空冷器的應(yīng)用與工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付秀昀

摘 要：空冷器， 具有占地面積小、操作簡單、耗電量低等特點(diǎn)， 得到了行業(yè)間的認(rèn)可。但它最大的特點(diǎn)是以空氣作為冷卻介質(zhì)， 相比傳統(tǒng)水冷器更加環(huán)保節(jié)能。它主要是利用空氣作為冷卻介質(zhì)，在工作過程中發(fā)揮作用。因此，本研究主要從空氣冷卻器著手，分別對(duì)空氣冷卻器的概述、空氣冷卻器的布置分析以及空氣冷卻器工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化三方面對(duì)其進(jìn)行探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：空氣冷卻器;工藝系統(tǒng);設(shè)計(jì)

前言：水資源短缺是人類社會(huì)面臨的共同問題國內(nèi)各行各業(yè)都使用自己的方式投入到節(jié)約用水、保護(hù)水資源的隊(duì)伍中科技手段得到了廣泛應(yīng)用?？绽淦髯鳛槿〈淦鲌?zhí)行冷卻任務(wù)的機(jī)器得到了人們認(rèn)可。因空氣與水相比具有可用量大、低腐蝕性、不需費(fèi)用隨時(shí)可取、隨時(shí)可用等優(yōu)點(diǎn)成為又一代可再生能源。由此可見，空氣冷卻器的發(fā)展前景十分光明。

1.空冷器概述

作為當(dāng)下較為常見的熱交換設(shè)備，空冷器是將空氣作為冷介質(zhì)進(jìn)行換熱，高溫介質(zhì)一般從管內(nèi)流通，通過換熱元器件與空氣形成對(duì)流熱交換，與傳統(tǒng)水冷卻相比，空冷器具有節(jié)水、環(huán)保的特點(diǎn)，可大幅降低工業(yè)廢氣廢水的排放，且設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本較低，其中干式空冷器具有占地小、投資少、操作簡單的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)下石化行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的空冷形式。雖然空氣冷卻器造價(jià)較高、工作中熱耗率也很高，但是從長遠(yuǎn)利益看，我國水資源日益緊張、水價(jià)不斷提高、而且受到環(huán)保要求的限制，使用空氣冷卻器不但 可以降低耗水量，也可以保護(hù)環(huán)境。因此，可以說使用空氣冷卻器是十分明智的，而且經(jīng)濟(jì)性較高。

空冷器的主體部分由矩形的管束組成， 管束由翅片管、管箱和框架組成，可以完整地在空冷器構(gòu)架上進(jìn)行裝折。每個(gè)管束有若干排三角形排列的管子， 該管子一般是翅片管， 也可以是光管。介質(zhì)的流向通常是逆流， 熱流體從管束頂端流入， 底部流出， 空氣由下向上流動(dòng)， 冷卻熱的工藝介質(zhì)。空氣冷卻器所用的取之不盡的空氣是由通風(fēng)機(jī)供給的，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管束外吹過，但是由于換熱所需的通風(fēng)量很大，而風(fēng)壓不高，故多采用軸流式通風(fēng)機(jī)。

2.空氣冷卻器的布置分析

空冷器是利用空氣冷卻管內(nèi)介質(zhì)的冷換設(shè)備，空冷器入口處的空氣溫度對(duì)其工作性能有很大影響，如果空冷器布置不當(dāng)，會(huì)造成空冷器入口氣溫高于環(huán)境氣溫，使傳熱溫差減少而降低傳熱能力。特別是在夏季，若出現(xiàn)這一情況，空冷器的冷卻效果將會(huì)受到很大的影響?？绽淦饕思胁贾迷诠芾然驑?gòu)架頂層。在工藝設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)進(jìn)行空冷設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)備布置的合理性?？绽淦鞯倪x型應(yīng)首先考慮將空冷器布置在管廊或構(gòu)架上的尺寸要求。為使布置合理，水平式空冷器建議采用管束長度為12m、9m、6m三種，斜頂式空冷器建議采用管束長度為6m，配合空冷器的構(gòu)架結(jié)構(gòu)尺寸為11. 5m×6m、8. 7m×6m、5. 7m×6m，這樣管廊尺寸可以定為11. 5m、8. 7m、5. 7m。為了保證布置合理，水平空冷器的本體方面，需要保證其構(gòu)架柱腳跨度與下部支撐吻合，這對(duì)管道走向、進(jìn)出口布置、平臺(tái)設(shè)計(jì)等均具有積極的影響，可提高下部支撐結(jié)構(gòu)受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要對(duì)管道布置的特殊性進(jìn)行分析，如塔頂和空冷器的管道連接中，需要考慮低布置的方法，避免“U”形結(jié)構(gòu)的發(fā)生，還要縮減管道長度、拐彎等狀況。在空冷器構(gòu)架的四周均要設(shè)800 ～ 1200mm 寬的連通平臺(tái)， 方便操作和檢修，進(jìn)出口管箱側(cè)設(shè)閥門時(shí)，平臺(tái)可適當(dāng)加寬。平臺(tái)高度一般低于管箱底面約 600 ～ 800mm，應(yīng)保證能操作到空冷器進(jìn)口管道上的閥門。為了減少或避免熱風(fēng)循環(huán)，在布置空冷器時(shí)應(yīng)根據(jù)夏季主要風(fēng)向合理地進(jìn)行全裝置的布置。在布置平面時(shí)應(yīng)注意： 在空冷器的全年最小頻率風(fēng)向上風(fēng)側(cè)20 ～ 25m范圍不應(yīng)有高于空冷器的建筑物、構(gòu)筑物或大型設(shè)備，以免阻礙空冷器的通風(fēng)，造成熱風(fēng)循環(huán)。另外，低溫流體的空冷器應(yīng)布置在上風(fēng)向，防止高溫流體空冷器的出口熱風(fēng)又被吹到下風(fēng)向的空冷器，造成熱風(fēng)循環(huán)。

3.空氣冷卻器的工藝設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該以技術(shù)改進(jìn)為基礎(chǔ)，通過科學(xué)技術(shù)融合，展示出現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色;在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)處理中，應(yīng)該注重對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析，只有在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中要求基礎(chǔ)上進(jìn)行空氣冷卻器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色，為空氣冷卻器設(shè)計(jì)優(yōu)化奠定基礎(chǔ);在空氣冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)踐中，應(yīng)該將標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)與零部件設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)合，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)特色。

管束結(jié)構(gòu)空氣冷卻器是在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中形成的一種新型空氣冷卻器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中，能夠通過管束結(jié)構(gòu)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)器件運(yùn)行方式改進(jìn)。就當(dāng)前市場(chǎng)上較為常見的管束結(jié)構(gòu)空氣冷卻器來看，在管束結(jié)構(gòu)空氣冷卻器設(shè)計(jì)中，需要對(duì)管束側(cè)梁、管束進(jìn)出口、管束絲堵以及管束翅片管作出分析。管束換熱面積隨管排數(shù)量的增加，當(dāng)管束換熱面積固定不變時(shí)可以通過管排數(shù)的增加來降低制造費(fèi)用。但是隨著管排數(shù)量的增加，管束的空氣阻力和風(fēng)機(jī)的消耗功率也會(huì)增加。因此，降低制造費(fèi)用的同時(shí)卻會(huì)導(dǎo)致空冷器費(fèi)用的增加。所以，管排數(shù)的設(shè)計(jì)需要結(jié)合多方面因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的調(diào)整。管程數(shù)的選擇同樣需要結(jié)合多方面因素合理設(shè)計(jì)， 既要依據(jù)實(shí)際工藝設(shè)計(jì)的具體需求進(jìn)行詳細(xì)分析，又要結(jié)合管內(nèi)介質(zhì)流速、內(nèi)膜導(dǎo)熱系數(shù)以及管內(nèi)阻力等實(shí)際要求進(jìn)行綜合考慮。由于在管束結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，能夠通過翅片管鑲嵌處理，將整個(gè)結(jié)構(gòu)控制中的方式做好調(diào)整。因此，為了能夠更好地針對(duì)空氣冷卻器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要按照結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)。對(duì)于溫式空冷器應(yīng)用和改進(jìn)就是較為重要的一項(xiàng)措施，通過壓縮后的空氣優(yōu)化方式處理后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，能夠在翅片管鑲嵌應(yīng)用中，提升空氣冷卻器的最大撓度;且在溫式空冷器結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)中，能夠?qū)苁鴥?nèi)部壓力傳輸值做好設(shè)計(jì)，最大傳輸值能夠達(dá)到1.57MPa，這對(duì)于空氣冷區(qū)器應(yīng)用和壓縮處理而言是非常重要的。

4.結(jié)語

在空氣冷卻器工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要按照現(xiàn)有設(shè)計(jì)研究中的要求進(jìn)行冷卻器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，有效地掌握空氣冷卻器設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)改進(jìn)需求，并且能夠按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理要求，及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。只有空冷器在實(shí)際工藝設(shè)計(jì)中將所有因素綜合考慮合理分析后，才能設(shè)計(jì)出有效、實(shí)用、符合現(xiàn)代社會(huì)要求的系統(tǒng)設(shè)備。

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