于洋

摘 要：空氣與水相比，其優(yōu)點人人可見，資源充足、隨處可取、隨時可用、低腐蝕性、不需費用等等，由于空氣的這些優(yōu)點，在水資源日漸匱乏的今天，空冷器取代水冷器已經(jīng)成為必然趨勢。文章將對空冷器的工藝設(shè)計做簡要介紹，以幫助讀者對空冷器有一個初步的了解和認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：凝汽器；空冷凝汽器；空冷器

前言

倡導(dǎo)節(jié)能以及使用綠色能源，已經(jīng)成為當(dāng)今社會的主題，隨著人口和建筑面積的增長，我國水資源緊缺的問題也隨之加重，各個行業(yè)如何采取有效的手段進(jìn)行節(jié)水，是當(dāng)前亟待解決的問題。

1 空冷器簡介

空冷器由于其冷卻介質(zhì)的特點，使其成為當(dāng)今節(jié)約水資源、保護自然環(huán)境少受破壞的重要手段。近年來，空冷器在發(fā)電行業(yè)、化工行業(yè)、冶煉行業(yè)都得到了廣泛的使用。下圖1即為空冷器的基本結(jié)構(gòu)。

由圖可見，空冷器是由管束、百葉窗、構(gòu)架、風(fēng)箱、風(fēng)機以及梯子、平臺等附件構(gòu)成。其中，管束是由管箱、翅片管、換熱管、支架梁等構(gòu)成。

2 空冷器的工藝設(shè)計

2.1 管束的工藝設(shè)計

空冷器的管束在工藝設(shè)計上要符合以下要求：①為可整體安裝與拆卸，以益于后期的保養(yǎng)及維護，管束要設(shè)計成獨立的結(jié)構(gòu)；②要設(shè)計有預(yù)防翅片管束熱脹的對策；③管束在構(gòu)架上的橫向位置，要么保證兩邊各有六毫米的移動量，要么保證其中一邊有十二毫米的移動量；④位于最下面一排的翅片管束，要設(shè)計有支持梁，并且要與管束側(cè)量相固定；⑤單管程管束的翅片管束要設(shè)計成向出口方向傾斜，多管程的不需設(shè)計傾斜；⑥管束中導(dǎo)致空氣旁流的大于十毫米的間隙，要設(shè)計有擋風(fēng)件，并要固定。

2.2 風(fēng)機的工藝設(shè)計

由于風(fēng)機在空冷器傳導(dǎo)熱量中起著重要的作用，因此，風(fēng)機性能的好壞決定著空冷器性能的好壞?？绽淦鲗嶋H工作中是需大風(fēng)量、低壓力，所以在風(fēng)機的選擇上一般使用低壓軸流風(fēng)機，軸流風(fēng)機的結(jié)構(gòu)包絡(luò)葉輪、傳動裝置、驅(qū)動裝置、風(fēng)圈、防護網(wǎng)和支架等。自動調(diào)角風(fēng)機還有一套復(fù)雜的自調(diào)裝置。

空冷器的風(fēng)機在運行上有兩種模式：鼓風(fēng)式和引風(fēng)式，在工藝設(shè)計上要滿足以下基本要求：①風(fēng)機的葉片要具有互換性；②風(fēng)機軸承的額定壽命要大于五萬時，并且風(fēng)機軸承要密封；③風(fēng)機的葉尖速度要小于62米每秒；④輪轂上要設(shè)計有防空氣倒流的裝置；⑤風(fēng)機對管排中心線的擴散角要小于等于45度。

2.3 翅片管的工藝設(shè)計

翅片管是空冷器的核心部件，對空冷器的冷凝效果起決定性作用。翅片管的種類有很多，至少會有幾十種，但是常被使用的只有單排管、L型及雙L型翅片管、鑲嵌式翅片管、滾花型翅片管、橢圓管套矩形翅片管、板片式翅片管幾種。

空冷器的翅片管在工藝設(shè)計上有如下要求：①傳熱性、耐熱性、抗腐蝕性要好；②抗熱沖擊力性要好；③要有較強的管內(nèi)耐壓能力；④較小的空氣側(cè)阻力；⑤良好的抗機械振動能力；⑥要便于清理，有較低的生產(chǎn)成本和維護費用。翅片管基管管壁在各壓力下應(yīng)滿足的厚度，見下表1；

2.4 管排數(shù)與管程數(shù)的工藝設(shè)計

科學(xué)合理的設(shè)計管排數(shù)可以降低空冷器的投資和操作成本，提高經(jīng)濟性。排管數(shù)的增加，將使換熱面積增加，當(dāng)管束換熱面積一定時，制造費用隨管排束的增加而降低，但是當(dāng)管排數(shù)增加時，管束空氣阻力和風(fēng)機消耗功率也會隨著增加，最后導(dǎo)致空冷器費用增加。所以，在實際設(shè)計中，管排數(shù)的選擇是需要綜合各方面的因素而確定，當(dāng)換熱面積小時，可用較少的管排數(shù)；當(dāng)可用占地面積較小時，可增加管排數(shù)。另外，通常采用增加管束長度的方式來減少管排數(shù)。對于管排數(shù)的選擇，可參考下表2。

管程數(shù)的選擇取決于管內(nèi)介質(zhì)的流速和壓降。如果管程數(shù)較多，在增加管內(nèi)流速和內(nèi)膜導(dǎo)熱系數(shù)的同時管內(nèi)阻力也會跟著增加；相反，如果管程數(shù)較少，管內(nèi)換熱系數(shù)和壓降都隨之降低。所以，管程數(shù)的選擇要綜合考慮管內(nèi)介質(zhì)流速、內(nèi)膜導(dǎo)熱系數(shù)以及管內(nèi)阻力等實際要求，要依據(jù)工藝設(shè)計的具體需求詳細(xì)分析。

2.5 空冷器工藝設(shè)計中其它要求

（1）當(dāng)被送去空冷器的冷凝物質(zhì)是氣液兩相流時，管線設(shè)計必須要對稱，以符合氣液兩相流對管線的要求，確保氣液能夠被均勻的分布到各個管束。（2）當(dāng)空冷器管口數(shù)量小于四時，空冷器進(jìn)出口管線使用同程式布置；當(dāng)集合管的管口為4 - 6 個時，從集合管中間進(jìn)料；出口管也同樣設(shè)計；當(dāng)管口數(shù)量大于六時，6個管口設(shè)計成一個集合管，確保流量被均勻分配。（3）集合管的截面積應(yīng)按與其聯(lián)接的各支管截面積之和的1.5 倍考慮。（4）當(dāng)使用閥門來調(diào)節(jié)流入空冷器的流量時，管線可以不用對稱布置，但是管內(nèi)要有足夠的壓降，并要采用旋塞或碟閥來調(diào)節(jié)流量。在確保流量被均勻分配上，閥門控制的效果遠(yuǎn)不及管線對稱布置可靠，因此除非必須，盡量不選用閥門調(diào)節(jié)流量的分配。（5）空冷器進(jìn)出口管線上一般不設(shè)置切斷閥。（6）在嚴(yán)寒氣溫環(huán)境下，為防止工藝介質(zhì)由于低溫被凍結(jié)，可以在風(fēng)機的進(jìn)風(fēng)口加設(shè)加熱排管，也可以采用部分循環(huán)風(fēng)的方式避免介質(zhì)被凍結(jié)，也就是要控制一定數(shù)量的排出熱空氣再次進(jìn)入空冷器的進(jìn)風(fēng)口。

3 結(jié)束語

在工業(yè)上冷卻的方式有兩種，水冷和空冷，水冷需要配備一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，不僅增加了投產(chǎn)成本還增加維護成本，設(shè)備運行中能源的消耗直接影響到企業(yè)的產(chǎn)品成本?？绽淦鬏^之水冷具有節(jié)約水資源、節(jié)省投資成本及維護成本、降低環(huán)境破壞和污染等優(yōu)點，在大力提倡綠色、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保的今天，空冷器的使用會越來越被推崇。因此，在實際工藝設(shè)計中要綜合各種因素，全面考慮，以設(shè)計出更為經(jīng)濟、合理、適用的空冷器，確保能源的節(jié)約和經(jīng)濟的增長。

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