摘 要

空气冷却器是现代工业中重要的换热设备之一，作为热交换器的一种，在能源、动力、石油、化工、冶金、矿业等领域中得到了广泛的应用。

能源发展“十三五”规划指出，应当坚持节约资源的基本国策，把节能贯穿于社会发展的全过程，推动节能型生产方式。而换热器作为热回收的关键设备，不论从节能生产还是生产效率方面，对于其设计、选型、生产和操作的研究都是有着重大意义的。

本文对110m³/h水-空气冷却器进行了设计，其主要内容包括空气冷却器的设计计算、校核计算、以及结构设计计算。首先进行设计计算，通过给定的初始条件计算得出空冷器总传热量为251729.61W，根据总传热量来估算传热面积、选择翅片管参数与管束排布方式，最后确定空冷器的整体结构。空气冷却器选用G型高翅片管，基管规格为Ø25×2.5，管束名义长度3m，名义宽度2m，传热管根数89根，单管程，管束呈三排作正三角形布置。

在设计计算的面积富裕率处于正常范围后，将初始条件与设计计算的数据导入ASPEN EDR软件进行校核计算，将软件计算结果与设计计算结果进行对比、调整，达成优化设计的目的。

在校核计算结束后，进入结构计算与设计选型环节，对风机、构架、百叶窗、管箱等结构进行选型与校核，为图纸的绘制提供相关数据。

关键词：空气冷却器；干式空冷器；设计选型；EDR

Design of 100m3/h water-air cooler

Abstract

Air cooler is one of the most important heat transfer equipment in modern industry. It has been normally applicated in industry of energy, power, petroleum, chemical, metallurgy, mining, and so on, as a kind of heat exchanger.

The 13th five-year plan for energy development pointed that the basic state policy of resource conservation should be adhered to integrates energy conservation into the whole social development, and promote energy-saving production methods. As the key equipment of heat recovery, research on design, selection, production and operation of heat exchanger is of great importance, no matter from the aspect of energy-saving production or production efficiency.

The 110m³/h water-air cooler is designed in this paper, and its main contents mainly include the design calculation, checking calculation, and structural design calculation of the air cooler.

The first step is design calculation, total transfer rate works out according to the initial condition, then estimate heat transfer area, choose size and arrangement of finned tubes, finally determined structure of the air cooler. The air cooler chooses high finned tube type G, the size of base tube is Ø25×2.5, the bundle is 3 meters long, 2 meters width, 89 tubes in total, single pass, tubes arranged in 3 rows staggeredly.

When area enrichment rate settle in normal range, import data towards APSEN EDR to do the check calculation, then compare EDR calculation and design calculation, and make a comparison and adjustment to optimize the design plan.

Finally enter the section of structural design and selection, which select and check the fan, structure, window-shades, and box, providing relative data to the drawing.

Key Words: Air cooler; Dry Air cooler; Design; Selection; EDR

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

符号表 IV

第一章 空气冷却器概论 1

1.1 技术背景 1

1.2 基本结构 2

1.3 空气冷却器的类型 3

1.4 空气冷却器在各领域的应用 3

1.4.1 空气冷却器在石油化工行业中的应用 3

1.4.2 空气冷却器在电力工程中的应用 3

1.4.3 空气冷却器在金属热加工行业中的应用 4

1.4.4 空气冷却器在矿物开采中的应用 4

1.5 行业前景 4

第二章 110m³/h水-空气冷却器的设计计算 6

2.1 原始数据 6

2.2 热力计算 6

2.2.1 计算水的定性温度 6

2.2.2 计算总传热量 6

2.2.3 空冷器选型 6

2.2.4 计算管内膜传热系数 10

2.2.5 计算风机风量和空气出口温度 11

2.2.6 计算翅片膜传热系数 11

2.2.7 计算/选取各项热阻 13

2.2.8 计算总传热系数 13

2.2.9 计算传热温差 14

2.2.10 计算传热面积及其校核 14

2.2.11 计算管内阻力 14

2.2.12 计算管外阻力 16

2.2.13 计算风机功率 17

2.2.14 估算风机噪声 18

第三章 100m³/h水-空气冷却器的校核计算 19

第四章 100m³/h水-空气冷却器的结构设计 29

4.1 管束参数 29

4.2 管箱选型及结构校核计算 29

4.3 管束支持梁参数 31

4.4 构架参数 32

4.5 百叶窗参数 32

第五章 结论与展望 33

5.1 结论 33

5.2 展望 33

参考文献 34

致谢 36

第一章 空气冷却器概论

1.1 技术背景

空气冷却器，简称空冷器，是以空气作为冷却介质，强迫空气通过传热管翅片以达到将工艺介质进行冷却之目的的间壁式换热器，它既可用作冷却器，也可用作冷凝器^[1]。空气冷却器所用的空气是由由风机所供给的，空气横掠翅片管进行热交换，工艺介质在管内通过，但是由于空冷器所需的风量较大且管外压降较低，所以大多数情况下选用轴流式风机。一般而言，工业上低于120℃的余热回收代价较为昂贵，所以该部分能量一般使用空冷器或水冷器取走^[2]。许多炼厂中，90%以上的冷却负荷都由空冷器承担^[3]，再加上为了提升效率而在传热强化方面研究的进展，大量复杂的翅片结构在冷却器中得到了广泛应用^[4][5]。

在工业领域中，采用水作为冷却介质的冷却器是在数百年前与蒸汽机一同出现的，由于水比热容大，传热系数高，作为冷却介质在自然环境中存量大且无毒无害，可降低设备尺寸、重量、还有单位成本低的优势，因此广受青睐，成为了最重要的冷却方式之一^[6]。

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