空冷器的应用与工艺系统设计

付秀昀

摘 要：空冷器， 具有占地面积小、操作简单、耗电量低等特点， 得到了行业间的认可。但它最大的特点是以空气作为冷却介质， 相比传统水冷器更加环保节能。它主要是利用空气作为冷却介质，在工作过程中发挥作用。因此，本研究主要从空气冷却器着手，分别对空气冷却器的概述、空气冷却器的布置分析以及空气冷却器工艺系统设计优化三方面对其进行探讨，以供参考。

关键词：空气冷却器;工艺系统;设计

前言：水资源短缺是人类社会面临的共同问题国内各行各业都使用自己的方式投入到节约用水、保护水资源的队伍中科技手段得到了广泛应用。空冷器作为取代水冷器执行冷却任务的机器得到了人们认可。因空气与水相比具有可用量大、低腐蚀性、不需费用随时可取、随时可用等优点成为又一代可再生能源。由此可见，空气冷却器的发展前景十分光明。

1.空冷器概述

作为当下较为常见的热交换设备，空冷器是将空气作为冷介质进行换热，高温介质一般从管内流通，通过换热元器件与空气形成对流热交换，与传统水冷却相比，空冷器具有节水、环保的特点，可大幅降低工业废气废水的排放，且设备运营维护成本较低，其中干式空冷器具有占地小、投资少、操作简单的优势，是当下石化行业中应用最为广泛的空冷形式。虽然空气冷却器造价较高、工作中热耗率也很高，但是从长远利益看，我国水资源日益紧张、水价不断提高、而且受到环保要求的限制，使用空气冷却器不但 可以降低耗水量，也可以保护环境。因此，可以说使用空气冷却器是十分明智的，而且经济性较高。

空冷器的主体部分由矩形的管束组成， 管束由翅片管、管箱和框架组成，可以完整地在空冷器构架上进行装折。每个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。介质的流向通常是逆流， 热流体从管束顶端流入， 底部流出， 空气由下向上流动， 冷却热的工艺介质。空气冷却器所用的取之不尽的空气是由通风机供给的，热流体在管内流动，空气在管束外吹过，但是由于换热所需的通风量很大，而风压不高，故多采用轴流式通风机。

2.空气冷却器的布置分析

空冷器是利用空气冷却管内介质的冷换设备，空冷器入口处的空气温度对其工作性能有很大影响，如果空冷器布置不当，会造成空冷器入口气温高于环境气温，使传热温差减少而降低传热能力。特别是在夏季，若出现这一情况，空冷器的冷却效果将会受到很大的影响。空冷器宜集中布置在管廊或构架顶层。在工艺设计过程中，当进行空冷设备选型时，应考虑设备布置的合理性。空冷器的选型应首先考虑将空冷器布置在管廊或构架上的尺寸要求。为使布置合理，水平式空冷器建议采用管束长度为12m、9m、6m三种，斜顶式空冷器建议采用管束长度为6m，配合空冷器的构架结构尺寸为11. 5m×6m、8. 7m×6m、5. 7m×6m，这样管廊尺寸可以定为11. 5m、8. 7m、5. 7m。为了保证布置合理，水平空冷器的本体方面，需要保证其构架柱脚跨度与下部支撑吻合，这对管道走向、进出口布置、平台设计等均具有积极的影响，可提高下部支撑结构受力合理性。此外，空冷器的布置中，需要对管道布置的特殊性进行分析，如塔顶和空冷器的管道连接中，需要考虑低布置的方法，避免“U”形结构的发生，还要缩减管道长度、拐弯等状况。在空冷器构架的四周均要设800 ～ 1200mm 宽的连通平台， 方便操作和检修，进出口管箱侧设阀门时，平台可适当加宽。平台高度一般低于管箱底面约 600 ～ 800mm，应保证能操作到空冷器进口管道上的阀门。为了减少或避免热风循环，在布置空冷器时应根据夏季主要风向合理地进行全装置的布置。在布置平面时应注意： 在空冷器的全年最小频率风向上风侧20 ～ 25m范围不应有高于空冷器的建筑物、构筑物或大型设备，以免阻碍空冷器的通风，造成热风循环。另外，低温流体的空冷器应布置在上风向，防止高温流体空冷器的出口热风又被吹到下风向的空冷器，造成热风循环。

3.空气冷却器的工艺设计

在结构设计中，应该以技术改进为基础，通过科学技术融合，展示出现有结构设计特色;在结构优化设计处理中，应该注重对结构设计标准分析，只有在相关标准中要求基础上进行空气冷却器结构优化设计，才能提升结构设计特色，为空气冷却器设计优化奠定基础;在空气冷却器结构设计工作实践中，应该将标准化生产与零部件设计开发结合，进而提升结构优化设计特色。

管束结构空气冷却器是在当前科学技术发展中形成的一种新型空气冷却器设计结构，在该种结构设计和应用过程中，能够通过管束结构改进结构设计，实现整个器件运行方式改进。就当前市场上较为常见的管束结构空气冷却器来看，在管束结构空气冷却器设计中，需要对管束侧梁、管束进出口、管束丝堵以及管束翅片管作出分析。管束换热面积随管排数量的增加，当管束换热面积固定不变时可以通过管排数的增加来降低制造费用。但是随着管排数量的增加，管束的空气阻力和风机的消耗功率也会增加。因此，降低制造费用的同时却会导致空冷器费用的增加。所以，管排数的设计需要结合多方面因素进行合理设计。结合实际情况做相应的调整。管程数的选择同样需要结合多方面因素合理设计， 既要依据实际工艺设计的具体需求进行详细分析，又要结合管内介质流速、内膜导热系数以及管内阻力等实际要求进行综合考虑。由于在管束结构优化设计中，能够通过翅片管镶嵌处理，将整个结构控制中的方式做好调整。因此，为了能够更好地针对空气冷却器结构优化设计，需要按照结构优化设计要求，进行相关结构改进。对于温式空冷器应用和改进就是较为重要的一项措施，通过压缩后的空气优化方式处理后，在整个结构优化设计中，能够在翅片管镶嵌应用中，提升空气冷却器的最大挠度;且在温式空冷器结构优化改进中，能够对管束内部压力传输值做好设计，最大传输值能够达到1.57MPa，这对于空气冷区器应用和压缩处理而言是非常重要的。

4.结语

在空气冷却器工艺系统设计中，需要按照现有设计研究中的要求进行冷却器结构优化设计分析，有效地掌握空气冷却器设计中的结构改进需求，并且能够按照结构设计处理要求，及时进行结构优化设计。只有空冷器在实际工艺设计中将所有因素综合考虑合理分析后，才能设计出有效、实用、符合现代社会要求的系统设备。

参考文献：

[1]李诚. 浅谈空气冷却器在化工领域中的应用[J]. 化工设备与管道，2002，5 （39） ： 22 - 23.

[2]夏云，潘峰. 西北地区空冷器在煤化工的应用及其布置设计[J]. 武汉工程大学学报，2015（2）：46-49.