２０１６年 第１期 麓 Ｐｉｐｅｌｉｎｅ 技 木 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 设 备 Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０ｌ６ Ｎｏ．１
新型复合翅片管式级间冷却器
刘秋实 ，刘 颖 ，王艳云 （１．沈阳鼓风机集团压力容器有限公司，辽宁沈阳１１０８７０； ２．沈阳特种设备检测研究院，辽宁沈阳１１００３５；３．沈阳新光航字安全系统有限公司，辽宁沈阳１１００４３）
摘要：针对石化、炼油等行业的特点，考虑到压缩机整体装置的实际需要，为达到体积更小、性能更
高的要求，开发出一种新型复合翅片管式级间冷却器。利用ＨＴＲＩ传热软件分析了新型复合翅片管式
级间冷却器在同样工艺条件下的表现，通过采用全密封圈、半密封圈和Ｙ型密封条相结合的全新密封
结构，可以达到减小设备壳径、缩短总长度的优化效果，并且说明了安装、使用和维修的方法，为设计及
优化级间冷却器提供参考。
关键词：级间冷却器；传热；密封；复合翅片；管式
中图分类号：ＴＥ８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—９６１４（２０１６）０１—００３０—０３
Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｉｎｎｅｄ Ｔｕｂｅ Ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ Ｃｏｏｌｅｒ
ＬＩＵ Ｑｉｕ—ｓｈｉ ，ＬＩＵ Ｙｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙａｎ—ｙｕｎ （１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｂｌｏｗｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８７０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００３５，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｘｉｎｇｕａｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００４３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，ｏｉｌ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ｃｏｎｓｉｄｅＩｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓ— ｓｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｎｅｅｄ ｏｆ ｗｈｏｌｅ，ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｓｍａｌｌｅｒ，ｎｌｎｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｎｎｅｄ ｔｕｂｅ ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ ｃｏｏｌｅｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｈ ＦＲＩ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｔ）ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｎｎｅｄ ｔｕｂｅ ｉｎｔｅｒ— ｓｔａｇｅ ｃｏｏｌｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｒｉｎｇ，ｈａｌｆ ｓｅａｌ— ｉｎｇ ｒｉｎｇ ａｎｄ Ｙ ｔｙｐｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｎｅｗ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｒｉｐ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈａｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｈｅｌｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｒｅ—
ｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｗａｓ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｕｓｅ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｗａｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ，ｔｈｕｓ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ ｃｏｏｌｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ ｃｏｏｌｅｒ；ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｅａｌ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｎ；ｔｕｂｕｌａｒ
０ 引言
级问冷却器是压缩机组中一种特殊的换热器，起到
提高机组效率和节约能源的作用，该换热器主要以复合
翅片管式冷却器为主，具有传热面积大、压力损失小等特
点。由于留给级问冷却器的空问有限，如果超出范围，对
于设备基础、管路连接和抽管束距离都会有很大影响，所
以需要缩小冷却器体积，以降低成本。
１实例设计
１．１工艺条件
以一台为某空分厂设计的氮气压缩机组为例，介
绍一种新型气体冷却器的设计。
冷却器的壳体材料为Ｑ３４５Ｒ，复合翅片换热管的
基管材料为ＢＦｅｌ０－１一ｌ，翅片材料为Ａｌ，前后管板与
收稿日期：２０１５－０５－２７ 收修改稿日期：２０１５—１２—２８ 设备法兰均为１６ＭｎｌＩＩ锻件。其工艺参数如下：体积
流量为１０ ２００ ｍ ／ｈ，一段压缩机进口压力为０．１０２
ＭＰａ，一段压缩机进口温度为２０℃，冷却器气体进口
压力为０．２４９ ８ ＭＰａ，冷却器气体进口温度为ｌ１５℃，
气体出口温度为４２ ，允许压力损失为０．００４ ＭＰａ，
介质组分为氮气，双管程走水，单壳程走工艺气体。
１．２设备参数
本台气体冷却器的传热计算采用成熟的计算程
序，该程序可以用于多种形式的冷却器。这台氮压机
冷却器的主要计算数据 为：设备壳径７００ ｍｍ；长发
３ ６００ ｍｍ；复合翅片换热管 数量１２０根；传热面积
１９８．７ ｎｌ ；气侧压力损失 Ｏ．００１ ３ ＭＰａ；水侧压力损失
０．０ｌ ＭＰａ；面积裕量２０．６％。
１．３结果分析
运用ＨＴＲＩ对冷却器进行实验分析计算，得出结沦：
第１期 刘秋实等：新型复合翅片管式级间冷却器 ３１
（１）由图１可以看出，热流体氮气沿长度检测点
方向约从１１５ ｃ【＝降至４２℃，每条热流体温度曲线均呈
线性下降；冷流体曲线分为第１管程和第２管程两个
部分，第２管程冷流体先与热流体进行传热，第１管程
冷流体再将热流体温度降至４０℃，图ｌ充分表现出其
温度变化的特征，冷流体从３２℃上升到４０℃，端差
（热流体出口温度与冷流体入口温度的温差）ｌ０℃属
于合理区间，并且传导曲线呈线性变化且过渡平稳。
图１新型复合翅片管式冷却器流体温度坐标图 （２）图２为第１管程和第２管程的传热系数曲
线。从图２曲线中看出，第２管程是冷热流体接触传
热最激烈的部分，所以传热系数较高，第１管程的传热
系数也属合理范围，这台冷却器的传热系数在４３．０３４
～４７．５２９ Ｗ／（ｍ ·Ｋ）区间波动，说明该级间冷却器处
于高效换热的状态。
４８．０ ４７．５ ４７．０
检测点
图２新型复合翅片管式冷却器传热系数坐标图 （３）图３为管程／壳程流速的曲线图，这台级间冷
却器冷却水在管程中流速为１．０５８ ｍ／ｓ。级间冷却水
走管程，管程流速在１一１．５ ｍ／ｓ就具备了高雷诺值形
成湍流状态，显著提升管内传热膜系数，提高传热效 率。
该氮压机用户现场反馈信息表明：全流量运行
时，冷却器气侧出口温度为４０℃，压损为０．００３ ＭＰａ， 图３新型复合翅片管式冷却器管程／壳程流速坐标图
无振动情况，完全符合全工况运行条件。同时，原本
需要ＤＮ９００ｍｍ壳径，采用该结构可以缩小到
ＤＮ７００ｍｍ壳径，设备长度也比原来缩短了２００ ｍｍ。
而且气侧压力损失很好地控制在许用压力损失范围
内，本次传热计算完全符合设计要求。
２密封结构及特点分析
２．１结构设计
新型复合翅片管式级间冷却器由壳体部件、管束
部件、前管箱部件、后水箱部件四部分组成，采用全密
封圈、半密封圈和Ｙ型密封条相结合的密封结构，具
体结构形式见图４。
全密封圈：材料为硅橡胶，起到壳程后端密封作
用，避免气体流人封头侧。
半密封圈：材料为硅橡胶，起到切断壳程进出气
的作用，避免高温气体与低温气体混合。
Ｙ型密封条：材料为￥３０４０８不锈钢，采用３层不
锈钢片折叠压制形成的Ｙ型密封条，共有３段密封，
一段为进气侧与管束间密封，二段为出气侧与管束间
密封，三段为壳程下部与管束问密封，更好地保证了
密封性，避免设备短路。
图４新型复合翅片管式冷却器主要零部件结构图
高温气体从进气口进入，沿着上侧板与壳体内壁
的进气流体通道水平穿过复合翅片管管束，被管程的
冷却水冷却，然后再从上侧板与壳体内壁的出气流体
通道流出，直至从出气口进入管道，完成整个换热过
程（见图５）。 ５ Ｏ ５ ０ ５船们 ＾ ．ｚ ＿邑＼糕ｊ
釜糍３２ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｊａｎ．２０ １ ６
图５新型复合翅片管式冷却器气侧流动剖视图
２．２特点分析 （１）新型复合翅片管式级问冷却器比传统的复合
翅片管式换热器在壳径上至少可以缩减２００ ｍｍ，而在
设备长度上可以缩短５％左右。
（２）该设备的前后管板均为圆形设计 ，比传统
的方形管板具有更好的强度性能，适当减小了管板的
厚度，同时将密封圈直接安装在管板上，可以更好地
起到固定的作用。
（３）在后封头的下部必须配有排放阀，原因如下：
当管束部件与壳体部件装配时，全密封圈会导致后部
气体无法排出，影响安装；当有液体进入壳体后部时，
可以及时排出残留液体。
３现场安装、使用、维修经验
３．１设备安装
气体冷却器的安装应留有足够的空间来满足拆
装、维修的需要，在安装前一般应对管束部件进行检
查、清扫，安装时应保证管束部件与壳体部件保持水
平一致，不能倾斜安装，不能强力组装 。安装时，应 打开封头上的排放阀，安装结束后将排放阀关闭。为
避免冷却器出现受压与变形，安装冷却器连接接管法
兰时，表面必须平行并保持最小公差。当冷却器水侧
需排放时，气侧需先卸压。当停机时，相应的流体连
接必须关闭。在拆除管束之前，必须先把所有已连接
的冷却水管拆除。在管束拆除时，过程气体连接位置
可以不变。当管板位于壳体外侧时，全部的管束可以
与相连接的水箱一起抽出。抽管束时应注意保护密
封面和换热管。所需抽出管束的自由空间及位置需
在图纸中标明。管束抽出后应确保管束定位，消除因
管束滑动而带来的安全隐患。
３．２使用难点
在启动新型复合翅片管式级间冷却器之前，必须
开启管侧的放气口排空，使冷却水充满管程，同时检 查工艺气和冷却水的流动方向与图纸是否保持一致。
开车或停车过程中应逐渐升温或降温，以免造成压差
过大和热冲击，开车前冷却水应在气流之前流动，以
防止因气体的高温或热震而毁坏管路，停机时首先关
闭壳侧介质，然后再关闭管侧介质。
３．３清洗和维修注意事项
气体冷却器运行一段时间应进行清洗，首先应将
冷却器内部所有积水排放干净，然后再慢慢将管束抽
出，对其内外侧进行清洗和吹扫。管束的内侧采用液
压清洗，使用高压喷射枪和高压喷水器，也可采用机
械清洗和化学清理的方法进行。换热管的外表面在
通常情况下不需清理，如遇特殊情况必须清洗时，推
荐用于燥气体吹扫，不得用液体清洗和化学制剂清
洗，防止影响使用性能。
当管板与换热管连接处发生泄漏时，可采用补胀 的方法 Ｊ，如果是换热管发生泄漏，可以堵塞换热管，
但应控制数量。当垫片使用时间过长，密封失效时，
应及时调整和更换垫片和密封条。
冷却器检修清洗完成后，应更换新的垫片，并按
图样要求重新做水压试验。检修、清洗和水压试验后
应及时将设备内的液体、水渍和污物去除并吹干，保
证换热管外侧翅片的干燥。合格后方可投入使用。
４结束语
本文通过氮压机冷却器的实例，介绍了新型复合
翅片管式级间冷却器的设计结构、安装、使用、清洗及
维修，该冷却器不但节省占地空间，并且降低了生产
成本，为相关设备设计提供参考。
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器设计及研发工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｈｌｑｓ＠１２６．
ｃｏｍ