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空冷器的設計參考

日期：2022-01-11 01:31:52點擊：217

空冷器的設計參考
4. 2-4. 4節主要講述了空冷器的設計方法,從計算例可知，傳熱系數的計算是設計的關鍵環節，也是最復雜的步驟，尤其是對于石油化工中的換熱介質，由于影響其物性數據的因素很多，難以精確地選取,給傳熱計算帶來很大困難。為此,本節推薦一組空冷器傳熱系數的經驗數據，借助推薦的經驗數據，可以大大簡化空冷器的設計。應當指出，這些推薦數據是在特定的條件下給出的，因此，在選取和應用時要特別細心,應選取較大的設計余量，為此，本節提出了選用經驗數據的注意事項，并給出了利用經驗數據的設計實例。

4.5.1空冷器傳熱系數的經驗數據
推薦的傳熱系數的經驗數據見表4. 5. 1 -4. 5. 3₀各表中的傳熱系數是以光管（基管）外表面為基準的。

表4. 5.1液體冷卻空冷器
液體名稱	運行條件及說明	傳熱系數/(W • m ² - ℃-')
重油 8 ~ 14 °C API 150 r（平均溫度） 200勾（平均溫度）		35 ~58 58 ~93
油品 20 °C API 93 r （平均溫度） 150 T （平均溫度） 200 X.（平均溫度）	管內流速＞0.5 m/s	50 ?90 70-120 170-220
油品 30 °C API 93勾（平均溫度） 150 r （平均溫度） 200 r （平均溫度）	管內流速＞0.5 m/s	140 ~190 250 ~ 300 280 ~330
柴油		250 ?300
煤油		300 -330
汽油		380-400
輕燈類		400 ?450
氨		500-600
質量分數為25%的鹽水（水占75% ）	管內流速＞0.5 m/s	500 ~600
水	管內流速＞0.5 m/s	600 ?700

表4. 5.2管內凝結空冷器（1）
流體名稱	運行條件和說明	傳熱系數/(W - m-² -℃-')
水蒸氣		700 ?800
含10%不凝氣的蒸汽		500 -600
含20%不凝氣的蒸汽		400-500
含40%不凝氣的蒸汽		300 ?400
純的輕炷		440 ?480
混合的輕煙		350 ?400
汽油		340 ?400
汽油-蒸汽混合物		400 -430
中等組分姪類		250 ?280

中等組分炷類-水蒸氣		300 ~350
純有機溶劑		400 ?450
氨		500-600
原油分餡塔頂氣體		300 ?400
輕汽油-水蒸氣-不凝氣	含不凝氣30%以下	300 ?400
煉廠富氣冷凝	含不凝氣50%以上	200 ~ 280
輕碳氫化合物的冷凝	^c2 »^C3»^C5，。6	500 ?400
輕汽油		400
煤油		350 ?400
芳煙		400 ?450
加氫裂解	100 - 200(表壓)	420
加氫精制（汽油）	80（表壓）	380
加氫精制（柴油）	65（表壓）	300
柴油		200 ?300
燃料油		110
潤滑油（低黏度）		100 ?140
工業過程水		500-600

表4. 5.3氣體或蒸汽的冷卻

氣體名程	氣體壓力（表壓）xlO⁵/Pa
	0.7	3.5	7.0	²¹	35
	傳熱系數/(w - m-² - r-')
輕姪類	80-110	160 ~190	250 -280	360 ~ 380	390 ~ 420
中等組分煙類	80-110	190 -210	250 ~280	360 ~380	390 ~420
空氣	40 ~50	80-110	140 ~170	220-250	250 ~280
氨	50 ~80	80 ?110	170 ~180	250 ?280	280 ~ 300
水蒸氣	50-80	80 ~ 110	140 ~170	250 -280	300 ~350
氫氣，體積分數為100%	110 ~160	250 ~280	360 ~ 380	470-500	540 -580
氫氣，體積分數為75%	90 ?140	220 ~250	330 ?350	440 - 470	480-520
氫氣，體積分數為50%	80 ?130	190 ~220	300 ~330	410-450	470 ~500
氫氣，體積分數為25%	60 ~ 120	160 ?180	240-320	350 -380	450 ~480

應當注意，在選用上述表格中的經驗數據時，除了要保證管外空氣質量流速在3.0~

5.0 kg/(m² - s)之外，還應保證管內流體的流速在一定的范圍之內。例如，當管內是水或其他液體的冷卻時，管內流速應大于0. 2-0. 5 m/s,當管內是氣體介質的冷卻時，管內流速應大于5~10 m/s_o同時,還要考慮污垢熱阻的大小。一般，為了設計安全，應選取經驗數據中的最小值＜
在第2. 6節列出了管內單相流體換熱系數的計算方法，以水為例的一組計算結果見表4.5.4,可以看出，當管內流速低于0.2 m/s時,管內換熱系數值很低，而傳熱系數永遠低于最小的換熱系數值，因而導致傳熱系數的下降，甚至可能低于經驗數據。

表 4. 5.4		以水為例的計算結果
管內流速。/(m • s ')	0. 05	0. 1	0.2	0.5	1.0
管內Re數	5 258	10 516	21 033	52 584	105 169
hi/（W • m-². ℃-1）	600	1 045	1 820	3 788	6 595

由表4.5.4中的計算結果可知，為了保證管內有足夠高的換熱系數，管內水的流速應大于0. 2 ~0.5 m/s,在空冷器結構設計中，如果選取的單管程的管子數目太多，就會導致管內換熱系數和傳熱系數過低的情況。
幾個設計例與經驗數據的比較如下：
(1) 在例4. 2. 1中，空冷器管內是水的冷卻，計算的傳熱系數值為435 W/(m² • ℃)，而由表4.5. 1查取的數據是600 -700 W/(m² • ℃),大于計算值,可能的原因是計算值對應的管內流速較低，僅為0.205 m/s；
(2) 在例4.3. 1中，空冷器管內是水蒸氣的凝結和凝結水的冷卻，計算結果是:凝結段的傳熱系數為667. 5 W/( m² .℃)，而在表4. 5. 2中推薦的數值為700 ~ 800 W/(m² • ℃)；在水冷卻段,傳熱系數的計算值為100.3 W/(m² •℃)，比在表4. 5. 1 査取的數據600 ~ 700 W/(m² •℃)要小得多，主要原因是蒸汽凝結后的液量的體積變小，導致管內水的流速過低所致”
由此可見，由于設計條件差別很大，如有可能，空冷器的傳熱系數還是應以計算為主, 而以上述經驗數據作為參考。

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