空冷器的應用與工藝系統設計

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， 得到了行業間的認可。但它最大的特點是以空氣作為冷卻介質， 相比傳統水冷器更加環保節能。它主要是利用空氣作為冷卻介質，在工作過程中發揮作用。因此，本研究主要從空氣冷卻器著手，分別對空氣冷卻器的概述、空氣冷卻器的布置分析以及空氣冷卻器工藝系統設計優化三方面對其進行探討，以供參考。

關鍵詞：空氣冷卻器;工藝系統;設計

前言：水資源短缺是人類社會面臨的共同問題國內各行各業都使用自己的方式投入到節約用水、保護水資源的隊伍中科技手段得到了廣泛應用。空冷器作為取代水冷器執行冷卻任務的機器得到了人們認可。因空氣與水相比具有可用量大、低腐蝕性、不需費用隨時可取、隨時可用等優點成為又一代可再生能源。由此可見，空氣冷卻器的發展前景十分光明。

1.空冷器概述

作為當下較為常見的熱交換設備，空冷器是將空氣作為冷介質進行換熱，高溫介質一般從管內流通，通過換熱元器件與空氣形成對流熱交換，與傳統水冷卻相比，空冷器具有節水、環保的特點，可大幅降低工業廢氣廢水的排放，且設備運營維護成本較低，其中干式空冷器具有占地小、投資少、操作簡單的優勢，是當下石化行業中應用最為廣泛的空冷形式。雖然空氣冷卻器造價較高、工作中熱耗率也很高，但是從長遠利益看，我國水資源日益緊張、水價不斷提高、而且受到環保要求的限制，使用空氣冷卻器不但 可以降低耗水量，也可以保護環境。因此，可以說使用空氣冷卻器是十分明智的，而且經濟性較高。

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架上進行裝折。每個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， 冷卻熱的工藝介質。空氣冷卻器所用的取之不盡的空氣是由通風機供給的，熱流體在管內流動，空氣在管束外吹過，但是由于換熱所需的通風量很大，而風壓不高，故多采用軸流式通風機。

2.空氣冷卻器的布置分析

空冷器是利用空氣冷卻管內介質的冷換設備，空冷器入口處的空氣溫度對其工作性能有很大影響，如果空冷器布置不當，會造成空冷器入口氣溫高于環境氣溫，使傳熱溫差減少而降低傳熱能力。特別是在夏季，若出現這一情況，空冷器的冷卻效果將會受到很大的影響。空冷器宜集中布置在管廊或構架頂層。在工藝設計過程中，當進行空冷設備選型時，應考慮設備布置的合理性。空冷器的選型應首先考慮將空冷器布置在管廊或構架上的尺寸要求。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，配合空冷器的構架結構尺寸為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，需要保證其構架柱腳跨度與下部支撐吻合，這對管道走向、進出口布置、平臺設計等均具有積極的影響，可提高下部支撐結構受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要對管道布置的特殊性進行分析，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”形結構的發生，還要縮減管道長度、拐彎等狀況。在空冷器構架的四周均要設800 ～ 1200mm 寬的連通平臺， 方便操作和檢修，進出口管箱側設閥門時，平臺可適當加寬。平臺高度一般低于管箱底面約 600 ～ 800mm，應保證能操作到空冷器進口管道上的閥門。為了減少或避免熱風循環，在布置空冷器時應根據夏季主要風向合理地進行全裝置的布置。在布置平面時應注意： 在空冷器的全年最小頻率風向上風側20 ～ 25m范圍不應有高于空冷器的建筑物、構筑物或大型設備，以免阻礙空冷器的通風，造成熱風循環。另外，低溫流體的空冷器應布置在上風向，防止高溫流體空冷器的出口熱風又被吹到下風向的空冷器，造成熱風循環。

3.空氣冷卻器的工藝設計

在結構設計中，應該以技術改進為基礎，通過科學技術融合，展示出現有結構設計特色;在結構優化設計處理中，應該注重對結構設計標準分析，只有在相關標準中要求基礎上進行空氣冷卻器結構優化設計，才能提升結構設計特色，為空氣冷卻器設計優化奠定基礎;在空氣冷卻器結構設計工作實踐中，應該將標準化生產與零部件設計開發結合，進而提升結構優化設計特色。

管束結構空氣冷卻器是在當前科學技術發展中形成的一種新型空氣冷卻器設計結構，在該種結構設計和應用過程中，能夠通過管束結構改進結構設計，實現整個器件運行方式改進。就當前市場上較為常見的管束結構空氣冷卻器來看，在管束結構空氣冷卻器設計中，需要對管束側梁、管束進出口、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量的增加，當管束換熱面積固定不變時可以通過管排數的增加來降低制造費用。但是隨著管排數量的增加，管束的空氣阻力和風機的消耗功率也會增加。因此，降低制造費用的同時卻會導致空冷器費用的增加。所以，管排數的設計需要結合多方面因素進行合理設計。結合實際情況做相應的調整。管程數的選擇同樣需要結合多方面因素合理設計， 既要依據實際工藝設計的具體需求進行詳細分析，又要結合管內介質流速、內膜導熱系數以及管內阻力等實際要求進行綜合考慮。由于在管束結構優化設計中，能夠通過翅片管鑲嵌處理，將整個結構控制中的方式做好調整。因此，為了能夠更好地針對空氣冷卻器結構優化設計，需要按照結構優化設計要求，進行相關結構改進。對于溫式空冷器應用和改進就是較為重要的一項措施，通過壓縮后的空氣優化方式處理后，在整個結構優化設計中，能夠在翅片管鑲嵌應用中，提升空氣冷卻器的最大撓度;且在溫式空冷器結構優化改進中，能夠對管束內部壓力傳輸值做好設計，最大傳輸值能夠達到1.57MPa，這對于空氣冷區器應用和壓縮處理而言是非常重要的。

4.結語

在空氣冷卻器工藝系統設計中，需要按照現有設計研究中的要求進行冷卻器結構優化設計分析，有效地掌握空氣冷卻器設計中的結構改進需求，并且能夠按照結構設計處理要求，及時進行結構優化設計。只有空冷器在實際工藝設計中將所有因素綜合考慮合理分析后，才能設計出有效、實用、符合現代社會要求的系統設備。

參考文獻：

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