空冷器工藝探討

于洋

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

關鍵詞：凝汽器；空冷凝汽器；空冷器

前言

倡導節能以及使用綠色能源，已經成為當今社會的主題，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，各個行業如何采取有效的手段進行節水，是當前亟待解決的問題。

1 空冷器簡介

空冷器由于其冷卻介質的特點，使其成為當今節約水資源、保護自然環境少受破壞的重要手段。近年來，空冷器在發電行業、化工行業、冶煉行業都得到了廣泛的使用。下圖1即為空冷器的基本結構。

由圖可見，空冷器是由管束、百葉窗、構架、風箱、風機以及梯子、平臺等附件構成。其中，管束是由管箱、翅片管、換熱管、支架梁等構成。

2 空冷器的工藝設計

2.1 管束的工藝設計

空冷器的管束在工藝設計上要符合以下要求：①為可整體安裝與拆卸，以益于后期的保養及維護，管束要設計成獨立的結構；②要設計有預防翅片管束熱脹的對策；③管束在構架上的橫向位置，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，要設計有支持梁，并且要與管束側量相固定；⑤單管程管束的翅片管束要設計成向出口方向傾斜，多管程的不需設計傾斜；⑥管束中導致空氣旁流的大于十毫米的間隙，要設計有擋風件，并要固定。

2.2 風機的工藝設計

由于風機在空冷器傳導熱量中起著重要的作用，因此，風機性能的好壞決定著空冷器性能的好壞。空冷器實際工作中是需大風量、低壓力，所以在風機的選擇上一般使用低壓軸流風機，軸流風機的結構包絡葉輪、傳動裝置、驅動裝置、風圈、防護網和支架等。自動調角風機還有一套復雜的自調裝置。

空冷器的風機在運行上有兩種模式：鼓風式和引風式，在工藝設計上要滿足以下基本要求：①風機的葉片要具有互換性；②風機軸承的額定壽命要大于五萬時，并且風機軸承要密封；③風機的葉尖速度要小于62米每秒；④輪轂上要設計有防空氣倒流的裝置；⑤風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要有較強的管內耐壓能力；④較小的空氣側阻力；⑤良好的抗機械振動能力；⑥要便于清理，有較低的生產成本和維護費用。翅片管基管管壁在各壓力下應滿足的厚度，見下表1；

2.4 管排數與管程數的工藝設計

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

管程數的選擇取決于管內介質的流速和壓降。如果管程數較多，在增加管內流速和內膜導熱系數的同時管內阻力也會跟著增加；相反，如果管程數較少，管內換熱系數和壓降都隨之降低。所以，管程數的選擇要綜合考慮管內介質流速、內膜導熱系數以及管內阻力等實際要求，要依據工藝設計的具體需求詳細分析。

2.5 空冷器工藝設計中其它要求

（1）當被送去空冷器的冷凝物質是氣液兩相流時，管線設計必須要對稱，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）當空冷器管口數量小于四時，空冷器進出口管線使用同程式布置；當集合管的管口為4 - 6 個時，從集合管中間進料；出口管也同樣設計；當管口數量大于六時，6個管口設計成一個集合管，確保流量被均勻分配。（3）集合管的截面積應按與其聯接的各支管截面積之和的1.5 倍考慮。（4）當使用閥門來調節流入空冷器的流量時，管線可以不用對稱布置，但是管內要有足夠的壓降，并要采用旋塞或碟閥來調節流量。在確保流量被均勻分配上，閥門控制的效果遠不及管線對稱布置可靠，因此除非必須，盡量不選用閥門調節流量的分配。（5）空冷器進出口管線上一般不設置切斷閥。（6）在嚴寒氣溫環境下，為防止工藝介質由于低溫被凍結，可以在風機的進風口加設加熱排管，也可以采用部分循環風的方式避免介質被凍結，也就是要控制一定數量的排出熱空氣再次進入空冷器的進風口。

3 結束語

在工業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系統，不僅增加了投產成本還增加維護成本，設備運行中能源的消耗直接影響到企業的產品成本。空冷器較之水冷具有節約水資源、節省投資成本及維護成本、降低環境破壞和污染等優點，在大力提倡綠色、經濟、節能、環保的今天，空冷器的使用會越來越被推崇。因此，在實際工藝設計中要綜合各種因素，全面考慮，以設計出更為經濟、合理、適用的空冷器，確保能源的節約和經濟的增長。

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