蒸發式空冷器摘要：該文章主要對水冷式換熱器與空冷器進行對比，主要闡述了空冷器節水節能等優點。

概況：

在傳統工業冷卻系統中，水作為理想的冷卻介質，被長期廣泛的采用，但是随着水資源與能源的匮乏及環保意識的加強，傳統的冷卻形式受到嚴重挑戰，所以，空冷器應運而生，并以其節水、無污染等優越性能迅速發展起來。空冷器作為一種換熱設備在化工行業起着舉足輕重的作用。将取之不盡的空氣作為冷卻介質，較之水冷卻是一種顯著的節能節水設備。如今，煤化工項目較多，而煤化工項目主要集中在煤炭資源較為豐富的西北地區。如今的煤化工項目應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，如何将空冷器應用煤化工項目中已成為我們需要解決的問題。

首先：空冷器與傳統水冷器相比有許多優點，如下圖：

空冷的優點

水冷的缺點

a)對環境沒有熱污染和化學污染；

a)對環境污染嚴重；

b)空氣可随意取得，不需任何輔助設備和費用；

b)冷卻水往往受水源限制，要設置管線和泵站等設施；

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，需要進行處理，以防結垢和髒物的淤積；

e)空氣的壓降僅有10～20毫米，故空氣的操作費用低；

e)循環水壓頭高（取決于冷卻器和冷水塔的相對位置），故水冷能耗高；

f)空冷系統的維護費用，一般情況下僅為水冷系統的20～30%；

f)由于水冷設備多、易于結垢，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)一旦風機電源被切斷，仍有30～40%的自然冷卻能力。

g)電源一斷，即要全部停産

當然空冷與水冷卻相比也有許多缺點，如下圖例

空冷的缺點

水冷的優點

a)由于空氣比熱小，且冷卻效果取決于幹球溫度，通常不能把工藝流體冷卻到環境溫度；

a)水冷通常能使工藝流體冷卻到低于空氣溫度2～3℃，且循環水在水塔中可被冷卻到接近環境濕球溫度；

b)大氣溫度波動大，風、雨、陽光，以及季節變化，均會影響空冷器的性能，在冬季還可能引起管内介質凍結；

b)水冷對環境溫度變化不敏感；

c)由于空氣側膜傳系數低，故空冷器的冷卻面積要大得多；

c)水冷器結構緊湊，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、如建築物、大樹，否則會引起熱風循環；

d)水冷器可以設置在其他設備之間，如管線下面；

e)

e)要求用特殊工藝制造的翅片管和風機；

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，我們在煤化工項目中如果要選擇空冷器，就要對空冷器做綜合評價，根據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，接下來就從結構原理和選型上對空冷器作進一步說明。

1.空冷器結構原理

空氣冷卻器是以環境空氣作為冷卻介質，橫掠翅片管外，使管内高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的設備，簡稱"空冷器"，也稱"空氣冷卻式換熱器"。空冷器也叫做翅片風機，常用它代替水冷式殼－管式換熱器冷卻介質，水資源短缺地區尤為突出。

以空冷器冷卻方式分類，可分為：幹式空冷器，濕式空冷器，幹－濕聯合空冷器，兩側噴淋聯合空冷器；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，圓環式空冷器；以空冷器通風方式分類，可分為：自然通風式空冷器、鼓風式空冷器、引風式空冷器。

2.空冷器的選型

目前石油化工企業常用的空冷器型式,按管束布置方式有立式、水平式、斜頂式、圓環式等按通風方式可分為鼓風式、引風式和自然通風式按冷卻方式可分為幹式空冷、濕式空冷、幹濕聯合空冷。幹式空冷一般采用水平式管束,濕式空冷采用立式管束,幹濕聯合空冷可采用斜頂式,采用何種型式的空冷應因地制宜。當熱流由進口溫度冷卻到75℃,用幹空冷最經濟熱流由進口溫度冷卻到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.

在設計選用空冷器的工作中,選型主要是對幹式、濕式和聯合型空冷器的選擇。由于其各有優缺點,因此在設計選用過程中,應根據具體工藝要求和實際情況進行科學合理的選擇。由于幹式空冷器基本型式,下面主要介紹濕式和聯合型空冷器。濕式空冷器綜合了空冷和水冷的優點,是幹式空冷器的改進和發展。它由翅片管束、風機、構架和噴淋裝置組成。在工程應用上,在環境氣溫比較低時,濕式空冷器不噴水,按幹工況運行,隻有在夏季氣溫較高時,才采用噴霧裝置.以達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适應氣候的變化保證工藝流體出口溫度滿足工藝要求。另外,幹式空冷器用在接近溫差高于20～25℃的情況是經濟的。這樣當氣溫為35℃時,經濟的流體出口溫度應高于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,如果仍采用幹式空冷器,或由于溫差太小,傳熱面積增加,不經濟;或根本冷不下來。使用經驗表明,濕式空冷器可使工藝流體冷卻到接近環境氣溫,彌補了幹式空冷器的不足。因此濕式空冷器的任務就是解決低溫流體的冷凝和冷卻,取代傳統的水冷器。聯合型空冷器由幹式空冷管束和濕式空冷管束組成,是空冷技術應用的又一發展。工藝流體進入幹式空冷管束進行冷凝和冷卻,然後進入被直接噴淋的濕式空冷管束進行冷卻。空氣攜帶噴霧水先進入濕式空冷管束進行蒸發冷卻後,再進入幹式空冷管束。風機置于幹濕空冷管束之間。在聯合空冷器中可以一次實現工藝流體的冷凝和冷卻任務,不必再裝設其他冷卻裝置。聯合空冷器濕式空冷管束出口的工藝流體的溫度接近環境氣溫。聯合型空冷器有兩種基本結構型式:

1幹式空冷斜頂管束和濕式空冷橫管立放管

束相組合;

2幹式空冷水平管束和濕式空冷橫管立放管

束相組合

對于後一種組合型式,特别有利于老廠的技術改造。可采用原有水平管束的框架。在兩側挂上兩片橫管立放管束的辦法,即可組成聯合空冷器。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

空冷的優點水冷的缺點

空氣可以免費取得,

其他輔助費用低

冷卻水費用高,

其他輔助費用高

廠址選擇不受限制廠址的選擇跟水源有很大關系

運行費用低運行費用較高

維護費用低維護費用較高

表2

空冷的缺點水冷的優點

通常不能将流體降到低溫可以将流體降到低溫

空冷所需換熱面積較大所需換熱面積較小

受環境影響大幾乎不受環境影響

安裝位置受限制可以設置在設備之間

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

空冷隻采用空氣作為冷卻介質，不能達到較低的冷卻、冷凝溫度，使空冷器的使用範圍受到較大限制，往往需要在其後再進一步用水冷來滿足工作所需的條件，使企業投資加大，因此，既保有空冷器具有的優點，又能在不加水冷的情況下即可達到較低冷卻、冷凝溫度的表面蒸發式空冷器作為新一代産品在生産中占有了越來越重要的地位。

表面蒸發式空冷器的工作原理是：利用空氣和水兩種冷介質分别利用顯熱和蒸發潛熱共同冷卻、冷凝熱介質，使熱介質的溫度可降低到空氣的濕球溫度附近，可一步完成幹式空冷和水冷的工作任務。設備運行過程中，水不斷的噴淋在換熱管束表面上，一部分蒸發吸收熱介質熱量，由性能穩定可靠的風機将熱量散發至大氣中；未蒸發的部分，回流入設備下部的水箱内，利用循環水泵再次送至噴淋系統循環利用。該設備是将幹式空冷、水冷以及水冷器所需配備的涼水系統融為一體，且可保持其各自優勢性能的高效冷卻、冷凝設備。

而在一些化工原料充足、水資源緊缺且環境溫度相對較低的地方,西北地區、東北地區,空氣冷卻器将會在生産中發揮着更重要的作用。在北方地區,各季節平均溫度更低,年節約效益将達到60%左右。傳統的冷卻方式采用水作為冷卻介質已有多年的曆史,但是由于工業用水的大量增加(導緻供水嚴重不足),以及對環境保護的要求日益嚴格,特别是近年來,新型空氣冷卻器設計的顯著經濟性,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安裝了空氣冷卻器或空氣冷凝器。事實證明,這些設備不僅維護費用低廉,若與水冷卻系統相比較,使用壽命更長。空冷器的優越性越來越得到人們的認可,以空冷代替水冷的趨勢仍為明顯。

結語：

從上述可知，空冷器在煤化工方面的推廣應用是一項具有意義的技術改造措施。對西北的煤化工更具有特殊的現實意義。因為西北地區溫度較低而且多風，這都是使用空氣冷卻器極好地條件。加上西北地區缺水，某些地方水質不好，容易結垢，對傳熱效率影響較大。因此，對于西北地區應用空氣冷卻器具有較大的經濟意義。空冷器的優越性越來越得到人們的認可,以空冷代替水冷的趨勢仍為明顯。

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