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空气冷却器的总体设计

空气冷却器是利用空气作为冷却介质将工艺介质(热流)冷却到所需温度的设备。一般来说,工艺上低于120℃的介质的热量回收代价比较昂贵;或因热源的分散性和间歇性而难以综合利用,这部分热量,多用水冷器取走,或用空冷器排放到大气中。

空冷器的冷却方式:

工艺介质的冷凝冷却是在空气冷却器中实现的,冷却介质为空气。由于空气的比热容小,在标准状态下(20℃,标准大气压下)为1005J/kg。K,仅为水的四分之一。因此,若传热量相同,冷却介质的温升相同,则所需的空气量为水量的四倍。再考虑到空气的密度远小于水,则相对于水冷却器来说,空冷器的体积是很大的。冷外空冷器空气侧的传热系数很低,约为40-60w/(㎡。K),导致光管空冷器的总传热系数很低,较水冷器的传热系数约低10-30倍。为增强空气侧的传热性能,所以一般都采用扩张表面的翅片管,其翅化比大致为光管的10-24倍,大大正大了换热效率。

    空气冷却器和水冷却方式在经济的精确评定是有难度的,长期以来水冷和空冷的争论一直存在,但是随着全球水力资源的短缺和水质污染的加剧,空冷器的优越性愈来愈受到人们的注意,以空冷代替水冷的趋势将不断发展。

  空冷器和水冷气比较优势在于以下几点:

1,空气容易获得,成本低;

2,采用空冷器时,厂址选择可少受水源限制;

3,空气的腐蚀性低,不需要用特殊的措施;

4,由于空冷器空气侧的压力降低(仅为100-200pa),所以运行费用低;

5,空冷系统的运行费用低,一般为水冷的20%-30%;

6,空冷器不需要排放污水,因此对环境的污染小,起到环保低碳作用。

空冷器存在的缺点:

1,由于空气的比热容较小,干空冷的冷后温度一般应高于空气温度的15℃以上,否则会造成成本过高;

2,空气侧的传热系数低,所以空冷器的面积大;

3,空冷器的性能容易受环境温度的影响,如气温,雨雪,大风和冰雹等。

4,空冷器不能太靠近高大的建筑物,否者将会造成热风再循环,安装时应留有足够的空间;

5,空冷器要求特殊制造的翅片管;

针对空气冷却以上的优缺点,在进行空冷器工程的设计时应综合考虑一下因素:

1,节约耗能

空冷器是利用空气来取走热流热量的冷却设备,空气的传热取决于风量的大小和风温(环境温度)的高低。环境气温变化较大对空冷器的传热和操作才来不理的因素,也能影响到空冷器的能量消耗,但如果利用好气温的这一变化,选择适当的调节方式,不仅能稳定操作,而且能达到节能的目的。

2,工艺介质对终冷温度的要求   

       有些热流凝固点较高,在寒冷季节,介质的终冷温度至少也要大于介质凝固点15℃以上。终冷温度过低,既使是介质未达到凝固点,但因粘度过大,也会使流体难以输送和储存;有一些工艺介质温度降低时,会有晶体析出或出现固相沉淀物,容易堵塞冷却器管道和输送管道;对于某些含有大量水蒸汽气相冷凝和冷却,终冷温度过低,容易造成水蒸气凝液的结冰,堵塞或冻裂设备管道。所以,在上述各情况下使用空冷方案,必须要考虑采用适当的控制方案确保装置的安全运行。

3,工艺操作参数的变化

    这里主要是指热流流量变化的影响问题。当空冷器用于热流流量不稳定的装置中,或在一个开工周期内热流流量是在定期变化的工况,无论从节能考虑,还是确保介质终冷温度的要求,都需要良好地调节控制手段。

空气冷却器设计时应根据工况情况做综合考虑。

空冷器的总体设计是指空冷器的方案设计。总体设计时要根据用户提出的要求和空冷器的设计惯例考虑以下问题:

1,根据工艺介质的冷却要求及所建装置的水源,电力等情况,进行空冷和水灵的技术经济比较,以确定使用空冷器的合理性;

2,根据介质的终冷温度和过程特点(有无相变)环境条件,确定空冷器的型式,即确定采用干空冷,湿空冷,或是其他结构的空冷器;

3,初步估算工艺条件下所需的传热面积,选择空冷器的初步结构参数,如管束的尺寸,翅片管的规格,构架及风机的配套等等;

4,根据工艺介质的操作条件及物化性质,对空冷器参数进行初步估算。估算的内容包括管总传热系数及阻力降,有效平均温差,计算所需的换热面积,风机的动力消耗及增湿水耗等;

5,根据装置生产特点及工艺介质对操作的要求,综合考虑空冷的平面竖面布置及调节控制方案;

6,估算噪声是否满足相关标准的要求;

7,如果在寒冷地区还应该考虑防凝防冻的要求;

8,根据上述核算初步确定空冷器的总投资。

简而言之,空气冷却的总体设计,首先就是确定是否采用空冷器,接着就是确定空冷器的流程,结构部件,平面布置,控制调节方案等。

 

 

发布时间: 2012-09-07 16:12:40

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