空冷器的工艺设计

翟雨萍

(山东恒业石油新技术应用有限公司,山东东营 257067)

空冷器的工艺设计

翟雨萍

(山东恒业石油新技术应用有限公司,山东东营 257067)

本文介绍了空冷器的典型工艺设计流程和方案,分析了在工艺设计过程中的主要设计参数选取,空冷器在化工生产中占着非常重要的比重,国内外对空冷器的工艺设计有着系统的研究。本论文以甘肃伏龙泉当地的气候条件作为数据来源,根据工艺要求、场地情况、环境温度变化资料和环保要求,确定具体的设计参数、总体方案、空冷器的型式,对空冷器的设计研究具有非常重要的参考价值和意义。

空冷器 工艺参数 翅片管 管程数 管束 风机 总体方案

1 工况条件

1.1 空冷器的主要设计参数如下

工作介质:天然气。

一级气流量:300000Nm3/d工作压力:2MPa入口温度: 75℃出口温度:45℃。

二级气流量:300000Nm3/d工作压力:2.5MPa入口温度:75℃出口温度:45℃。

1.2 工艺气组分如下

甲烷90.71%乙烷2.52%丙烷1.18%异丁烷0.26%正丁烷0.55%异戊烷0.18%

正戊烷0.28%正己烷0.44%氮气3.62%饱和水0.26%

1.3 设计要求

环境设计温度35℃，海拔影响不计，管内压降20KPa。

2 工艺参数确定

2.1 空气设计温度确定

空气设计温度指设计空冷器时选用的当地空气入口干球温度。本次设计根据需方提供气象数据，确定空气入口温度为35℃。

2.2 管内介质设计温度确定

2.2.1 入口温度确定

理论上热流入口温度愈高，采用空冷愈经济，但入口温度超过200℃时，应考虑用其他换热器进行热量回收。

2.2.2 出口温度确定

出口温度的选取直接影响空冷器经济性的重要指标，直接决定空冷器型式的选择。

2.3 干式、湿式空冷器型式确定

一般条件下，对于干式空冷器接近温差一般应大于15℃，若热流体出口温度不能满足要求，则考虑采用湿式空冷器。需方给出管程进出温度为75℃/45℃，接近温度为30℃，本次设计使用干式空冷合理。

2.4 管排数确定

管排数对于空冷器经济性的影响较大，从经济上考虑，一般希望空气温升15-20℃，增加管排数，空气温升增加，但压降也增加，合理选择管排数的意义重大。本次设计为天然气冷却，确定管排数为6。

2.5 迎面风速确定

迎面风速代表了空气经过翅片管的速度，过小会导致空气出口温度过高，空气与热流的温差低，换热效率降低，需增大换热面积，成本增加;受风机转速的影响，迎面风速不能设计过高。根据以往设计经验，本次设计管排数为6，所以拟设计迎面风速为2.5-3m/s。

2.6 管程数的确定

选择管程数主要取决于允许管程压降和流体温度变化范围，以上两者较大时可以选用多管程，单相流全冷却时，在满足允许压降的条件下应尽量提高流速，管内流体处于湍流状态对换热最有利，因此选用双管程以上比较合适。本次设计根据压力降以及管程流速，选用双管程。

3 总体方案设计

3.1 管束尺寸设计

3.1.1 翅片管参数设计

常用翅片管尺寸为，基管￠25x2.5mm，翅片类型为DR(双金属轧制)，翅片厚度为0.4mm，翅片外径为57mm，每米翅片数不少于433片，这是一种常用高翅片管，另外还有许多种类的翅片管，具体选用原则要考虑压降，内外膜传热系数，经济性以及设备尺寸要求等因素，本次选用上述参数的翅片管，翅片基管材质选用20钢管(GB9948-2006)。

3.1.2 管外条件设计

空冷器也是一种换热器，与其他类型换热器最大的区别是管外介质一般是空气，相比其他换热器来说，环境因素对空冷器的影响很大。首先是环境温度的影响，直接决定了管外介质的温度，影响传热温差，进而影响换热效率;其次是海拔的影响，直接影响管外介质的密度，影响管外介质的体积流量。此次设计环境设计温度由甲方确定为35℃，海拔比较低，暂时忽略海拔对管外介质的影响。

3.1.3 管内条件设计

此次设计管内介质为天然气，按天然气主要组分选取管内污垢热阻系数，另外需要考虑的是管内压降数值，可以通过改变管程数以及改变换热管内径或者长度来满足允许压降值。

3.1.4 管束规格型号设计

通过改变换热管数量和长度，得出管束的宽度，因为风机扩散为圆形，所以空冷器的长宽最好趋近于正方形或者正方形的组合。本次设计确定空冷器尺寸为5m×2.5m。

3.2 风机选型设计

根据NB/T47007-2010中7.3.3.3每台风机的回转面积至少应占该风机所对应管束迎风面积的40%。我们可以得出本次设计选用直径为1.8米的风机2台，风机型号为:G-TF18L4-Vs5。实际空冷器所需的标准风量为135000m3/h，两台风机的总风量为140000m3/h，大于空冷器所需要的标准风量，所以选取两台G-TF18L4-Vs5风机满足工况要求。

4 结语

通过以上论证，对空冷器的主要参数:温度、管排数、管程数、迎面风速、干湿空冷器型式、翅片管规格、管束规格型号、风机型号、风量等的方案确认，满足此工况下热流体冷却的要求。另外，在化工企业等生产工艺过程都有采用空气冷却的实例，随着设计和制造技术的进步，空冷器得到越来越广泛的应用。

[1]GB150-2011《压力容器》中国标准出版社出版发行.

[2]GB151-1999《管壳式换热器》中国标准出版社出版发行.

[3]NB/T47007-2010《空冷式热交换器》新华出版社出版发行.

[3]GB/T13274-1991《一般用途轴流通风机技术条件》中国标准出版社出版发行.

翟雨萍(1976—),女,山东青岛人,本科,工程师,毕业于西安石油学院,化工机械专业,研究方向:压力容器、换热设备、空冷器。