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摘要 離心壓縮機(jī)要實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，效率優(yōu)化，保證出口壓力和溫度指標(biāo)，各段間要配置中間冷卻器。由于壓縮機(jī)對(duì)各段間允許的壓力損失和進(jìn)口溫度的嚴(yán)格要求，決定了中間冷卻器設(shè)計(jì)選型的特殊性。中間冷卻器幾乎涵蓋了所有管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式,這正體現(xiàn)了它集各種形式換熱器優(yōu)點(diǎn)于一身的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)也是應(yīng)對(duì)多種機(jī)型，大跨度工礦范圍的必然選擇。
　　關(guān)鍵詞：離心空壓機(jī),冷卻器

　　一 前言

　　目前離心空壓機(jī)被廣泛應(yīng)用在，空分、冶金、化肥、化工、制藥、動(dòng)力站等領(lǐng)域。離心壓縮機(jī)要實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，效率優(yōu)化，保證出口壓力和溫度指標(biāo)，各段間要配置中間冷卻器。由于壓縮機(jī)對(duì)各段間允許的壓力損失和進(jìn)口溫度的嚴(yán)格要求，決定了中間冷卻器設(shè)計(jì)選型的特殊性。中間冷卻器幾乎涵蓋了所有管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式,這正體現(xiàn)了它集各種形式換熱器優(yōu)點(diǎn)于一身的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)也是應(yīng)對(duì)多種機(jī)型，大跨度工礦范圍的必然選擇。

　　中間冷卻器有壓縮機(jī)之肺的形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響壓縮機(jī)的氣動(dòng)性能和整機(jī)效率。隨著為離心空壓縮機(jī)配套的中間冷卻器的增多，一個(gè)適應(yīng)各種工礦和不同機(jī)型的冷卻器系列也自然形成，在此做一簡(jiǎn)單概述。

　　二　中間冷卻器的適用范圍和設(shè)計(jì)參數(shù)確定

　　為了更深入的理解中間冷卻器的多樣性和復(fù)雜性，了解其適用范圍、特征和重要參數(shù)的取值依據(jù)是非常必要的。下面是據(jù)此歸納的特性表。

　　中間冷卻器技術(shù)特性表（1-1） 

　　從表（1-1）中可以看出，溫度范圍、允許壓力損失、污垢系數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值變化較小，而空氣的流量范圍、壓力范圍、相對(duì)濕度三項(xiàng)指標(biāo)變化范圍較大。熱負(fù)荷（換熱量）的大小是決定換熱器面積的主要因素，而上述三項(xiàng)指標(biāo)的大范圍工況跨度決定了熱負(fù)荷（換熱量）的差異很大，在中間冷卻器幾何外形上的反映尤為直觀，表1-2可見(jiàn)一般。

　　中間冷卻器特征表 (1-2)

　　溫度變化范圍和允許壓力損失范圍從數(shù)值上看波動(dòng)范圍小，但這兩項(xiàng)指標(biāo)恰恰是中冷器必須嚴(yán)格遵循指標(biāo)，是保證壓縮機(jī)在性能曲線上運(yùn)行的前提，在國(guó)外的中冷器技術(shù)協(xié)議中，經(jīng)常見(jiàn)到諸如：出口溫度升高一度，壓力損失超過(guò)一毫巴,扣除貨款x%的附加條款，可見(jiàn)這兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)整個(gè)機(jī)組的重要程度。

　　相對(duì)濕度是當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿獾南鄬?duì)濕度， 隨著季節(jié)和天氣的變化而變化，進(jìn)入壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)一段壓縮和冷卻后，飽和分壓達(dá)到100%，過(guò)飽和部份冷凝析出。以出口壓力1Mpa的空壓機(jī)為例，占75%的水蒸氣在中冷器內(nèi)被冷凝排出，所以中間冷卻器的設(shè)計(jì)中要增設(shè)冷凝水的分離排放系統(tǒng)。

　　污垢系數(shù)在整個(gè)中冷器運(yùn)行中是一個(gè)逐漸增大的數(shù)值，它的存在對(duì)有效換熱是一種阻礙，（也稱熱阻），在設(shè)計(jì)中應(yīng)與重視，通常污垢系數(shù)的取值是在最惡劣工礦下且滿足中冷器使用的極限值，在充分考慮空氣環(huán)境，檢修周期，水質(zhì)條件的前提下，由用戶和設(shè)計(jì)方共同確認(rèn)，保證中冷器和真實(shí)工礦的吻合，實(shí)現(xiàn)中冷器效益的最大化。

　　三　中間冷卻器的結(jié)構(gòu)形式與適用場(chǎng)合

　　中間冷卻器的核心元件是換熱管，在中冷器中，換熱管有以下幾種形式：光管，翅片管，。下面以換熱管形成的中間冷卻器形式分項(xiàng)概述。

　　光管-中間冷卻器

　　光管制成的中間冷卻器主要是GB151中定義的換熱器形式，即：固定管板式；浮頭式；U型管式；填料函式。

　　換熱管規(guī)格為：Φ25；Φ20；Φ19；Φ16。材質(zhì)為：20#；不銹鋼；銅及銅合金。

　　在流量小于30000Nm3/h；進(jìn)氣壓力小于1.6Mpa;機(jī)組為雙層布置；對(duì)壓力損失要求不嚴(yán)格；機(jī)組做為動(dòng)力站使用的場(chǎng)合，可采用固定管板式、浮頭式中冷器，殼程走高溫空氣，管內(nèi)走冷卻水，這兩種換熱器浮頭式優(yōu)于固定管板式，因?yàn)楦☆^式結(jié)構(gòu)可消除溫差應(yīng)力，管束可更換，缺點(diǎn)是成本高于固定管板式換熱器。

　　在流量小于30000Nm3/h；進(jìn)氣壓力大于4.0Mpa，對(duì)壓力損失要求嚴(yán)格，可采用U型管式、填料函式中冷器，管內(nèi)走高溫空氣，殼程走冷卻水。在相同殼徑下，U型管式為兩氣程，而填料函式為單氣程，所以填料函式中冷器的損失小于U型管式結(jié)構(gòu)，而制造成本則相反，在設(shè)計(jì)中可視損失要求而定。

　　在中冷器后單獨(dú)配備分離器實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝水的分離排除?？傮w而然，光管形式的中間冷卻器設(shè)備大，壓力損失大，單位體積換熱面積小，換熱效率低，一般用在非重要的場(chǎng)合，不作為中間冷卻器的首選形式，但因其成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，制造工藝成熟，還有一定的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是U型管式、填料函式中冷器在空氣壓力較高的場(chǎng)合，是其他形式的換熱器無(wú)法替代的。

　　翅片管-中間冷卻器

　　在中間冷卻器的全流量范圍內(nèi)，進(jìn)氣壓力小于7Mpa；對(duì)壓力損失控制嚴(yán)格；要求中間冷卻器體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，冷卻水耗量小的場(chǎng)合，采用翅片管-中間冷卻器。同時(shí)，各種翅片管形成的換熱器，有其各自的特點(diǎn)。

　　翅片管分為：板翅，繞翅，復(fù)合翅片管，內(nèi)翅片管等幾種形式，中間冷卻器通常由殼體，管束，前、后水蓋，內(nèi)置式分離器組成。殼側(cè)（即翅片側(cè)）走高溫氣體，管內(nèi)走冷卻水。管束由翅片管和管板組成，是完成換熱的場(chǎng)所，此類中間冷卻器的設(shè)計(jì)，就是圍繞管束的設(shè)計(jì)展開(kāi)的。

　　在氣-水換熱中，氣側(cè)的傳熱系數(shù)與水側(cè)的傳熱系數(shù)相差至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，強(qiáng)化氣側(cè)傳熱系數(shù)，是增大總傳熱系數(shù)，提高換熱效率的關(guān)鍵，翅片管的翅化比（單位長(zhǎng)度的翅片管面積與光管外表面積之比）通常在12以上，這大大彌補(bǔ)了氣側(cè)傳熱的先天不足住，是光管換熱器望塵末及的，氣體在翅片間流過(guò)，流通面積大、流程短，壓力損失小。

　　管材規(guī)格：Φ19；Φ18；Φ16；Φ12。材料：20#；不銹鋼；銅及銅合金。翅片厚度：0.15~0.4。

　　材料：Al;T2。換熱管與翅片連接方式：脹接；釬焊，擠壓復(fù)合。

　　板翅管是由一張張矩形的板片與換熱管脹接成一個(gè)單元換熱管，再由單元組成管束。板片先經(jīng)沖壓成形，按等邊三角形或轉(zhuǎn)角正方形沖出管孔，將換熱管穿入孔中，管內(nèi)打彈脹接成形，如在板翅上再開(kāi)些溝槽，強(qiáng)化流經(jīng)氣體的湍流程度，換熱效果會(huì)更好。板翅和換熱管材料：Cu，Al.該類型管束適用于流量小，氣速低，氣壓低，氣流穩(wěn)定的場(chǎng)合，它的換熱性能較好，但強(qiáng)度低，抗振動(dòng)能力差，脹接不好板翅與換熱管易脫落；由于制造工藝限制，管束不能做大。

　　釬焊翅片管也叫繞片管，是用銅帶纏繞在銅或銅合金換熱管上，再用錫焊固定而成，翅片管外觀質(zhì)量好，片厚勻均，換熱管截面有園型和橢園型兩種，成型過(guò)程中對(duì)換熱管沒(méi)有機(jī)械損傷。該類型翅片管制成的管束，適合于全流量范圍，但最高氣溫應(yīng)小于130oC，換熱管與管板的連接不宜采用焊接結(jié)構(gòu)。

　　復(fù)合翅片管是近幾年來(lái)大量使用的換熱管材料，它是在基管外套一厚壁鋁管，通過(guò)專用軋輥，將鋁管扎制成規(guī)定高度的翅片，同時(shí)，翅片根部殘留的鋁管部分被牢牢地?cái)D壓扎緊在基管上，不看翅片管斷面，很難想象是兩種材料復(fù)合而成的翅片管，翅片是鋁(Al),基管可以是：20#，不銹鋼，銅及銅合金。翅片間距和翅片厚度通過(guò)調(diào)整軋輥間隙極宜實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的自由度大為增強(qiáng)，軋制的過(guò)程也是鋁翅片冷做硬化的過(guò)程，加之后續(xù)的堿洗，烘干，翅片表面形成氧化膜，起到了防腐的作用。這種翅片管的整體性好，堅(jiān)固耐用，適用范圍廣，換熱效果也很理想，在一些重要項(xiàng)目，重大產(chǎn)品上多采用此類翅片管做中間冷卻器，效果很好。

　　內(nèi)翅片管是一種新型的換熱管結(jié)構(gòu)，它主要為小流量，組裝式離心壓縮機(jī)配置中間冷卻器和出口冷卻器，換熱管與翅片為銅材，翅片夾裝在換熱管內(nèi)，制成管束后，組裝在壓縮機(jī)級(jí)間管路內(nèi)，管內(nèi)走高溫氣體，管外走冷卻水，翅片管長(zhǎng)度1米左右，這種中間冷卻器換熱效率很高，壓力損失很小。

上述中間冷卻器的出口側(cè)，都加裝分離器，分離冷凝水，匯集到設(shè)備底部由輸水器排出。

　　翅片管式中間冷卻器在離心空壓機(jī)中大量應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)緊湊，低耗高效是其被選中的主要原因，但它組成管束的抗振動(dòng)能力和翅片強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中要充分考慮；翅片間的間距小，流道窄，易殘留結(jié)垢，對(duì)氣流的純潔度應(yīng)限定。

　　四　結(jié)束語(yǔ)

　　離心壓縮機(jī)在裝置中屬心臟設(shè)備，是保證流程運(yùn)行的關(guān)鍵，所以對(duì)其運(yùn)行的穩(wěn)定性和連續(xù)性的要求是很高的，同時(shí)對(duì)開(kāi)停車短時(shí)變工況也要有機(jī)械承載能力，這就要求與之配套的中間冷卻器也具有這種性能，單臺(tái)設(shè)計(jì)是離心壓縮機(jī)的又一特點(diǎn)，同樣與之配套的中間冷卻也要一一對(duì)應(yīng)，永遠(yuǎn)將換熱器的最新科技成果，應(yīng)用于離心空壓縮機(jī)中間冷卻器-是必然的選擇。