增膜型空冷器技术简介.docx

增膜型新一代高效空冷器
简介
在炼油、化工、电力、冶金等行业的生产工艺中，若需要把热流体的温度降下来，但热流体温度不足以加热另一工艺流体，或不需要加热另一工艺流体时，用空冷器来降低热流体温度是最经济的。空冷器以环境空气为冷却介质，可对热流体进行冷却或冷凝。
1.常规空冷器的类型、原理、特点及应用范围
常规空冷器可分为干式空冷器、湿式空冷器和蒸发式空冷器，它们都是通过管束换热。
1.1干式空冷器
a.空气导热系数低，加热比较困难，需要较大的温差才能将热量传给空气，所以干空冷适用于热流体出口温度较高的场合。一般热流体出口温度高于55℃方可考虑采用干空冷。
b.干式空冷器不消耗水资源，适用于缺水地区。
c.为强化空气侧的传热，干空冷多采用翅片管作为主要换热部件。翅片增大了换热面积，同时也增大了风阻力，因此干空冷的管排数较少。干式空冷器管排数从上到下一般为8排，热流体的处理量比较小。
1.2湿式空冷器
与干空冷一样，湿空冷利用空气和热流体的温差作为换热推动力，因此热流体温度越高，换热效果越好。与干空冷不同之处是，湿空冷在空气入口后喷水雾，水雾蒸发降低了空气的温度，增大了空气和热流体的温差，所以冷却效果比干空冷好。对湿空冷来说，热流体出口温度可比干空冷的低一些。
1.3蒸发式空冷器
蒸发式空冷器如图1所示。其主要特点是，利用管外水膜的蒸发强化管外传热。其工作过程是，用泵将空冷器下部水箱中的循环冷却水输送到喷淋管，喷向位于其下方的换热管表面，使管外形成连续均匀的薄水膜；同时位于空冷器上部的引风机将空气从水箱之上的百叶窗吸入，使空气自下而上流动，横掠水平放置的光管管束。此时传热管的管外换热除了水膜与空气流之间的显热传递外，管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量热量，强化了管外传热。故其工作过程不是单一的传热，而是通过传质（水膜蒸发，水分子进入空气）来强化传热。

图1蒸发空冷示意图
1－风机，2－捕雾器，3－U型弯管，4－喷淋系统，
5－换热管束，6－上水管，7－构架水箱，8－循环水泵
管外水膜的蒸发使得空气穿过管束后湿度增加，风机将湿空气从管束中抽出并使其穿过喷淋管上方的捕雾器，除去饱和湿空气夹带的水滴后从设备顶部风机出口排入大气。由于顶部引风机的作用，风机下部形成负压，有利于管外表面水膜的蒸发和传热。
控制水膜厚度是蒸发式空冷器的关键技术。水膜越薄蒸发传热效果越好，但是太薄的水膜易破，反而影响传热。为了更好地形成水膜，多采用光管作为传热元件。光管的风阻力比翅片管的小，管排数可达30排，因此蒸发空冷器的处理量比干空冷和湿空冷大得多。占地面积相同时，蒸发空冷的热流体处理量可达干空冷的两倍之多。
从结构上看，蒸发空冷将冷却塔和列管式水冷器合为一体，自带循环水系统，减少了占地面积；采用光管换热，大大降低了设备的一次性投资；光管阻力小，风机负荷相应降低。
蒸发空冷一般适用于80℃以下低温位热流体的冷却和冷凝。若热流体流速较低，则其出口温度可冷到接近环境湿球温度。
1.4.板式空冷器
板式空冷器结构紧凑、占地面积小。与常规空冷器相比，在热流体处理量相同，则或者说体积相同时，板式空冷器的换热面积大。
在板式空冷器中，板式干空冷和板式湿空冷不用考虑水膜及其喷淋问题，结构可以紧凑些，而且可用波纹板来强化传热。而板式蒸发空冷器因为要考虑水膜形成，就不能使用波纹板；要考虑喷淋水循环和空气流动方向等因素，结构上也不可能太紧凑。故板式蒸发空冷器与常规蒸发空冷器相比，优势远没有板式干空冷相对于常规干空冷那么明显。

2.现有蒸发空冷器存在的问题
纵观空冷器乃至换热器的发展历史，各种改进措施，各种新原理、新技术都是奔着“强化传热”而来的，不同的只是传热被强化的程度和应用场合。所以说“强化传热”是永无止境的。另外，不同结构型式的空冷器各有所长，各有其适用范围。若能兼收并蓄，各取所长，则也可收到“强化传热”的效果。
分析现有蒸发空冷器，存在着如下问题或可改进的地方：
2.1常规蒸发空冷器换热面积不够大
按单位热流体处理量计，常规蒸发空冷的传热面积没有板式蒸发空冷器的大。
2.2板式空冷器的承压能力不太高
比如加氢精制反应产物进入空冷器的压力为8～9MPa，这是板式空冷器绝对承受不了的。
2.3板式空冷器清洗检修维护不太方便
2.4以前蒸发空冷的计算模型准确性差
管外传热既有对流方式的显热传热，也有蒸发传质引起的潜热传热；既有喷淋水向下流动，又有空气向上流动；既有水淋到管子上的成膜过程，又有管子上滴下来的水形成水柱和水滴的过程。既有管外表面的水膜传热，又有水柱和水滴的传热。既有水温和空气温度的变化，也有空气湿度和蒸汽分压的变化。如此多样化的流动相变传质传热过程，其数学描述极其复杂。
由于技术进步阶段性的限制，以前为避免数学模型无法求解，就将流动相变传质传热的物理模型和数学模型做