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空冷器基本知识
空冷器基本知识
在石油化工生产中,工艺介质的冷却通常用水冷器,用得最多的冷却器是空冷器。
现将空冷器的基本知识简介如下:
一、空冷器型号的意义
1.管束型号的解释
例:
P9*3-4-13-1.575-23。
4/GJ-Ⅱa
表示:
水平式管束长9m,宽3m,4 排翅片管,光管面积为130m2,设计压力为1.57Mpa,丝堵型管箱,翅化比23.4GJ型翅片管,二管程,光滑面密封。
2.
构架型号的解释
风机直径×102mm/数量
A:
构架开式;B:
闭式
构架公称尺寸:
长×宽(m)
构架型式:
JP水平式;JXT斜顶式;JS湿立式;JSL干、湿联合式;JSLX湿立斜失
例:
JP9*6B-36/2
表示:
水平式构架,公称尺寸为9m,宽6m,闭式,风机直径3600mm,风机2台。
3.风机型号的解释
电机功率(kw)
风机转动方式:
a~k
风机叶片数
叶片型式:
B标准型;C加宽型;
W宽型
叶片直径:
×102mm
风量调节方式:
SF停机手调式;
BF半自调式;
ZF自动调节式
通风方式G鼓风式;Y引风式
例:
G-SF36B4-K22
鼓风式,停机手调式风机,叶轮直径3600mm,B型时片,4叶,K式行动,电机功率22KW。
4.百叶窗型号的解释
公称尺寸(长×宽)(m)
百叶窗C
调节型式:
S手调;Z自调
例:
SC6*3
手动调节百叶窗,公称尺寸长6m,宽3m。
5.喷水装置型号的解释
喷水装置代号及公称尺寸(m)
例:
PS6*3
表示:
喷水装置公称尺寸:
长6m,宽3m.
6.全套“空气冷却器”型号
喷水装置型号/台数(干空冷无此单元)
百叶窗型号/台数
构架型号/台数
风机型号/台数
管束型号/台数
通风方式:
引风Y;鼓风G
例:
表示:
a.鼓风式。
a.水平式管束9*3(m)1片
9*2(m)1片
b.B型叶片4叶,手调风机,直径3.6m/2台
c.水平式构架9*5(m)1套
d.手动百叶窗9*3(m)1片
9*2(m)1片。
二、空冷器的类型
1.基本部件
空冷器一般由管束、百叶窗、冷却用轴流风机、管箱以及构架等部件组成。
详见图2.4.12。
图2.4.12空气冷却器基本结构
2.分类
空冷器通常按以下几种形式进行分类:
(1)按管束布置方式分为:
立式、水平式、圆环式、斜顶式(人字式)、V字式、之字式以及多边形等式,如图2.4.13所示。
(2)
按通风方式分为:
鼓风式、引风式和自然通风式。
如图2.4.14所示。
不同方式或型式根据工艺要求可以单独使用,也可采用几种型式进行是优组合联合使用。
三、结构型式及其应用
1.管束布置型式
管束布置型式虽有多种,但在炼油厂和石油化工厂中应用最多的是水平式,其次是斜顶式、立式和圆环式。
水平式空冷器 管束为水平放置,但作冷凝器时,为防止冷凝液停留在管中,管子应有3°或1%的倾斜。
百叶窗置于管束上方,风机置于(鼓风)或上方(引风),见图2.4.13(a),(b)。
特点是:
管子清晰、整齐,适于多单元组合;传热面积、管束长度不受限制;造价比斜顶式大约低0.5%;管内热流体和管外空气分布比较均匀。
新建的大型炼油厂一般都倾向采用此种型式。
2.通风方式
采用何种通风方式,乃是空冷器设计者首先考虑的问题。
从空冷器的发展史上看,最早的空冷器是靠自然通风,也称无风机空冷器。
它的最大优点是不消耗动力、无噪声,但热负荷小,散热效率低。
目前在石油化工业用的主要是鼓风式和引风式两种。
(1)鼓风式空冷器
优点:
✧风机和传动机构不与热空气接触,结构材料可不考虑温度的影响,使用寿命较长;
✧结构简单,便于维护保养;
✧比较容易设置多个空冷器单元。
缺点:
✧气流经过底排管束的速度大,压力损失大,虽然可以强化传热,但气流分布不均匀。
✧管束暴露于大气中,翅片管易被雪、雨侵袭而损伤、弄脏或腐蚀;
✧在特殊气侯条件下,(如暴风雨,冰雹等)管内热流体的出口温度不易得到精确控制,操作波动大;
✧热空气离开管束时,流速较低,有可能产生热风再循环现象。
(2)引风式空冷器
优点:
✧风扇和风筒对管束有屏蔽作用,能减少暴风雨及烈日对管束的直接影响,有利于温度的控制;
✧经风机排出的热风流速较高,约为入速度的2.5倍,故热风再循环的可能性大为减少;
✧进入管束的气流分布较均匀,空气压降稍有降低;
✧风筒具有一定的吸风作用,能促进空气进行自然对流,因而可减少动力消耗;
✧因为风机安装位置较高,所以平台处噪声较低,如中心走廊处的噪声比鼓风式的约低3分贝(A)左右;
✧占地面积小,因为管束下面的走廊可安装其他设备,如管线、泵等。
缺点
✧风机位于管束之上,受热空气作用,叶片和轴承需要有较好的耐热性能,一般要求风机出口温度不超过120℃;
✧为防止空载时的超负荷,风机要有一定的余量[2];
✧风机及传动机构的维修保养较为麻烦
3.冷却方式
(1)干式空冷器 就是常规空冷器,操作简单,使用方便,但由于其冷却温度取决于空气的干球温度,其接近温差(热流出口温度-冷流入口温度)高于15-20℃才经济,所以不能把管内热流体冷却到环境温度。
(2)湿式空冷器 为了弥补干空冷的缺点,出现了湿式空泠。
湿式空冷器综合了空冷和水冷的优点。
湿空冷器根据喷水方式基本上可分为增湿型、蒸发喷淋型和湿面型三种。
在石油化工厂应用,以前两种为主。
一般都可把热液化出口温度冷却到接近甚至稍低于环境温度。
✧喷淋蒸发型湿式空冷器
这种空冷器是直接在管束上喷雾状水,由于水的蒸发和空气被增湿降温而强化传热。
它同时兼有增湿空冷器的优点。
✧湿面式空冷器
湿面空冷器是光管组成的一种空冷装置,它可以把内流体温度降到大气温度,并可避免管子腐蚀,在经济和效能方面也优于干式空冷器。
湿面空冷器的管束是由水平的或稍微倾斜的光管组成,呈三角形排列。
根据管内流体的要求,可用单程或多程。
由于空气总是从管束上面向下流动,所以管内流体最好自下而上流动,以便逆流换热。
湿面空冷器的投资和占地面积均比列管式换热器少,动能消耗约少1/3左右。
(3)干、湿联合空冷器
所谓干湿联合空冷器,就是将干空冷器和湿空冷器组合成一体,由于组合方法的不同,结构形式也有多种变化,但其组合的原则基本相同,一般在工艺流体的高温区域用干空冷器,在低温区域用湿空冷器,即干空冷器起气体冷凝的作用,湿空冷器起冷凝液过冷的作用。
✧立放管束联合 如图2.4.15所示。
这种结构的管束立放,喷水系统介于两管束之间,热流体先经过干空冷器,经冷却后再进入湿空冷器继续过冷、由于干、湿空冷器并列,所以结构紧凑,但热流体的流向不太理想,管内阻力降大。
✧横放管束联合 如图2.4.16所示。
这种结构为管束横放,喷水系统亦介于两管束之间,热流体首先进入由增湿空气冷却的干空冷器,然后再进入湿空冷器继续过冷。
喷水方向与空气流动方向相反。
结构紧凑,占地面积小。
上述两种结构都采用回转喷嘴,适用热负荷较小的装置。
4.风机型式:
项目
类别
说明
(1)运行方式
(1)鼓风式
(2)引风式
空气先经过风机再至管束
空气先经过管束再至风机
(2)调节方式
(1)调角方式
(2)调速方式
停机手调,运转中手调,运转中以压缩空气遥控或以仪表自控
运转中遥控或以仪表自控
(3)联接方式
(1)直接传动
(2)齿轮传动
(3)皮带轮传动
效率最高,适用于调速控制风机
运动可靠,效率较高,构造较复杂,噪声较大
效率略低,构造较简单,噪声忽略不计,但皮带需更换
四、空冷器的主要构造部件
(1)整体型式
空冷器的整体型式有干式、湿式和干-湿联合式三类。
图2.4.17空冷器整体型式图
(2)管束
空冷器的管束都是用翅片管,翅片管分为低翅片管和高翅片管两大类。
(3)管箱的种类
有丝堵式管箱、法兰式管箱、全焊接式管箱、集管式管箱四种类型。
(4)构架
✧水平式构架:
分为鼓风式水平构架和引风式水平构架。
✧斜顶式构架。
✧湿式构架。
✧干-湿联合式构架。
五、传热方程
热负荷的计算,是根据热流式况作热平衡计算,得出该过程所需要的冷却热负荷量,但是可以考虑留有10%左右的余量。
1.冷却过程的热负荷
气体、液体或气液混相冷却过程的热负荷计算如下:
QR=Wi[yi(Hg1-Hg2)+(1-y1)*(HL1-HL2)]
式中:
QR—热流冷却的热负荷,w;
Wi—管内介质重量流率,Kg/时;
Hg1、Hg2—气相进出口热焓,kj/kg
HL1、HL2—液相进出口热焓,kj/kg
Y1—进口处气相分率,重%。
2.冷凝冷却过程的热负荷
QR=Wi[yi((1-y1)HL1+y1Hg1)-(1-y2)HL2-y2Hg2]]
式中:
y2—出口处气相分率,重%。
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