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。
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。
增湿型湿式空冷器只适用于相对湿度低于50%的干燥、炎热地区,因为干空气相对湿度越小,增湿后降温越多,冷却效果越显著。喷淋型湿式空冷器是直接在翅片管束上喷雾状水,利用水分蒸发的潜热交换和空气被增湿降温来强化传热,同时,水雾的存在可使空冷器入口空气温度接近环境湿球温度,提高了传热平均温差,在3%喷淋量下换热系数可比干式空冷器提高2 ~ 4倍。
干式空冷器仅依靠空气温升的显热方式来交换热量,靠翅片管和风机强制循环强化传热。操作简单,使用方便,但由于其冷却温度取决于空气的干球温度,所以一般只能把管内热流体冷却到环境温度15 ~ 20℃。因此,对于我国南方湿热地区,湿式空冷器蒸发效果不好,一般主要用干式空冷器。
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。
由于锈垢的产生,冷凝器换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水,结垢严重时会堵塞管子,使换热效果失去作用。研究的数据显示水垢沉积物对热传输的损失影响,随着沉积物的增加会造成能源费用的加大。即使很薄的一层水垢就要增加设备中结垢部分40%以上的运行费用。保持冷却通道中不含矿物沉积物可以很好的提高功效、节约能源、延长设备的使用寿命,同时节约生产时间和费用。
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。