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空冷器的設(shè)計參考

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空冷器的設(shè)計參考
4. 2-4. 4節(jié)主要講述了空冷器的設(shè)計方法,從計算例可知，傳熱系數(shù)的計算是設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是最復(fù)雜的步驟，尤其是對于石油化工中的換熱介質(zhì)，由于影響其物性數(shù) 據(jù)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(jié)推薦一組空冷器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，借助推薦的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可以大大簡化空冷器的設(shè)計。應(yīng)當指出，這些推薦數(shù)據(jù)是在特定的條件下給出的，因此，在選取和應(yīng)用時要特別細心,應(yīng)選取較大的設(shè)計余量，為此，本節(jié)提出了選用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的注意事項，并給出了利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的設(shè)計實例。

4.5.1空冷器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)
推薦的傳熱系數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表4. 5. 1 -4. 5. 3₀各表中的傳熱系數(shù)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(shù)/(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(nèi)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(nèi)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(zhì)量分數(shù)為25%的鹽水（水占75% ）	管內(nèi)流速＞0.5 m/s	500 ~600
水	管內(nèi)流速＞0.5 m/s	600 ?700

表4. 5.2管內(nèi)凝結(jié)空冷器（1）
流體名稱	運行條件和說明	傳熱系數(shù)/(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(yè)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(shù)/(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(shù)為100%	110 ~160	250 ~280	360 ~ 380	470-500	540 -580
氫氣，體積分數(shù)為75%	90 ?140	220 ~250	330 ?350	440 - 470	480-520
氫氣，體積分數(shù)為50%	80 ?130	190 ~220	300 ~330	410-450	470 ~500
氫氣，體積分數(shù)為25%	60 ~ 120	160 ?180	240-320	350 -380	450 ~480

應(yīng)當注意，在選用上述表格中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，除了要保證管外空氣質(zhì)量流速在3.0~

5.0 kg/(m² - s)之外，還應(yīng)保證管內(nèi)流體的流速在一定的范圍之內(nèi)。例如，當管內(nèi)是水或其他液體的冷卻時，管內(nèi)流速應(yīng)大于0. 2-0. 5 m/s,當管內(nèi)是氣體介質(zhì)的冷卻時，管內(nèi)流速應(yīng)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(shè)計安全，應(yīng)選取經(jīng) 驗數(shù)據(jù)中的最小值＜
在第2. 6節(jié)列出了管內(nèi)單相流體換熱系數(shù)的計算方法，以水為例的一組計算結(jié)果見表4.5.4,可以看出，當管內(nèi)流速低于0.2 m/s時,管內(nèi)換熱系數(shù)值很低，而傳熱系數(shù)永遠低于最小的換熱系數(shù)值，因而導(dǎo)致傳熱系數(shù)的下降，甚至可能低于經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

表 4. 5.4		以水為例的計算結(jié)果
管內(nèi)流速。/(m • s ')	0. 05	0. 1	0.2	0.5	1.0
管內(nèi)Re數(shù)	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(jié)果可知，為了保證管內(nèi)有足夠高的換熱系數(shù)，管內(nèi)水的流速應(yīng) 大于0. 2 ~0.5 m/s,在空冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果選取的單管程的管子數(shù)目太多，就會導(dǎo)致管內(nèi)換熱系數(shù)和傳熱系數(shù)過低的情況。
幾個設(shè)計例與經(jīng)驗數(shù)據(jù)的比較如下：
(1) 在例4. 2. 1中，空冷器管內(nèi)是水的冷卻，計算的傳熱系數(shù)值為435 W/(m² • ℃)，而由表4.5. 1查取的數(shù)據(jù)是600 -700 W/(m² • ℃),大于計算值,可能的原因是計算值對應(yīng)的管內(nèi)流速較低，僅為0.205 m/s；
(2) 在例4.3. 1中，空冷器管內(nèi)是水蒸氣的凝結(jié)和凝結(jié)水的冷卻，計算結(jié)果是:凝結(jié) 段的傳熱系數(shù)為667. 5 W/( m² .℃)，而在表4. 5. 2中推薦的數(shù)值為700 ~ 800 W/(m² • ℃)；在水冷卻段,傳熱系數(shù)的計算值為100.3 W/(m² •℃)，比在表4. 5. 1 査取的數(shù)據(jù)600 ~ 700 W/(m² •℃)要小得多，主要原因是蒸汽凝結(jié)后的液量的體積變小，導(dǎo)致管內(nèi)水的流速過低所致”
由此可見，由于設(shè)計條件差別很大，如有可能，空冷器的傳熱系數(shù)還是應(yīng)以計算為主, 而以上述經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為參考。

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