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山 东 化 工 收稿日期：２０１９－０８－０８作者简介：程世权（１９８７—），江西余江人，工程师，就职于中石化宁波工程有限公司，主要从事配管工作。
浅谈空冷器的配管设计程世权（中石化宁波工程有限公司，浙江宁波 ３１５１０３）摘要：本文对空冷器做了简单的介绍，论述了空冷器的布置及其管道布置的要求。
简述了空冷器在某煤气化项目中的布置，从分析流体偏流量、管道支撑、管道用材和管口受力四个方面，比较了项目中几种空冷器的管道布置方案，并在满足工艺和生产厂家要求的前提下，选择了容易实现的经济型方案，指出了空冷器的管道布置注意事项，对空冷器的管道布置具有参考和借鉴意义。
关键词：空冷器；管道；布置中图分类号：ＴＱ０５１．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１９－０１５８－０２ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＰｉｐｅｌｉｎｅＬａｙｏｕｔｏｆＡｉｒＣｏｏｌｅｒＣｈｅｎｇＳｈｉｑｕａｎ（ＳＩＮＯＰＥＣＮｉｎｇｂｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１０３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｉｒｃｏｏｌｅｒｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆａｉｒｃｏｏｌｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｌａｙｏｕｔａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆａｉｒｃｏｏｌｅｒｉｎａｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｉｓｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｒｏｍｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｕｉｄｐａｒｔｉａｌｆｌｏｗ，ｐｉｐｅｓｕｐｐｏｒｔ，ｐｉｐｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｐｉｐｅｏｒｉｆｉｃｅｆｏｒｃｅ，ｓｅｖｅｒａｌｐｉｐｅｌｉｎｅｌａｙｏｕｔｓｃｈｅｍｅｓｏｆａｉｒｃｏｏｌｅｒｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｏｎｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ，ａｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｓｃｈｅｍｅｗｈｉｃｈｉｓｅａｓｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｎｄｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｍａｔｔｅｒｓｎｅｅｄｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｌａｙｏｕｔｏｆａｉｒｃｏｏｌｅｒａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｌａｙｏｕｔｏｆａｉｒｃｏｏｌｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｒｃｏｏｌｅｒ；ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｌａｙｏｕｔ 在传统化工冷却系统中，广泛采用水作为冷却介质，随着水资源的紧张，空冷器逐渐有了广泛应用。
加氢装置高压空冷器的防腐设计分析加氢装置是炼油厂的关键部件之一，用于将重质石油馏分转化为轻质产品。
在加氢装置中，高压空冷器是一个十分重要的组件，用于冷却高压氢气。
在使用过程中，高压空冷器存在着腐蚀的风险，因此需要进行防腐设计分析，以保证其安全可靠地运行。
高压空冷器通常由碳钢、不锈钢等材料制成，这些材料在高压氢气环境中容易发生腐蚀。
在设计中需要考虑腐蚀问题，采取相应的防腐措施，保证其使用寿命和安全性。
本文将从材料选择、防腐涂层、定期检查等方面对高压空冷器的防腐设计进行分析，并提出相应的建议。
首先是材料选择。
对于高压空冷器来说，材料的选择至关重要。
在高压氢气环境下，不锈钢是一种常用的材料，其具有较好的耐腐蚀性能。
钛合金、镍基合金等材料也具有良好的耐腐蚀性能，可以作为高压空冷器的材料选择。
在选择材料时，需要考虑到材料的机械性能、耐热性能以及成本等因素，综合考虑后选择合适的材料才能保证高压空冷器的防腐蚀性能。
其次是防腐涂层。
除了选择具有良好耐腐蚀性能的材料外，高压空冷器通常还需要进行防腐涂层的处理。
防腐涂层可以有效地阻止高压氢气对材料表面的侵蚀，延长设备的使用寿命。
常用的防腐涂层包括环氧涂层、氟塑料涂层等，这些涂层能够有效地隔绝外部介质，使得高压空冷器表面免受腐蚀的影响。
在选择和应用防腐涂层时，需要考虑涂层的耐压性能、耐热性能、附着力以及对环境的适应性等因素，同时需要确保涂层的质量和施工工艺，以保证其在使用过程中的有效性。
定期检查也是高压空冷器防腐设计的重要环节。
在设备运行中，定期对高压空冷器进行检查和维护，发现腐蚀、磨损等问题及时处理，可以有效地延长设备的使用寿命，保证其安全可靠地运行。
定期检查的内容包括对防腐涂层的检查、设备表面的腐蚀情况的评估、连接部位的密封情况等。
通过定期检查，可以及时发现潜在的问题并采取相应的措施，保证设备的安全运行。
高压空冷器的防腐设计是非常重要的。
在设计中，需要选择具有良好耐腐蚀性能的材料，同时进行有效的防腐涂层处理，并进行定期检查和维护。
加氢装置高压空冷器的防腐设计分析加氢装置高压空冷器是石油化工生产中一个重要的设备，用于加氢反应中的热交换，其工作环境复杂，要承受高压、高温和腐蚀等多种因素的影响，因此其防腐设计尤为重要。
本文主要针对高压空冷器的防腐设计进行分析。
1.材料选择高压空冷器的防腐设计首先要从材料选择入手，通常情况下选择耐腐蚀性能好的材料，如316L不锈钢、钛合金、哈氏合金等。
此外，对于具有特殊加工工艺及环境要求的部位，还可以采用复合材料或特殊涂层。
2.涂层设计合理的涂层设计也是防腐设计的关键。
一般采用喷涂、热喷涂等方法进行涂层处理，涂层材料常用的有环氧树脂、氨基树脂、聚脲等。
涂层的质量通常由涂层材料性能、涂料厚度、涂料表面处理等因素决定。
3.排水、防结露设计加氢反应中，高压空冷器的冷却效果与其表面结露水膜的清晰度密切相关。
如果结露水膜过厚，会导致设备表面积存腐蚀，从而影响设备的耐腐蚀性能和正常运行。
因此，在设计高压空冷器时，要考虑排水方案和防结露设计，合理设计排水系统，使结露水膜连续、清晰，并采取有效的防结露措施，如设备表面温度调节、保温等。
4.防止过热高压空冷器的正常工作需要维持一定的温度控制。
如果温度过高，容易引起加氢反应过程中的爆炸等危险情况。
因此，在防腐设计中，要考虑对设备进行冷却控制，采取有效的过热保护措施，如设备表面温度控制、冷却系统等。
综上所述，对于对于加氢装置高压空冷器的防腐设计，需要从材料选择、涂层设计、排水防结露、过热保护等方面进行全面考虑，以确保设备在复杂的工作环境下具有较好的防腐蚀性能，能够稳定运行。
本科毕业设计(论文)题目：空冷器工艺计算软件开发及200kCal/h空冷器设计学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程班级： 2011级 01 班学号： 201102060125学生姓名：严培杰指导老师：张玮陈冰冰提交日期： 2015年 6月日姓名：严培杰指导老师：陈冰冰、张玮浙江工业大学机械工程学院摘要本文主要介绍了空冷器的发展以及空冷器工艺计算软件的开发。
通过Visual.Basic 6.0编写了空冷器工艺计算软件，其中包含了常用冷却液体的物性参数数据，可实现传统空冷器的工艺计算。
其中软件的设计思路和特点尤为重要，本文还采用软件计算和人工计算进行比较的方法，对算例进行了对比，其结果表明该软件操作方便，功能完善，可有效进行空冷器的工艺计算。
关键词：空冷器；工艺计算；翅片管；软件开发The development of air cooler's Process Calculation Software and200kcal/h air cooler's DesignStudent: peijie yan Advisor:Dr.Bingbing chen Dr.wei zhangCollege of Mechanical EngineeringZhejiang University of TechnologyAbstractThis article mainly introduced the development of air cooler and the development of air cooler's process calculation software.We write the air cooler's process calculation software through Visual.Basic 6.0, and the software includes so me common liquid’s Physical param- -eters, it can use in traditional process calculation of air cooler.The software design ideas and features are particularly important。
空冷器的设备布置及管道布置设计0 前言作为当下较为常见的热交换设备，空冷器是将空气作为冷介质进行换热，高温介质一般从管内流通，通过换热元器件与空气形成对流热交换，与传统水冷却相比，空冷器具有节水、环保的特点，可大幅降低工业废气废水的排放，且设备运营维护成本较低，其中干式空冷器具有占地小、投资少、操作简单的优势，是当下石化行业中应用最为广泛的空冷形式。
从空冷器平面布置、占地、空间限制等考虑，需要加强管道布置、平台布置方面的管理。
一般状况下空冷器管束分为斜顶、水平两种形式，管程包括单管程、双管程等。
本文从空冷器布置方法、管道走向等进行了分析，旨在为设计工作奠定一定的理论基础。
1 空冷设备布置分析1.1 避免热风循环空冷器是借助环境中空气进行冷却的设备，因此空气入口温度的影响极为突出，对整体换热效果具有不可低估的作用，必须加强热风循环现象的防治。
从避免外界热风、高温设备影响的角度出发，空冷器一般需要布置在全年最小频率的下风向。
对于多台空冷器进行处理中，一般是采用成组布置的方法，不可在其间留有空隙。
多组同类空冷设备如果无法进行同时布置处理中，尽量将其维持在同一海拔高度，这是避免热风循环的常规举措。
此外，需要引起重视的是引风式、鼓风式空冷设备运行机理不同，一般不建议混合布置，如果受场地要求等必须混合布置时，需要保证引风空冷设备的管束与鼓风设备的风扇维持在一个高度上。
此外，需要将引风空冷器布置在鼓风空冷器的最小频率下风向上。
1.2 空冷器布置及梯子平台布置的分析空冷器选型环节中，需考虑设备是布置在管廊之上，还是构架之上。
为了保证布置合理，水平空冷器的本体方面，需要保证其构架柱脚跨度与下部支撑吻合，这对管道走向、进出口布置、平台设计等均具有积极的影响，可提高下部支撑结构受力合理性。
此外，空冷器的布置中，需要对管道布置的特殊性进行分析，如塔顶和空冷器的管道连接中，需要考虑低布置的方法，避免“U”形结构的发生，还要缩减管道长度、拐弯等状况，同时竖向布置方面，需要加强塔顶、空冷器之间以及空冷器到冷换构架之间的优化。
第四章空冷器的设计4.1 空冷器的设计条件4.1-1 设计条件1. 空气设计温度设计气温系指设计空冷器时所采用的空气入口温度。
采用干式空冷器时，设计气温应按当地夏季平均每年不保证五天的日平均气温[1][2][3]。
采用湿式空冷器时，将干式空冷器的设计气温作为干球温度，然后按相对湿度查出湿球温度，该温度即为湿式空冷器的设计气温。
我国各主要城市的气温列于附表4－1。
从该表可见我国绝大多数地区夏季平均每年不保证五天的日平均气温低于35℃。
当接近温度大于15－20℃时，采用干式空冷器比较合理。
在干燥炎热的地区，为了降低空气入口温度可以采用湿式空冷器。
2. 介质条件（1）适宜空冷器的介质条件适于采用空冷器的介质有石油化工过程中的气体,液体，水和水蒸汽等。
3.热流的操作条件（1）流量。
根据工艺要求而定。
（2）操作压力。
根据国家标准“空冷式换热器”的规定，最高的设计压为35 Mpa，这个压力可以满足石油化行业空冷器的操作要求。
（3）入口温度热流的入口温度越高其对数平均温差越大，因而所需要的传热面积就越小，这是比较经济的。
但是，考虑能量回收的可能性，入口温度不宜高，一般控制在120～130℃以下，超过该温度的那部分热量应尽量采用换热方式回收。
在个别情况下，如回收热量有困难或经济上不合算时，可适当介质入口温度。
就空冷器本身而言，考虑到介质温度升高会导致热阻的增加，传热效率下降，绕片式翅片管的工作温度可用到165℃而锒片式翅片管可用到200℃如果热流入口温度较低（低于70~80℃），可考虑用湿式空冷器。
（4）出口温度与接近温度对于干式空冷器出口温度一般以不低于55~65℃为宜[3]，若不能满足工艺要求，可增设后湿空冷，或采用干－湿联合空冷。
接近温度系指热流出口温度与设计气温之差值。
干式空冷器的最低值应不低于15℃[3]，否则将导致空冷器的面积过大，这是不经济的。
上述的设计数据应填入表4.1-1的”空气冷却器规格表”内.表41-1 空冷器设计规格表构架数量化学清洗片距架中心距特殊接管法兰面型式印记有无百叶窗自动手动温度表振动切换开关有无压力表机械设备风机型号驱动机型式减速机型式风机台数驱动机台数减速机台数风机直径驱动机转数转/分传动比风机功率驱动机功率功率调节型式: 手调自调调频转数:转/分支架支座材料: 叶片轮毂控制发生故障时的风机角度最大最小锁住百叶窗控制发生故障时的风机速度最大最小锁住出口温度控制精度±℃空气再再循环内循环外循环蒸汽盘管有无占地面积M2 总重kg运输重kg图号4.2翅片管参数的优化翅片管是空气冷却器的传热元件，翅片管的参数对空冷器的传热效率、功率消耗和噪声等有直接的关系[4]。
因此，选择合适的翅片管参数对空冷器设计是非常重要的的.以下就翅片管参数对传热和阻力降的影响及如何选择作出评述。
1 翅片管的参数翅片管的参数主要是指它的几何参数如图1所示。
图4.2-1 翅片管的几何参数图中几何参数的意义如下：b－翅片平均厚度，m ；b =0.5(bp +br)bp翅片顶部厚度，m ；br翅片根部厚度，m ；d－光管外径，m ；D－翅片外径，m ；dr－翅片根部直径，mH－翅片高度，m ；S－翅片间距，m ；ST－翅片管横向管心距，m ；SL－沿气流方向的管排之管心距，m ；一般说来，翅片管的光管直径、翅片厚度基本上是固定的。
所以在评价翅片管的性能时选择的参数主要是翅片高度，翅片间距和管心距。
这些参数对翅片管的翅化比起主导作用，同时对传热和压力降也产生很大影响。
翅片管参数的优化主要是指空冷器设计中如何合理地选择片高、片距和管心距这三个参数，使所设计的空冷器得到较高的传热效率和较低的阻力损失。
从而使空器设计处于较优的状态。
2 翅片管的翅化比和有效翅化比在空气冷却器中，管外以空气作为冷却介质与管内的热介质进行热交换。
由于空气的导热系数低引起管外侧的传热系数也较低，为了弥补管外侧的传热系数的不足，所以在管外增加翅片以达到强化传热的目的。
管外的翅片总面积与光管表面积之比称之为翅化比。
翅化比表示如下：o rf A AA+＝ε（4.2-1）式中：ε－翅化比Af－翅片表面积，m2；Ar－翅片根部面积，m2；Ao－光管外表面积，m2。
这个翅化比是几何翅化比，它没有考虑到翅片的效率。
翅片管的传热效率与翅片管的表面温度有关，翅片表面温度自根部至顶部是递降的，愈到翅顶，其传热平均温差愈低，传热效果就愈差。
翅片的传热效率为：E f ＝度主流温度－翅片根部温均温度主流温度－翅片表面平从文献[5]可得：bh H 1632.0092.1E m of •λ-= （4.2-2） 式中：E f －翅片管的传热效率 H －翅片的高度，m ；h o －翅片管对空气侧的传热系数，W/(m 2.K)λm －翅片材料的导热系数，对于铝 为203.5 W/(m.K) 将以上数据代入上式得到高低翅片管的效率如下： 高翅片效率， E f =1.092-0.1736 U F 0.359 低翅片效率， E f =1.092-0.1298 U F 0.359 式中的U F 为标准状态下的迎面风速，m/s ..两种翅片高度的翅片效率与迎面风速的关系如图 4.2-2 所示。
从图中可以看出翅片高度是影响翅片效率的主要因素，低翅片比高翅片有较高的翅片效率。
翅片的效率随迎风面风速 的增加而下降，0.760.780.80.820.840.860.880.90.920.94 2.32.52.83.23.5迎面风速m/s翅片效率图4.2－2 高低翅片的效率翅片效率与翅片材料、翅片厚度和高度、空气侧传热系数有关。
当翅片效率求得后便可由下式求翅片管有效翅化比：brf f A A A +εE ＝（4.2-3） 式中：ε－ 翅片管有效翅化比 。
从图4.2-2可以看出，低翅片有较高的翅片效率，但由于它的翅化比低，最终的有效翅化比还是比不上高翅片，所以在设计中当管内侧的传热系数较高时还是采用高翅片为好。
如果管内的传热系数较低时则应采用低翅片管。
2、 翅片管几何参数与管外侧传热系数的关系计算管外空气侧传热系数的公式很多，在进行翅片管参数评价时可采比较通用的Briggs 公式[6]，该公式的标准误差为5.1％。
该式适用于各种翅片高度、片距、管心距等.将空气参数、迎面风速代入相应的准数并加以化简，便得到以光管外表面为基准的管外侧传热系数如下式所示：（4.2-3） 式中：h 0 － 管外侧的传热系数 W/m 2.Kεμρλ718.0296.0333.0718.0282.0718.00)()(1378.0Frr U HS p a d h -=Pr －空气的普兰特准数；λμ=C Pr ； λ－空气导热系数，W/m.K ； μ－空气的粘度，pa.s ; C －空气的比热，J/(kg.K) ;U F －标准状态下的迎风面风速，m/s ； ρ－空气密度，kg/m 3 ；S-翅片净间距，m H-翅片高度，m d r -翅根直径，mε－ 翅片管的有效翅化比a －系数，为迎风面积与最窄通风面积之比值。
它是与翅片管的高度、管心距和片厚有关的参数。
)(75.0a r r d D Sbd ---=T TS S (4.2-4)将空气为60℃时的物性参数代入可得管外侧的传热系数表达式：（4.2-5）从上式可看出，管外给热系数是翅片管根部直径、片距、片高、管心距、迎风面风速和有效翅化比等的函数，除迎风面风速外均是翅片管的几何参数，这些几何参数有的是互相关联的，为了确切地说明这些几何参数对空气膜给热系数的影响，下面就以高低两种翅片，各选两种管心距和三种不同片距，计算出不同风速下的空气膜给热系数，并将其结果绘成下图（图4.2-3）ε718.0296.0718.0282.00)(69.8F r U H S a d h -=2004006008001000120014001.522.533.54管外侧传热系数 W /(m ^2.K )_图4.2-3 翅片管的管外空气侧传热系数从图4.2-3可看出：（1） 各种几何参数的翅片管，其管外空气侧的传热系数随迎风面风速的增加而增加（2） 翅片管空气侧的传热系数随翅片的高度的增加而增加； （3） 翅片管空气侧传热系数随翅片间距的增加而下降； （4） 翅片管空气侧传热系数随管心距的增加而下降；为了工程上的估算方便，下面给出两种翅片管的简化计算公式： 高翅片管（翅片高H=16m ）： h 0=441.51U F0.718低翅片管（翅片高H=12.5mm ）: h o =395.11U F 0.718上两式的简化条件是：空气定性温度60℃ ；光管外径do=25mm ；翅片厚度b=0.4mm;高翅片的翅片效率E f =0.85;低翅片管的翅片效率E f =0.9翅片间距S=2.31mm2、翅片管的几何参数与管外压力降的关系空气流经翅片管管外侧时，气流对翅片表面的摩擦、气体的收缩和膨胀引起了气流的压力损失，通常称之为管外压力降。
这种压力降主要与风速、翅片管型式、几何参数及制造质量有关。
至今为止，压力降的精确理论计算尚未见到，目前所采用的计算公式均是经验公式。
国内外在这方面都做出大量的实验，归纳出各种型式的关联式，下面是罗宾逊（Robinson）和勃列格斯（Briggs）[7]通过试验归纳的计算式：△Ps＝37.86Re-0.3182515.0927.0rT2)()dS(sLT GnSSρ⨯-（4.2-6）若取空气定性温度为60℃时的物性参数代入（4.2-6）式得：△P s=0.0678 N t S T-0.927a1.684U F1.684（4.2-7）式中：△Ps－管外侧静压降，paNt－沿气流方向翅片管的排数；ST－管束的横向管心距，m ；a －管束的迎风面积与最小通风面积之比；UF－迎风面风速 m/s为了便于分析比较，将不同片高、片距和管心距的翅片管，改变迎风面风速按（4.2-7）式计算出相应参数下的管外静压降，并将结果绘于图4.2-4。
5101520251.522.533.54静压降 m m 水柱图4.2-4 翅片管的管侧静压降从图4.2-4可看出：（1） 管外静压降随风速的增加而增加；（2） 在相同的风速下，管外静压降随管心距的增加而下降、随翅片间距的加而减少。
空冷器中翅片管的管外静压降是决定功率消耗的重要因素 。
另一方面，静压降的增加也导致了噪声的增大。
因此，从降低功率消耗和噪声来看，都需要找出一组较为合适的翅片管参数，使得它的压力降最小。
3 翅片管几何参数的选择尽管空冷器采用的冷却介质是取之不尽的空气，但要达到高效地利用空气亦不 是一件易事。
因此空冷器的优化设计就成了众所关心的课题。
为了达到空冷器的优化设计的目的，需要将空冷器的翅片管几何参数与整个空冷器费用进行关联，找出它们之间的关系，为合理选用翅片参数提供依据。
