离心空压机中间冷却器概述

作者：沈阳鼓风机厂 薛斌

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... 【关键词】离心空压机,冷却器 【论文摘要】离心压缩机要实现等温压缩，效率优化，保证出口压力和温度指标，各段间要配置中间冷却器。由于压缩机对各段间允许的压力损失和进口温度的严格要求，决定了中间冷却器设计选型的特殊性。中间冷却器几乎涵盖了所有管壳式换热器的结构形式,这正体现了它集各种形式换热器优点于一身的设计理念。同时也是应对多种机型，大跨度工矿范围的必然选择。 一，前言 目前离心空压机被广泛应用在，空分、冶金、化肥、化工、制药、动力站等领域。离心压缩机要实现等温压缩，效率优化，保证出口压力和温度指标，各段间要配置中间冷却器。由于压缩机对各段间允许的压力损失和进口温度的严格要求，决定了中间冷却器设计选型的特殊性。中间冷却器几乎涵盖了所有管壳式换热器的结构形式,这正体现了它集各种形式换热器优点于一身的设计理念。同时也是应对多种机型，大跨度工矿范围的必然选择。 中间冷却器有压缩机之肺的形象比喻，它的冷却效果和可靠性直接影响压缩机的气动性能和整机效率。随着为离心空压缩机配套的中间冷却器的增多，一个适应各种工矿和不同机型的冷却器系列也自然形成，在此做一简单概述。 二，中间冷却器的适用范围和设计参数确定 为了更深入的理解中间冷却器的多样性和复杂性，了解其适用范围、特征和重要参数的取值依据是非常必要的。下面是据此归纳的特性表。 中间冷却器技术特性表（1-1） 介子 流量范围Nm3/h 压力范围MPa 温度范围（进/出）ºC 相对湿度ψ% 允许压力损失MPa 污垢系数m2.h. ºC/kcal 空气 3000~300000 0.2~8.0 150/90~35/50 0~100 0.002~0.01 0.0002~0.0006 冷却水 10~800 0.3~0.6 20/33~35/45 0.3~0.6 0.0002~0.0006 从表（1-1）中可以看出，温度范围、允许压力损失、污垢系数三项指标数值变化较小，而空气的流量范围、压力范围、相对湿度三项指标变化范围较大。热负荷（换热量）的大小是决定换热器面积的主要因素，而上述三项指标的大范围工况跨度决定了热负荷（换热量）的差异很大，在中间冷却器几何外形上的反映尤为直观，表1-2可见一般。 中间冷却器特征表 (1-2) 直径（mm） 总长（mm） 重量(Kg) 容器类别 Φ400~2600 2000~13000 300~38000 Ⅰ类~Ⅱ类 温度变化范围和允许压力损失范围从数值上看波动范围小，但这两项指标恰恰是中冷器必须严格遵循指标，是保证压缩机在性能曲线上运行的前提，在国外的中冷器技术协议中，经常见到诸如：出口温度升高一度，压力损失超过一毫巴,扣除货款x%的附加条款，可见这两项指标对整个机组的重要程度。 相对湿度是当时当地大气的相对湿度， 随着季节和天气的变化而变化，进入压缩机经过一段压缩和冷却后，饱和分压达到100%，过饱和部份冷凝析出。以出口压力1Mpa的空压机为例，占75%的水蒸气在中冷器内被冷凝排出，所以中间冷却器的设计中要增设冷凝水的分离排放系统。 污垢系数在整个中冷器运行中是一个逐渐增大的数值，它的存在对有效换热是一种阻碍，（也称热阻），在设计中应与重视，通常污垢系数的取值是在最恶劣工矿下且满足中冷器使用的极限值，在充分考虑空气环境，检修周期，水质条件的前提下，由用户和设计方共同确认，保证中冷器和真实工矿的吻合，实现中冷器效益的最大化。 三，中间冷却器的结构形式与适用场合 中间冷却器的核心元件是换热管，在中冷器中，换热管有以下几种形式：光管，翅片管，。下面以换热管形成的中间冷却器形式分项概述。 光管-中间冷却器 光管制成的中间冷却器主要是GB151中定义的换热器形式，即：固定管板式；浮头式；U型管式；填料函式。 换热管规格为：Φ25；Φ20；Φ19；Φ16。材质为：20#；不锈钢；铜及铜合金。 在流量小于30000Nm3/h；进气压力小于1.6Mpa;机组为双层布置；对压力损失要求不严格；机组做为动力站使用的场合，可采用固定管板式、浮头式中冷器，壳程走高温空气，管内走冷却水，这两种换热器浮头式优于固定管板式，因为浮头式结构可消除温差应力，管束可更换，缺点是成本高于固定管板式换热器。 在流量小于30000Nm3/h；进气压力大于4.0Mpa，对压力损失要求严格，可采用U型管式、填料函式中冷器，管内走高温空气，壳程走冷却水。在相同壳径下，U型管式为两气程，而填料函式为单气程，所以填料函式中冷器的损失小于U型管式结构，而制造成本则相反，在设计中可视损失要求而定。 在中冷器后单独配备分离器实现对冷凝水的分离排除。总体而然，光管形式的中间冷却器设备大，压力损失大，单位体积换热面积小，换热效率低，一般用在非重要的场合，不作为中间冷却器的首选形式，但因其成本低，维护简单，使用寿命长，制造工艺成熟，还有一定的应用领域，特别是U型管式、填料函式中冷器在空气压力较高的场合，是其他形式的换热器无法替代的。 翅片管-中间冷却器 在中间冷却器的全流量范围内，进气压力小于7Mpa；对压力损失控制严格；要求中间冷却器体积小，结构紧凑，换热效率高，冷却水耗量小的场合，采用翅片管-中间冷却器。同时，各种翅片管形成的换热器，有其各自的特点。 翅片管分为：板翅，绕翅，复合翅片管，内翅片管等几种形式，中间冷却器通常由壳体，管束，前、后水盖，内置式分离器组成。壳侧（即翅片侧）走高温气体，管内走冷却水。管束由翅片管和管板组成，是完成换热的场所，此类中间冷却器的设计，就是围绕管束的设计展开的。 在气-水换热中，气侧的传热系数与水侧的传热系数相差至少一个数量级，强化气侧传热系数，是增大总传热系数，提高换热效率的关键，翅片管的翅化比（单位长度的翅片管面积与光管外表面积之比）通常在12以上，这大大弥补了气侧传热的先天不足住，是光管换热器望尘末及的，气体在翅片间流过，流通面积大、流程短，压力损失小。 管材规格：Φ19；Φ18；Φ16；Φ12。材料：20#；不锈钢；铜及铜合金。翅片厚度：0.15~0.4。 材料：Al;T2。换热管与翅片连接方式：胀接；钎焊，挤压复合。 板翅管是由一张张矩形的板片与换热管胀接成一个单元换热管，再由单元组成管束。板片先经冲压成形，按等边三角形或转角正方形冲出管孔，将换热管穿入孔中，管内打弹胀接成形，如在板翅上再开些沟槽，强化流经气体的湍流程度，换热效果会更好。板翅和换热管材料：Cu，Al.该类型管束适用于流量小，气速低，气压低，气流稳定的场合，它的换热性能较好，但强度低，抗振动能力差，胀接不好板翅与换热管易脱落；由于制造工艺限制，管束不能做大。 钎焊翅片管也叫绕片管，是用铜带缠绕在铜或铜合金换热管上，再用锡焊固定而成，翅片管外观质量好，片厚匀均，换热管截面有园型和椭园型两种，成型过程中对换热管没有机械损伤。该类型翅片管制成的管束，适合于全流量范围，但最高气温应小于130ºC，换热管与管板的连接不宜采用焊接结构。 复合翅片管是近几年来大量使用的换热管材料，它是在基管外套一厚壁铝管，通过专用轧辊，将铝管扎制成规定高度的翅片，同时，翅片根部残留的铝管部分被牢牢地挤压扎紧在基管上，不看翅片管断面，很难想象是两种材料复合而成的翅片管，翅片是铝(Al),基管可以是：20#，不锈钢，铜及铜合金。翅片间距和翅片厚度通过调整轧辊间隙极宜实现，设计的自由度大为增强，轧制的过程也是铝翅片冷做硬化的过程，加之后续的碱洗，烘干，翅片表面形成氧化膜，起到了防腐的作用。这种翅片管的整体性好，坚固耐用，适用范围广，换热效果也很理想，在一些重要项目，重大产品上多采用此类翅片管做中间冷却器，效果很好。 内翅片管是一种新型的换热管结构，它主要为小流量，组装式离心压缩机配置中间冷却器和出口冷却器，换热管与翅片为铜材，翅片夹装在换热管内，制成管束后，组装在压缩机级间管路内，管内走高温气体，管外走冷却水，翅片管长度1米左右，这种中间冷却器换热效率很高，压力损失很小。 上述中间冷却器的出口侧，都加装分离器，分离冷凝水，汇集到设备底部由输水器排出。 翅片管式中间冷却器在离心空压机中大量应用，它的结构紧凑，低耗高效是其被选中的主要原因，但它组成管束的抗振动能力和翅片强度在设计中要充分考虑；翅片间的间距小，流道窄，易残留结垢，对气流的纯洁度应限定。 四， 结束语 离心压缩机在装置中属心脏设备，是保证流程运行的关键，所以对其运行的稳定性和连续性的要求是很高的，同时对开停车短时变工况也要有机械承载能力，这就要求与之配套的中间冷却器也具有这种性能，单台设计是离心压缩机的又一特点，同样与之配套的中间冷却也要一一对应，永远将换热器的最新科技成果，应用于离心空压缩机中间冷却器-是必然的选择。 参考文献 1 GB151-1999《管壳式换热器》，国家质量技术监督局，1999 2 《化工原理》 谭天恩，麦本熙，丁恶华，化学工业出版社，1986 3 《换热器原理及计算》 朱聘寇 ，清华大学出版社，1987 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/29/2004)