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蒸發(fā)式空冷器摘要：該文章主要對水冷式換熱器與空冷器進(jìn)行對比，主要闡述了空冷器節(jié)水節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
概況：
在傳統(tǒng)工業(yè)冷卻系統(tǒng)中，水作為理想的冷卻介質(zhì)，被長期廣泛的采用，但是隨著水資源與能源的匱乏及環(huán)保意識的加強(qiáng)，傳統(tǒng)的冷卻形式受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，所以，空冷器應(yīng)運(yùn)而生，并以其節(jié)水、無污染等優(yōu)越性能迅速發(fā)展起來?？绽淦髯鳛橐环N換熱設(shè)備在化工行業(yè)起著舉足輕重的作用。將取之不盡的空氣作為冷卻介質(zhì)，較之水冷卻是一種顯著的節(jié)能節(jié)水設(shè)備。如今，煤化工項(xiàng)目較多，而煤化工項(xiàng)目主要集中在煤炭資源較為豐富的西北地區(qū)。如今的煤化工項(xiàng)目應(yīng)用的換熱器主要還是水冷器。對于水資源相對缺乏的西北地區(qū)，如何將空冷器應(yīng)用煤化工項(xiàng)目中已成為我們需要解決的問題。
首先：空冷器與傳統(tǒng)水冷器相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如下圖：
空冷的優(yōu)點(diǎn)
水冷的缺點(diǎn)
a)對環(huán)境沒有熱污染和化學(xué)污染；
a)對環(huán)境污染嚴(yán)重；
b)空氣可隨意取得，不需任何輔助設(shè)備和費(fèi)用；
b)冷卻水往往受水源限制，要設(shè)置管線和泵站等設(shè)施；
c)選廠址不受限制；
c)選廠址時必須考慮有充足的水源；
d)空氣腐蝕性小，使用壽命長；
d)水腐蝕性強(qiáng)，需要進(jìn)行處理，以防結(jié)垢和臟物的淤積；
e)空氣的壓降僅有10～20毫米，故空氣的操作費(fèi)用低；
e)循環(huán)水壓頭高（取決于冷卻器和冷水塔的相對位置），故水冷能耗高；
f)空冷系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，一般情況下僅為水冷系統(tǒng)的20～30%；
f)由于水冷設(shè)備多、易于結(jié)垢，在溫暖氣候條件下還易生長微生物，附于冷卻器表面，常常需要停工清洗；
g)一旦風(fēng)機(jī)電源被切斷，仍有30～40%的自然冷卻能力。
g)電源一斷，即要全部停產(chǎn)
當(dāng)然空冷與水冷卻相比也有許多缺點(diǎn)，如下圖例
空冷的缺點(diǎn)
水冷的優(yōu)點(diǎn)
a)由于空氣比熱小，且冷卻效果取決于干球溫度，通常不能把工藝流體冷卻到環(huán)境溫度；
a)水冷通常能使工藝流體冷卻到低于空氣溫度2～3℃，且循環(huán)水在水塔中可被冷卻到接近環(huán)境濕球溫度；
b)大氣溫度波動大，風(fēng)、雨、陽光，以及季節(jié)變化，均會影響空冷器的性能，在冬季還可能引起管內(nèi)介質(zhì)凍結(jié)；
b)水冷對環(huán)境溫度變化不敏感；
c)由于空氣側(cè)膜傳系數(shù)低，故空冷器的冷卻面積要大得多；
c)水冷器結(jié)構(gòu)緊湊，其冷卻面積比空冷器要小得多；
d)空冷器不能緊靠大的障礙物、如建筑物、大樹，否則會引起熱風(fēng)循環(huán)；
d)水冷器可以設(shè)置在其他設(shè)備之間，如管線下面；
e)
e)要求用特殊工藝制造的翅片管和風(fēng)機(jī)；
f)用一般列管式換熱器即可滿足要求；
f)有一定的噪聲
g)無噪聲
所以，我們在煤化工項(xiàng)目中如果要選擇空冷器，就要對空冷器做綜合評價，根據(jù)具體情況合理的選擇空冷器。所以，我們就必須對空冷器有一定的了解，接下來就從結(jié)構(gòu)原理和選型上對空冷器作進(jìn)一步說明。
1.空冷器結(jié)構(gòu)原理
空氣冷卻器是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，橫掠翅片管外，使管內(nèi)高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的設(shè)備，簡稱"空冷器"，也稱"空氣冷卻式換熱器"?？绽淦饕步凶龀崞L(fēng)機(jī)，常用它代替水冷式殼－管式換熱器冷卻介質(zhì)，水資源短缺地區(qū)尤為突出。
以空冷器冷卻方式分類，可分為：干式空冷器，濕式空冷器，干－濕聯(lián)合空冷器，兩側(cè)噴淋聯(lián)合空冷器；以空冷器管束布置型式分類，可分為：水平式空冷器，斜頂式空冷器，立式空冷器，圓環(huán)式空冷器；以空冷器通風(fēng)方式分類，可分為：自然通風(fēng)式空冷器、鼓風(fēng)式空冷器、引風(fēng)式空冷器。
2.空冷器的選型
目前石油化工企業(yè)常用的空冷器型式,按管束布置方式有立式、水平式、斜頂式、圓環(huán)式等按通風(fēng)方式可分為鼓風(fēng)式、引風(fēng)式和自然通風(fēng)式按冷卻方式可分為干式空冷、濕式空冷、干濕聯(lián)合空冷。干式空冷一般采用水平式管束,濕式空冷采用立式管束,干濕聯(lián)合空冷可采用斜頂式,采用何種型式的空冷應(yīng)因地制宜。當(dāng)熱流由進(jìn)口溫度冷卻到75℃,用干空冷最經(jīng)濟(jì)熱流由進(jìn)口溫度冷卻到75-65℃,用于空冷、增濕空冷均可熱流由75℃冷卻到比濕球溫度高5-6一℃,可采用濕空冷。
3.
在設(shè)計(jì)選用空冷器的工作中,選型主要是對干式、濕式和聯(lián)合型空冷器的選擇。由于其各有優(yōu)缺點(diǎn),因此在設(shè)計(jì)選用過程中,應(yīng)根據(jù)具體工藝要求和實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。由于干式空冷器基本型式,下面主要介紹濕式和聯(lián)合型空冷器。濕式空冷器綜合了空冷和水冷的優(yōu)點(diǎn),是干式空冷器的改進(jìn)和發(fā)展。它由翅片管束、風(fēng)機(jī)、構(gòu)架和噴淋裝置組成。在工程應(yīng)用上,在環(huán)境氣溫比較低時,濕式空冷器不噴水,按干工況運(yùn)行,只有在夏季氣溫較高時,才采用噴霧裝置.以達(dá)到降低工藝流體出口溫度的目的。這樣濕式空冷器就可充分適應(yīng)氣候的變化保證工藝流體出口溫度滿足工藝要求。另外,干式空冷器用在接近溫差高于20～25℃的情況是經(jīng)濟(jì)的。這樣當(dāng)氣溫為35℃時,經(jīng)濟(jì)的流體出口溫度應(yīng)高于55～60℃,但是在煤化工廠中,有許多工藝流體要求冷卻到50℃以下,如果仍采用干式空冷器,或由于溫差太小,傳熱面積增加,不經(jīng)濟(jì);或根本冷不下來。使用經(jīng)驗(yàn)表明,濕式空冷器可使工藝流體冷卻到接近環(huán)境氣溫,彌補(bǔ)了干式空冷器的不足。因此濕式空冷器的任務(wù)就是解決低溫流體的冷凝和冷卻,取代傳統(tǒng)的水冷器。聯(lián)合型空冷器由干式空冷管束和濕式空冷管束組成,是空冷技術(shù)應(yīng)用的又一發(fā)展。工藝流體進(jìn)入干式空冷管束進(jìn)行冷凝和冷卻,然后進(jìn)入被直接噴淋的濕式空冷管束進(jìn)行冷卻?？諝鈹y帶噴霧水先進(jìn)入濕式空冷管束進(jìn)行蒸發(fā)冷卻后,再進(jìn)入干式空冷管束。風(fēng)機(jī)置于干濕空冷管束之間。在聯(lián)合空冷器中可以一次實(shí)現(xiàn)工藝流體的冷凝和冷卻任務(wù),不必再裝設(shè)其他冷卻裝置。聯(lián)合空冷器濕式空冷管束出口的工藝流體的溫度接近環(huán)境氣溫。聯(lián)合型空冷器有兩種基本結(jié)構(gòu)型式:
1干式空冷斜頂管束和濕式空冷橫管立放管
束相組合;
2干式空冷水平管束和濕式空冷橫管立放管
束相組合
對于后一種組合型式,特別有利于老廠的技術(shù)改造?？刹捎迷兴焦苁目蚣堋Ｔ趦蓚?cè)掛上兩片橫管立放管束的辦法,即可組成聯(lián)合空冷器。對于前一種型式,斜頂空冷管束又可分為兩種型式:一種是
立管斜放管束。一種是橫管斜放管束。
表1
空冷的優(yōu)點(diǎn)水冷的缺點(diǎn)
空氣可以免費(fèi)取得,
其他輔助費(fèi)用低
冷卻水費(fèi)用高,
其他輔助費(fèi)用高
廠址選擇不受限制廠址的選擇跟水源有很大關(guān)系
運(yùn)行費(fèi)用低運(yùn)行費(fèi)用較高
維護(hù)費(fèi)用低維護(hù)費(fèi)用較高
表2
空冷的缺點(diǎn)水冷的優(yōu)點(diǎn)
通常不能將流體降到低溫可以將流體降到低溫
空冷所需換熱面積較大所需換熱面積較小
受環(huán)境影響大幾乎不受環(huán)境影響
安裝位置受限制可以設(shè)置在設(shè)備之間
需要一種特殊工藝要求的翅片管一般的管殼式換熱器即可滿足
空冷只采用空氣作為冷卻介質(zhì)，不能達(dá)到較低的冷卻、冷凝溫度，使空冷器的使用范圍受到較大限制，往往需要在其后再進(jìn)一步用水冷來滿足工作所需的條件，使企業(yè)投資加大，因此，既保有空冷器具有的優(yōu)點(diǎn)，又能在不加水冷的情況下即可達(dá)到較低冷卻、冷凝溫度的表面蒸發(fā)式空冷器作為新一代產(chǎn)品在生產(chǎn)中占有了越來越重要的地位。
表面蒸發(fā)式空冷器的工作原理是：利用空氣和水兩種冷介質(zhì)分別利用顯熱和蒸發(fā)潛熱共同冷卻、冷凝熱介質(zhì)，使熱介質(zhì)的溫度可降低到空氣的濕球溫度附近，可一步完成干式空冷和水冷的工作任務(wù)。設(shè)備運(yùn)行過程中，水不斷的噴淋在換熱管束表面上，一部分蒸發(fā)吸收熱介質(zhì)熱量，由性能穩(wěn)定可靠的風(fēng)機(jī)將熱量散發(fā)至大氣中；未蒸發(fā)的部分，回流入設(shè)備下部的水箱內(nèi)，利用循環(huán)水泵再次送至噴淋系統(tǒng)循環(huán)利用。該設(shè)備是將干式空冷、水冷以及水冷器所需配備的涼水系統(tǒng)融為一體，且可保持其各自優(yōu)勢性能的高效冷卻、冷凝設(shè)備。
而在一些化工原料充足、水資源緊缺且環(huán)境溫度相對較低的地方,西北地區(qū)、東北地區(qū),空氣冷卻器將會在生產(chǎn)中發(fā)揮著更重要的作用。在北方地區(qū),各季節(jié)平均溫度更低,年節(jié)約效益將達(dá)到60%左右。傳統(tǒng)的冷卻方式采用水作為冷卻介質(zhì)已有多年的歷史,但是由于工業(yè)用水的大量增加(導(dǎo)致供水嚴(yán)重不足),以及對環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格,特別是近年來,新型空氣冷卻器設(shè)計(jì)的顯著經(jīng)濟(jì)性,一部分水冷卻開始逐漸為空氣冷卻所代替。如今有更多的石油化工企業(yè)安裝了空氣冷卻器或空氣冷凝器。事實(shí)證明,這些設(shè)備不僅維護(hù)費(fèi)用低廉,若與水冷卻系統(tǒng)相比較,使用壽命更長。空冷器的優(yōu)越性越來越得到人們的認(rèn)可,以空冷代替水冷的趨勢仍為明顯。
結(jié)語：
從上述可知，空冷器在煤化工方面的推廣應(yīng)用是一項(xiàng)具有意義的技術(shù)改造措施。對西北的煤化工更具有特殊的現(xiàn)實(shí)意義。因?yàn)槲鞅钡貐^(qū)溫度較低而且多風(fēng)，這都是使用空氣冷卻器極好地條件。加上西北地區(qū)缺水，某些地方水質(zhì)不好，容易結(jié)垢，對傳熱效率影響較大。因此，對于西北地區(qū)應(yīng)用空氣冷卻器具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。空冷器的優(yōu)越性越來越得到人們的認(rèn)可,以空冷代替水冷的趨勢仍為明顯。
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