空压机级问冷却器管束换热元件的选择及分析

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Selection and analysis of air compressor inter-stagecooler tube bundle heat exchanging elementsFeng Miaogen(Hangzhou Hangyang Heat Exchanger Co.，Ltd.，99 Donghuan Road，Qingshanhu Sub-district，Linan，Hangzhou 311305，Zhejiang，P.R.China)Abstract：Here，several heat exchanging elements most commonly used in air compressor inter-stage cooler aveintroduced，the performances between the slotted fin and flat fin，between the slotted fin and threaded heatexchanging tube，and between composite threaded heat exchanging tubes of different diameters are compared andanalyzed，and the selection of tube bundle heat exchanging elements is comprehensively analyzed。

Keywords：Air compressor；Cooler；Tube bundle；Fin；Threaded heat exchanging tube；Selection；Analysis空压机是空分设备的重要部机，而级间冷却器又是空压机的主要配套设备，冷却器性能、阻力等各项指标的优劣，将直接影响整个压缩机组的性能。所以.合理选择冷却器管束的换热元件，在满足换热性能、阻力要求的前提下，力争将管束设计得更加紧凑，减小冷却器的外形尺寸，达到节能、减耗、降低成本的目的，是设计人员所面临的-个重要课题。

1 级问冷却器及换热元件介绍空压机级间冷却器总体采用卧式结构，管束采用可浮动形式。换热管内为冷却水，管外为被冷却的气体。当气体在管问流动时，通过翅片将热量传递到换热管上，最终与管内的冷却水进行热量交换，达到换热的目的。级间冷却器内介质流动路径如图 1所示 。

级问冷却器的换热元件主要有：平翅片、开缝翅片和螺纹换热管。

2 不同换热元件分析比较2.1 开缝翅片和平翅片的分析比较以-套 30000 m /h等级空分设备为例，配套空压机的叠片式级间冷却器分别采用开缝翅片和平翅片作为换热元件，两种翅片的主要性能参数比较见表 1。

收稿日期：2012-07-08；修回日期 ：2013-01-08作者简介：冯苗根，男，1961年生，高级工程师，现在杭州杭氧换热设备有限公司从事各类换热设备的的设计研发工作。

· 44·空气H图 1 空压机级间冷却器介质流动路径示意图表 1 采用开缝翅片和平翅片作为换热元件的级间冷却器的性能参数比较进气量 热负荷 管束长度 换热面积 压降 换热元件 管束单元数/(m。/h) /kW /mm /m /kPa开缝翅 片 168 4780 4.8815.35万 6325 5000平翅片 196 5580 4.71由于开缝翅片是在平翅片的基础上开发出的新- 代强化换热元件，所以其综合性能优于平翅片。

从表 1可以看出，在相同的热负荷时，压降基本相同，开缝翅片的换热面积可减少约 16%。

2.2 开缝翅片与螺纹换热管的分析比较以-套 60000 m /h等级空分设备为例。配套空压机的级问冷却器分别采用开缝翅片和螺纹换热管作为换热元件，材料均采用铜管加铝翅片，两者主要性能参数比较见表2。

表2 采用开缝翅片和螺纹换热管作为换热元件的级间冷却器的性能参数比较换热 翅片 换热管 进气量 热负荷 换热管 翅片 管束 布管尺寸 换热管 翅片 压降规格 规格 数量 数量 长度 (高 ×宽) 重量 重量 元件 /(m /h) /kW /kPa /mm /nlm /根 ， /mm /mm /kg /kg开缝 1457×翅片 80 X105 19×1.5 15l2 80.64万 8878 5376 5.1 147028.25万 10185 8000 螺纹理 9 l6×1.2 2256 1425 X 8950 9098 4. 9 管 1276由表 2可知，在热负荷相同、压降基本相同的情况下，采用开缝翅片或螺纹换热管的综合性能分别为：(1)采用螺纹换热管，可以减少管束布管区，使壳体直径减小，设备的重量减轻。

(2)采用开缝翅片，可以减少换热管数量，换热管重量也较螺纹换热管轻，若能在工艺上得到保证。则可进-步减谢热管的壁厚 (如将 1.5 mm的壁厚减小至 1.2 mm)，在材料成本上更具优势。

· 45·2.3 9 mm与 ∞ 2 mm两种复合材料螺纹换热管的分析比较以某-台空气增压机的-级冷却器为例，分别采用 429 mm和 432 mm的复合材料螺纹换热管作为换热元件，基管直径为 16 mm，材料为不锈钢，翅片管材料为铝，两种螺纹换热管的主要性能参数比较见表3。

表 3 采用不同直径螺纹换热管作为换热元件的级问冷却器的性能参数比较螺纹管直径 进气量 热负荷 换热管数量 管束长度 传热系数 换热面积 压降/mm / (m /h) /kW /根 /mm /[w/ (m ·K)] /m /kPa29 952 88.5 2150 3.315.15万 4085 550o32 840 74 2475 3.15由表3可以看出，在相同的热负荷、压降基本相同的情况下。采用 32 mm螺纹管所需换热面积增大 15%，但因 432 mm螺纹管比 429 mm螺纹管的单位长度换热面积增加 30%，所以，换热管数量减少了 12%〖虑两种螺纹换热管单位重量的差别(单位长度重量比约为 1.05%)后，采用 432 mm螺纹换热管可节约成本约7%。

3 管束换热元件选型综合分析通过以上对各种换热元件的分析比较后∩以得出如下结论，以给空压机级间冷却器管束选型时提供参考。

(1)采用开缝翅片比平翅片具有更优越的综合性能。由于开缝翅片具有很好的传热强化效果，所以，在相同压降下，可以减少换热面积，使整台设备的体积减小，成本降低。

(2)开缝翅片和螺纹换热管两种换热元件，在满足相同的技术参数的前提下，采用螺纹换热管的布管尺寸较猩以适当减小筒体直径：而采用开缝翅片虽然布管尺寸大-些，但可以减少换热管的数量.减轻换热管和翅片的重量，使管束的材料成本降低，两者各有所长。所以，采用何种形式的换热元件，必须经过计算、比较，才能得出比较理想的结果。

(3)当用螺纹换热管作为换热元件时。则采用432 mm螺纹换热管比429 lql1.n螺纹换热管具有更· 46·好的综合性能。这是因为两种规格的换热管外径相差不大，本身的传热效率基本相同，但单位长度换热面积的增量是可观的。所以，在相同的布管区域内，两种规格的换热管均能达到设计要求，而采用432 mm螺纹换热管可以使换热管数量减少.总成本降低。

4 结束语空压机级间冷却器管束换热元件选型是-个比较复杂的问题，在满足合同条件的前提下，采用什么样的管束形式，只有通过反复、仔细的计算、比较，才能得到-个相对较佳的方案.最后得出-个既满足性能要求，又使设备布置紧凑、成本低，综合性能最优的设计作品。