管束的型式和材质对空冷器的性能影响很大。由于空气侧的传热分系数很小,故常在管外加翅片,以增加传热面积和流体湍动,减小热阻。空冷器大都采用径向翅片。空冷器中通常采用外径为25mm的光管,翅片高为12.5mm的低翅管和翅片高为16mm的高翅管。翅片一般用热导率高的材料(常用的是铝)制成,缠绕或镶嵌到光管上。为强化空冷器的传热效果,可在进口空气中喷水增湿。这样既降低了空气温度,又增大了传热系数。采用空冷器可节省大量工业用水,减少环境污染,降低基建费用。特别在缺水地区,以空冷代替水冷,可以缓和水源不足的矛盾。
翅片可按横向或纵向排列。翅片管的基本形式有:绕片式、镶片式、轧片式、套片式、焊片式、椭圆管式、紊流式(包括轮辐式、开槽形和波纹形等)。管箱的结构主要有法兰式、管堵式和集合管式。一般前者用于中低压,后两者用于高压。为适应管束的热膨胀,一端管箱不固定,容许沿管长方向位移。通风机通常采用轴流通风机。
通风有鼓风和引风两种方式。鼓风式:空气先流经通风机后流入管束。引风式:空气先流经管束后流入通风机。前者操作费用较经济,产生的湍流对传热有利,使用较多。后者气流分布均匀,有利于温度控制,噪声小,是发展的方向。热流体出口温度主要靠调节通过管束的风量来控制,即调节叶片的倾角、通风机转速和百叶窗的开启程度等。对冬季易凝、易冻的流体,可采用热风循环或蒸汽加热的办法调节流体出口温度。
空冷器按使用场合不同,可分为电厂空冷器和石化空冷器。按冷却方式,可分为干式、湿式、以及干-湿联合式空冷器。湿式空冷器根据喷水方式,可分为表面蒸发型、增湿型和喷淋型3种,在石化工业中以后两种为主。表面蒸发式空冷器是一种利用管外水膜蒸发来强化传热、由光管组成的空冷装置。
也有采用板式传热元件的板式空冷器,因为板片形成的流道断面形状沿流动方向不断变化,增强了扰动,在低雷诺数下具有高的传热效率和低的压降,特别适用于石化行业大型装置 ( 如大型乙烯成套设备等)的空冷器,但是由于板式空冷器的流道狭窄,在我国北方寒冷的冬季,容易引起流道内被冷却介质凝结而堵塞流道,并且易结垢从而堵塞流道,又由于加工工艺多为全焊式结构,局部损坏或堵塞时,整台更换空冷器,造成很大浪费。
所以,翅片管仍然是空冷器的主流传热元件,空冷器的本质可以看为是空气-热媒的管翅式换热器,强化空气冷却器传热性能的关键是研制低接触热阻、高传热效能和流动阻力小的翅片管。当换热器内部为压力较高的流体时,管外加肋,就相当于用不承压的廉价肋片取代承压的管材,经济效果显著。
焊接翅片可将不同材料的翅片和管焊接在一起,制造简易,但焊缝中的残渣不利于传热,焊接质量。高频焊翅片利用高频发生器产生的高频电感应,使管子表面与翅片接触处产生高温而部分融化,再通过加压使翅片与管子连成一体,连接过程中无焊剂、焊料,制造简单,性能优良,是工业应用多的一种工艺。
长期以来传统的清洗方式如机械方法(刮、刷)、高压水、化学清洗(酸洗)等在对设备清洗时出现很多问题:不能清除水垢等沉积物,酸液对设备造成腐蚀形成漏洞,残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀,终导致更换设备,此外,清洗废液有毒,需要大量资金进行废水处理。