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双管束冷却器的设计开发

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换热管数 量， 根 介质温度 ℃
２设计 的步骤
我厂曾经 为医药公司设计过水煤气压缩机组 ，我 以此机
． ２强度计算 组的参数作 为设计依据 ，设计一种 新型 的双管束冷却分离器 ２
组合设备。
强度计算时， 壳体、 管箱 的计算基本同于一般 的复合管式
相对而 古 ， 在计算水箱时， 要按循环水和深 压缩机 组的参数 ： 质量流量为 ７ ５ ０ ０ ０ Ｎｍ ３ ／ ｈ ， 机组进 口气 换热器是一样 的，
—
■ｍ论坛 ・２ ０ １ ３年第 １ １ 期（ 下 ）——
湿度 ９ ０ ％， 分子量 为 ２ ８ ． ９ ５ 。 ２ ． １ 热 力计算
２ － ３ 结 构 设 计
结构设计是此次设计 的重点 ， 尤其是管箱、 管束 、 分离器
见图 ｌ 、 图２ 、 图３ 。 传热采 用成 熟的计算软件 Ｄ ＧＫ和 Ｈ Ｔ Ｒ Ｉ ， 该软件能够计 的设计，
—
场 的需要，我们经过认真的研 究和探讨研发 出这种双管束冷
却器 从 而 填 补 我 公 司 在 此 项 目上 的 空 白 。
传热系数／ （ Ｗ， 埘 ） 传热而积／
ｍ
表 ２ 使用 深冷水的管束
６ ｌ １ ３ ７ ４ ０ ． ｏ ｏ ｌ ０ ． Ｏ ２ ｌ ７ － ２ ４ 壳径 ｍｍ 水程数 冷却水流 速／ （ ／ｓ ｍ ） 气 体流速／ （ ／ｓ ｍ ） 耗 水量 ２ ２ ０ ０ ２ Ｏ ． ９ １ １ Ｏ ５ 管柬 Ｋ 度 ｍｍ 而积余鼍／
０ ． Ｏ ６ ０ ３ ２ ． ４ Ｏ
壳径 ｍ ｍ 水程数 冷却水流 速／ （ ｍ ／ ｓ ）
气 体 流 速／ （ ｍ／ ｓ ） 耗水黄 ｔ ／ ｈ
２ ２ ０ ０ ２ ２
而积余最／
％
７ ６ ｏ ｏ Ｉ ２ － ３ ５ ｌ ０
关键词 ： 双管束 结构设计 中图分类号： Ｔ Ｑ０ ５ １ ． ５ 深冷水 文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ７ ． ３ ９ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ １ － ０ ４ ６ ． ０ ２
ｌ 设计开发的出发点
算多种形式的冷却器 。做此冷却器计算时需要把传热计算分
ｌ ２ ７ － ４ Ｏ
的采购成本 。介于这种 原因，我们就研发了这种双 管束换热
器， 把 ２个气 体冷却器 的融合到一起， 用一个气体冷却器把 高 温气体 降到低 ， 几 ． 尽量的少用深冷水。
我 公 司与 山东 鲁 抗 医 药股 份 有 限公 司签 订 空 分机 组项 目
气侧压力 损 失／ ＭＰ ａ
很高 ， 无形 中就增添 了用户的运行 成本 ， 也造 成了水资源 的浪
经过传热计算确定方案， 同时确定 了换热管的规格 、 数量、
费， 为了节约用水和 降低运营成本， 一般都用一个气体冷却器 壳体 的直径 、 水程布置、以及换热面积和压力损失等参数 （ 见
采用常温的循环水把 高温气体 降到 ４ ０ ￣ Ｃ左右 ， 然 后再加个气 表 ｌ 、 表２ ） ， 从而为设计提供 了依据 。
由于医药等特殊行业需要把空气冷却到 ２ ５ １ ２ 或更低 的温 成 了 ２ 个部分 ， 先计算把高温气体 １ ２ ７ ￣ Ｃ 冷却到一个适当的温 度， 这就 需要把高温的气体冷却下来， 总所周知需要冷却 的温 度 ４ ０ ℃， 然后在计算用深冷水把冷却后气 体 ４ Ｏ ℃冷到更低温
度越低 ， 需要 的冷却水的温度就要越低 ， 而这种深冷水 的价格 的温度 ２ ５ ℃， 以这种方式节约 了运行成本和设备的投入成本 。
双管束冷却器的设计开发
口 毛 荐 陈晓君 刘守奎 高 尚
（ 沈 阳鼓风机 集团股份有 限公 司容器公 司 辽宁 ・ 沈阳 １ １ ０ ８ ６ ９ ）
摘
要： 双 管束换热器是针对特殊行业要求 出气温度过低 的要求 ， 结合我公司的技 术基础设计开发的、 填补我公
司产 品空 白的一种新型换热器， 随着双管束换热器的设计 开发成功 ， 有效的提 升我公 司在换热器产 品市场的竞 争力 ， 也为用户节约成本和 占地空 间。
水 侧 乐 力 损 失／ ＭＰ ａ 冷却水温 度℃
换热管数 量， 根
介 质 温 度 ℃
时， 用户提出这个 能否把 ２ 个气体冷却器融合到一起 的问题 ，
而我方 以前没有这种换热器，用户只好采用 了 ２个冷却器才
达 到了＿ Ｔ艺要求 的温度。经过此事 为了满足用户的需求和 市
体压力为 Ｏ ． １ ＭＰ ａ Ａ， 机组进 口气体温度为 ３ ９ ℃， 机组出 口（ 即 冷水中水压最大的进行计算和设计 。如果循环水和深冷水 的 还应该考虑 下增大水箱 中隔板的厚度。简体、 冷却器进 口） 压力为 ０ ． ４ ２ ＭＰ ａ Ａ， 机组出 口（ 冷却器进 口） 温度 水压相差太 大， 利用 Ｓ Ｗ６强度软件计算。 为 １ ２ ７ ＂ （ ２ ， 冷却器允许压 力损 失为 ０ ． ０ ０ ６ ＭＰ ａ Ａ， 介质为空气 ， 封头等主要受压 件，
％
７ ６ ０ ｏ ９ ． ２ ３ ０ ６ ４ ０ － ２ ５
我这次 设计开发 的双管束冷却器 为：由换热管为复合翅
片管的管束 、 壳体与管箱等组成 ， 管程介质为冷流体、 壳程 介
质 为热 流体 。
气侧压力 损９ ￣Ｖ Ｉ Ｐ ａ 水侧压力 损失 Ｐ ａ 冷却水温 度 ℃
体冷却器采用深冷水把气温再 降到低温状态 ，这就达 到了节 约运营成本的 目的。 但这样也会是整个机组 的流程更加复杂， 也 多加 了个设备和多 占用 了很大 的空 间，并且也加大了设备
传热系数／ （ ｗ／ ｍ Ｋ） 传热而积／
ｍ‘
表 １ 使用循环水的管束
７ ４ ． ３ ２ ２ ８ １ Ｏ ． ０ ０ ２

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冷却器设计方案

冷却器设计方案

冷却器设计方案哎呀，说起冷却器设计方案，这可真是个有趣又有点复杂的事儿。

我先给您讲讲我之前遇到的一个情况。

有一次，我去一家工厂参观，正好看到他们在为一个新的生产设备安装冷却器。

那场面，真是热火朝天。

工人们忙前忙后，技术人员拿着图纸指指点点。

我凑过去一看，发现他们正在为冷却器的安装位置争论不休。

咱先来说说冷却器设计的基本原理。

这就好比大热天您想让自己凉快下来，得有个有效的办法不是？冷却器就是要把热量带走，让设备保持在合适的温度。

冷却器的类型那也是五花八门。

比如说风冷式冷却器，就像是吹风扇，靠空气流动来散热。

还有水冷式冷却器，这就好比您热了泡在水里，水把热量带走。

风冷式冷却器呢，结构相对简单，维护也容易，但是散热效果可能没有水冷式那么厉害。

水冷式冷却器散热效果好，可系统复杂点，还得注意防止漏水啥的。

在设计冷却器的时候，得考虑好多因素。

首先就是热负荷，这就好比您知道自己有多热，才能决定用多大的风扇或者多少水来降温。

然后是冷却介质的选择，是用空气还是水，或者其他特殊的介质，这得根据具体情况来。

还有传热系数，这可是个关键指标，它决定了冷却器的效率。

再说冷却器的结构设计。

您得考虑管子的排列方式，是顺排还是叉排？这可影响着空气或者水流的流动，进而影响散热效果。

还有管子的直径和长度，太粗太长不行，太细太短也不行，得恰到好处。

另外，散热片的形状和间距也很重要，就像窗户的格子，间距合适才能通风良好。

还有啊，密封问题也不能忽视。

要是密封不好，漏风漏水，那这冷却器可就没法好好工作了。

而且，材料的选择也得讲究。

要能耐高温、耐腐蚀，还得有良好的导热性能。

回到我开头说的那个工厂，最后他们经过一番讨论，综合考虑了各种因素，终于确定了一个满意的设计方案。

看着他们完成安装，调试成功，设备正常运转，那感觉真不错。

总之，冷却器设计方案可不是一拍脑袋就能决定的，得综合考虑各种因素，精心设计，才能让冷却器发挥出最佳效果，保证设备的正常运行。

浅谈双管束冷却器的设计开发

浅谈双管束冷却器的设计开发

浅谈双管束冷却器的设计开发1 设计开发的出发点由于医药等特殊行业需要把空气冷却到25℃或更低的温度，这就需要把高温的气体冷却下来，总所周知需要冷却的温度越低，需要的冷却水的温度就要越低，而这种深冷水的价格很高，无形中就增添了用户的运行成本，也造成了水资源的浪费，为了节约用水和降低运营成本，一般都用一个气体冷却器采用常温的循环水把高温气体降到40℃左右，然后再加个气体冷却器采用深冷水把气温再降到低温状态，这就达到了节约运营成本的目的。

但这样也会是整个机组的流程更加复杂，也多加了个设备和多占用了很大的空间，并且也加大了设备的采购成本。

介于这种原因，我们就研发了这种双管束换热器，把2个气体冷却器的融合到一起，用一个气体冷却器把高温气体降到低，并且尽量的少用深冷水。

我公司与山东鲁抗医药股份有限公司签订空分机组项目时，用户提出这个能否把2个气体冷却器融合到一起的问题，而我方以前没有这种换热器，用户只好采用了2个冷却器才达到了工艺要求的温度。

经过此事为了满足用户的需求和市场的需要，我们经过认真的研究和探讨研发出这种双管束冷却器从而填补我公司在此项目上的空白。

我这次设计开发的双管束冷却器为：由换热管为复合翅片管的管束、壳体与管箱等组成，管程介质为冷流体、壳程介质为热流体。

2 设计的步骤我厂曾经为医药公司设计过水煤气压缩机组，我以此机组的参数作为设计依据，设计一种新型的双管束冷却分离器组合设备。

压缩机组的参数：质量流量为75000 Nm3/h，机组进口气体压力为0.1 MPaA，机组进口气体温度为39℃，机组出口（即冷却器进口）压力为0.42MPaA，机组出口（冷却器进口）温度为127℃，冷却器允许压力损失为0.006 MPaA，介质为空气，湿度90%，分子量为28.95。

2.1 热力计算传热采用成熟的计算软件DGK和HTRI，该软件能够计算多种形式的冷却器。

做此冷却器计算时需要把传热计算分成了2个部分，先计算把高温气体127℃冷却到一个适当的温度40℃，然后在计算用深冷水把冷却后气体40℃冷到更低温的温度25℃，以这种方式节约了运行成本和设备的投入成本。

氯甲烷冷却器双管板设计计算

氯甲烷冷却器双管板设计计算

换热管排列方式、中心距
三角形排列、22mm
/
腐蚀裕量
2
2
焊接接头系数
1.0
0.85
换热管与管板连接形式
换热管与内管板连接强度账；
换热管与外管板连接强度焊+贴账
折流板间距、数量
间距200mm；22块；折流板直径406.5mm；
缺口处直径280mm
冷却水耗量
24.9T/H
冷却器气体进气温度160℃；出口温度40℃；冷却水进水温度32℃；出口温度40℃；
0.6MPa
0.001MPa
工作压力
/
设计温度
60℃
25℃
工作温度
金属平均壁温
25℃
介质
水
氯甲烷
材质
20
S30403
焊接接头系数
0.85
1.0
设备直径
φ426（内径φ410）
φ426（内径φ410）
管板材质
S30403Ⅲ
换热管有效长度
两块内管板内壁之间距离5600
两流体定性温度差100-36=68℃；对数平均温度差30.74℃；不需要设置膨胀节。
气体质量流量计算：2348.4kg/h；冷却水耗量计算：24929kg/h；气体流速计算：11.2m/s
管板强度计算过程分两步计算：
1、外管板（管程管板）计算：
项目
管程
壳程（隔离腔）
设计压力
1.4MPa
0.001MPa
工作压力
1.2MPa;
/
设计温度
160℃
25℃
工作温度
≤150℃
金属平均壁温
68℃
25℃
介质
氯甲烷
空气
CO2热泵双级冷却套管式气体冷却器性能模拟分析

CO2热泵双级冷却套管式气体冷却器性能模拟分析

CO2 热泵双级冷却套管式气体冷却器性能模拟分析
马瑞芳 1 罗会龙 1 杜培俭 2 林辩启 1 李永亮 2 杨晓川 2
(1 昆明理工大学建筑工程学院，昆明 650500；2 昆明东启科技股份有限公司，昆明 650106)
摘 要
建立了跨临界 CO2 制冷系统中双级冷却套管式气体冷却器模型， 对管内 CO2 侧和水侧的流动及换
图 2 双级冷却套管式气体冷却器计算模型
为适度简化计算，假设：1）在每个微单元内， (6) 管的内壁温恒定，水、CO2 定性温度采用平均温度， 这以减小由于变物性所带来的计算误差； 2） 水、 CO2 式(6)中 为相对粗糙度，根据实测数据，本文计算 选用的绝对粗糙度为 5 m。 平均分到每一根套管内，且管道间没有热传导。 CO2 侧的传热系数： 对于每个流程中给定的第 j 段，可以根据能量 平衡，水侧和 CO2 侧的换热量分别由式(1)和式(2) (7) hc Nu d 确定： 式(7)中： 为的导热系数(W· m-1K-1) ； d 为内管直 (1) Q j cwp mw (Tw1, j Tw2, j )
基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAA13B02)；国家自然科学基金
力剧烈变化，使得管内的流动换热数值计算较为复 杂。 对比分析文献[2~6]， Gnielinski 公式的计算值与 实验值吻合较好。本文以能量平衡的方法建立气体 冷却器模型， 采用 Coolpack 软件进行 CO2 的热物性 计算，分析各因素对双级套管式气体冷却器换热性 能的影响。
Abstract A model was developed for two-stage tube-in-tube gas cooler in trans-critical carbon dioxide refrigeration systems. Fluid flow and heat transfer processes in both refrigerant and water sides were analyzed with the latest physical properties database and the corresponding correlations. The model was validated by the comparison between simulation result s and experimental data under various conditions. Further more, the influences of major parameters on two-stage tube-in-tube gas cooler performance were analyzed and discussed. The model developed in this paper could be used for the optimal design of gas coolers. Keywords CO2 heat pump Trans-critical cycle Two-stage tube-in-tube gas cooler Numerical simulation