器 、 干濕聯(lián)合式空冷器以及表面蒸發(fā)式空冷器 。 ? 缺點(diǎn)：由于是自然對流 ， 空氣流速低 ，總的傳熱效率不如普通空冷器 ， 其一次性投資比普通空冷器高 ， 大約 44%。 冷卻方式 ? （ 3） 自然通風(fēng)式空冷器：自然通風(fēng)式空冷器是借管束上面的熱空氣和管束下面的冷空氣的密度差引起的空氣自然流動而帶走管內(nèi)熱量達(dá)到冷卻管內(nèi)熱流體的目的 ， 空氣的速度主要取決于風(fēng)筒的高度和通過管束及空氣的溫度 。 ? （ 3） 立式空冷器：管束立放 ， 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 、 占地面積小 ， 但管束中空氣分布不均勻 ， 易受外界自然風(fēng)的干擾 ， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 多用于濕空冷和干濕聯(lián)合空冷 。 ? （ 2） 斜頂式空冷器：管束斜放呈人字形 ， 夾角一般在60℃ 左右 ， 風(fēng)機(jī)置于管束下方空間的中央 。 ? 二、 普通空冷器的組成與結(jié)構(gòu) ? ? ? 圖 1 鼓風(fēng)式空冷器 圖 2 引風(fēng)式空冷器 （ a） 絲堵式管箱的管束 圖 3 管束及管箱的典型結(jié)構(gòu) （ b） 可卸蓋板式管箱的管束 c)可卸帽蓋式管箱的管束 d)集合管式管箱的管束 圖 4 典型的傳動機(jī)構(gòu) 圖 5 百葉窗的典型結(jié)構(gòu) 3. 普通空冷器型號的表示方法 ? 1） 管束 ? a. 型式與代號見表 1 ? 表 1 管束型式 （ 見圖 圖 2） 代號 管箱型式 （ 見圖 3） 代號 翅片管型式 代號 鼓風(fēng)式水平管束 GP 絲堵式管箱 S L型翅片管 L 斜頂管束 X 可卸蓋板式管箱 K1 雙 L型翅片管 LL 引風(fēng)式水平管束 YP 可卸帽蓋式管箱 K2 滾花型翅片管 KL 集合管式管箱 J 雙金屬軋制翅片管 DR 鑲嵌型翅片管 G b. 管束型號表示方法 ? 管程數(shù) ? 翅化比 /翅片管型式 ? 設(shè)計壓力 Mpa,管箱型式 ? 管束換熱面積 m2 ? 管排數(shù) ? 管束公稱尺寸 :長 寬 m ? 管束型式 c. 示例 ? ① 鼓風(fēng)式水平管束：長 9m、 寬 2m、 6排管；基管換熱面積 140m2； 設(shè)計壓力為 4Mpa； 可卸蓋板式管箱；鑲嵌式翅片管 ， 翅化比 ； Ⅵ 管程的管束型號為： ? GP9 2― 6― 140― 4K1― ― Ⅵ ? ② 斜頂管束：長 、 寬 3m、 4排管；基管換熱面積 ； 設(shè)計壓力為 ； 絲堵式管箱；雙LL型翅片管 ， 翅化比 ； Ⅰ 管程的管束型號為： ? 3― 4― ― ― ― Ⅰ 2） 風(fēng)機(jī) ? a. 型式與代號見表 2