空冷器的设计包括空冷器的工艺设计、空冷器的热力计算、管束的结构设计及强度计算等。空冷器的工艺设计包括空冷器的设计条件与基本参数的确定、空冷器的选型和空冷器的热负荷的确定。空冷器的热力计算主要是空冷器的传热系数与阻力、空气出口温度、有效平均温差、传热面积、风机功率等计算。管束的结构设计及强度计算包括结构布置与材料选择、荷载和荷载组合、构架的内力计算、杆件的截面设计、桁架节点设计与构造等。

图8-8　空冷器风机的传动方式

图8-9　风机布置的扩散角

空冷器的设计有专门的规范，本小节对此只作简要介绍。

1.空冷器的设计条件

空冷器的设计条件主要包括设计温度、介质条件和热操作条件等。设计温度是指设计空冷器时所采用的空气入口温度。选用干式空冷器时，设计气温应按当地夏季日平均气温。采用湿式空冷器时，将干式空冷器的设计气温作为干球温度，然后按相对湿度查出湿球温度，该温度即为湿式空冷器的设计气温。

采用空冷器冷凝或冷却干净的介质，如轻质油品（如汽油、煤油）和干净气体是合适的。对以下介质是否能采用空冷器，则需要做具体分析：

（1）低沸点介质，当其温度低于70℃或当冷却到50～60℃所带走的热量不到热负荷的75％～85％时采用空冷器不一定合适。

（2）油品的凝固点最好不超过5℃，因为高凝固点的油品过度冷却易造成管道堵塞。需要采用空冷器时，必须考虑防凝措施。

（3）当油品较脏，需要定期清扫管道及管箱时，一般不希望采用空冷器。若必须使用，要考虑水洗或化学清洗措施。(www.daowen.com)

热操作条件通常指热介质的入口温度和出口温度。从传热的角度考虑，热介质的入口温度越高，所需的传热面积就越小。但考虑能量回收的可能性，入口温度不宜过高，一般控制在120～130℃。超过该温度的那一部分热量应尽量采用换热的方式回收。

干式空冷器的出口温度一般以不低于55℃为宜。若不能满足工艺要求，可以增设后湿空冷，或采用干湿联合空冷。通常干式空冷器出口温度与设计气温的差值应不低于15℃。

2.空冷器的基本参数

空冷器的基本参数主要有管排数、迎面风速、高低翅片及管程数的选用等。其中管排数对投资和操作费用有较大的影响。管排数少时传热效果好，所需面积小，但占地面积大，单位传热面积造价高，同时由于空气温升小，要求风量大。但管排数太多，对数平均温差降低，传热面积增大，同时流动阻力增加，风机的功率也随之增加。因此设计时要合理选择管排数。表8-2为根据工作介质推荐的管排数。

表8-2　根据工作介质推荐的管排数

续表

3.空冷器的热负荷和传热系数

可以根据热平衡计算空冷器的热负荷，但应该留有10％的余量。对空冷器而言，其传热系数与阻力计算可按一般换热器的设计方法进行，但计算相当烦琐，即先计算空气出口温度，然后计算有效平均温差，再分别求出空冷器管内、管外换热系数及整个管束的传热系数。求得空冷器所需传热面积。同时通过阻力计算求得空冷器的风机功率。表8-3给出了行业标准NB/T47007—2010推荐的空冷器翅片管的传热系数。

表8-3　行业标准推荐的空冷器翅片管的传热系数