橫管冷卻器的案例
橫管式煤氣初冷器洗萘工藝的改進(jìn)
冷凝鼓風(fēng)工段煤氣初冷器采用3臺(tái)高效橫管冷卻器，將煤氣從82℃冷卻到21～22℃。橫管初冷器上段排出的冷凝液經(jīng)水封槽流入上段冷凝液槽，用上段冷凝液泵將冷凝液再送至初冷器上段噴灑，多余部分送入氣液分離器前的吸煤氣管道。橫管初冷器下段排出的冷凝液經(jīng)水封槽流入下段冷凝液槽，并在此兌入一定量的焦油氨水分離槽相界面的乳濁液，再用下段冷凝液泵送至初冷器下段噴灑，多余部分經(jīng)交通管流入上段冷凝液槽。為了保證初冷器冷卻效果，在其頂部用熱氨水不定期沖洗，以清除管壁上的焦油、萘等雜質(zhì)，見(jiàn)圖1。
圖1 改進(jìn)前的洗萘工藝
1－-橫管初冷器；2－下段液封槽；3－上段液封槽；4－下段循環(huán)液槽；5－上段循環(huán)液槽；6－下段噴灑泵；7－上段噴灑泵。
1 存在問(wèn)題
鼓風(fēng)冷凝工段有3臺(tái)橫管初冷器（2開(kāi)1備），以滿足初冷后煤氣集合溫度不大于22℃的生產(chǎn)需要。但投產(chǎn)后不久，初冷器的阻力上升很快，經(jīng)常在3kPa以上，因阻力太高,頻繁倒換初冷器，并進(jìn)行蒸汽清掃，生產(chǎn)很被動(dòng)。另外，由于冷凝液中含萘量較高，造成上、下段冷凝液水封槽的管路時(shí)常堵塞，冷凝液滿流到地面上，使狹小的操作區(qū)域環(huán)境惡劣。2006年1月，2個(gè)上段冷凝液水封槽和上段冷凝液槽被冷凝液中的萘積滿堵死，差點(diǎn)把冷凝液吸入鼓風(fēng)機(jī)而危及安全生產(chǎn)。為此，我們及時(shí)調(diào)查分析事故原因，提出了整改方案，取得了理想效果。
2 原因分析
(1)上段冷卻循環(huán)水量大，煤氣溫度控制過(guò)低。由于只有7號(hào)焦?fàn)t的煤氣發(fā)生量，且初冷器上段循環(huán)冷卻水上水管與回水管間沒(méi)有交通支管連接，無(wú)法對(duì)上段被冷卻煤氣進(jìn)行精確控制，致使初冷器上段煤氣被冷卻到30℃左右。煤氣中的大量萘凝聚在初冷器上段，蒸汽處理時(shí)通過(guò)斷液盤(pán)進(jìn)入水封槽和冷凝液槽。
(2)循環(huán)液中焦油補(bǔ)充量少且不連續(xù)。
展開(kāi) 橫管式煤氣初冷器洗萘工藝的改進(jìn)
冷凝鼓風(fēng)工段煤氣初冷器采用3臺(tái)高效橫管冷卻器，將煤氣從82℃冷卻到21～22℃。橫管初冷器上段排出的冷凝液經(jīng)水封槽流入上段冷凝液槽，用上段冷凝液泵將冷凝液再送至初冷器上段噴灑，多余部分送入氣液分離器前的吸煤氣管道。橫管初冷器下段排出的冷凝液經(jīng)水封槽流入下段冷凝液槽，并在此兌入一定量的焦油氨水分離槽相界面的乳濁液，再用下段冷凝液泵送至初冷器下段噴灑，多余部分經(jīng)交通管流入上段冷凝液槽。為了保證初冷器冷卻效果，在其頂部用熱氨水不定期沖洗，以清除管壁上的焦油、萘等雜質(zhì)，見(jiàn)圖1。
圖1 改進(jìn)前的洗萘工藝
1－-橫管初冷器；2－下段液封槽；3－上段液封槽；4－下段循環(huán)液槽；5－上段循環(huán)液槽；6－下段噴灑泵；7－上段噴灑泵。
1.存在問(wèn)題
鼓風(fēng)冷凝工段有3臺(tái)橫管初冷器（2開(kāi)1備），以滿足初冷后煤氣集合溫度不大于22℃的生產(chǎn)需要。但投產(chǎn)后不久，初冷器的阻力上升很快，經(jīng)常在3kPa以上，因阻力太高,頻繁倒換初冷器，并進(jìn)行蒸汽清掃，生產(chǎn)很被動(dòng)。另外，由于冷凝液中含萘量較高，造成上、下段冷凝液水封槽的管路時(shí)常堵塞，冷凝液滿流到地面上，使狹小的操作區(qū)域環(huán)境惡劣。2006年1月，2個(gè)上段冷凝液水封槽和上段冷凝液槽被冷凝液中的萘積滿堵死，差點(diǎn)把冷凝液吸入鼓風(fēng)機(jī)而危及安全生產(chǎn)。為此，我們及時(shí)調(diào)查分析事故原因，提出了整改方案，取得了理想效果。
2.原因分析
(1）上段冷卻循環(huán)水量大，煤氣溫度控制過(guò)低。由于只有7號(hào)焦?fàn)t的煤氣發(fā)生量，且初冷器上段循環(huán)冷卻水上水管與回水管間沒(méi)有交通支管連接，無(wú)法對(duì)上段被冷卻煤氣進(jìn)行精確控制，致使初冷器上段煤氣被冷卻到30℃左右。煤氣中的大量萘凝聚在初冷器上段，蒸汽處理時(shí)通過(guò)斷液盤(pán)進(jìn)入水封槽和冷凝液槽。
(2）循環(huán)液中焦油補(bǔ)充量少且不連續(xù)。
展開(kāi) 如何降低橫管初冷器阻力
1.煤氣凈化流程
煤氣凈化采用了焦化企業(yè)常用的流程，即煤氣→豎管?chē)姙ⅰ?em>橫管初冷器→電捕焦油器→煤氣鼓風(fēng)機(jī)→脫硫塔→洗氨塔→洗苯塔→部分煤氣回爐。另一部分煤氣經(jīng)常壓脫硫→水洗→氣柜→甲醇。
初冷器承擔(dān)著煤氣降溫、除焦油和除萘的多重任務(wù)，是煤氣生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，阻力增大后會(huì)增加煤氣鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，降低焦?fàn)t負(fù)壓煤氣管道的吸力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成煤氣不能順利導(dǎo)出，影響到全系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般焦化廠的初冷器阻力較低，通常利用自身產(chǎn)生的輕質(zhì)焦油噴灑除萘和降低阻力。而我廠由于沒(méi)有輕質(zhì)焦油，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的正常在線沖洗。這樣，初冷器運(yùn)行24～48h后就必須進(jìn)行沖洗。若采用噴灑液和蒸汽升溫的方式，一次沖洗時(shí)間長(zhǎng)，采用了熱煤氣升溫沖洗的方式，可使沖洗速度大大加快，且效果較好。但由于沖洗時(shí)采用了熱煤氣，造成煤氣中的萘等雜質(zhì)后移，給洗滌系統(tǒng)帶來(lái)無(wú)法消除的影響，只能靠間歇清理的方式維持運(yùn)行。
上述流程盡管有較大的缺陷，但是還可以保持系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。但是在2009年底初冷器持續(xù)出現(xiàn)的大阻力，煤氣無(wú)法正常導(dǎo)出，迫使焦?fàn)t放散，后續(xù)系統(tǒng)的煤氣質(zhì)量難以保證。
2.原因分析
2.1 設(shè)備方面
我公司初冷器的煤氣進(jìn)口管位于初冷器頂部正中，頂部噴灑液的10個(gè)噴頭安裝在煤氣進(jìn)口管管的四周，噴頭為DN25的濺液式，噴灑液流量在20m3/h左右，平均每個(gè)噴頭的噴灑量約為2m3/h。由于煤氣進(jìn)口管的直徑大，該流量無(wú)法噴灑到煤氣進(jìn)口管的下方，長(zhǎng)時(shí)間的積累造成了初冷器頂部積存有大量雜質(zhì)，只有初冷器邊緣部分的煤氣能順利通過(guò)，使得初冷器的操作惡化，過(guò)氣量少，進(jìn)而造成焦?fàn)t集氣管壓力高，焦?fàn)t爐頂長(zhǎng)期放散。不僅惡化了焦?fàn)t操作條件和污染了周?chē)h(huán)境，而且損壞了焦?fàn)t爐體。
展開(kāi) CPU冷卻器：液體冷卻與空氣冷卻
然后，連接的風(fēng)扇將熱的空氣吹離散熱器。
被動(dòng)冷卻是怎樣的？
與標(biāo)準(zhǔn)空氣冷卻器相比，被動(dòng)式冷卻器不太常見(jiàn)，但在理論上是相似的。它們依靠特別設(shè)計(jì)的散熱器來(lái)吸收和散發(fā)熱量，而不需要使用風(fēng)扇。對(duì)于有低噪音要求的設(shè)備，這類(lèi)散熱器非常有用，但大多數(shù)游戲計(jì)算機(jī)都使用空氣冷卻器或液體冷卻器。
空氣冷卻器的效率會(huì)因諸多因素而有所不同，比如構(gòu)建時(shí)使用的材料（例如，銅的傳導(dǎo)性優(yōu)于鋁，但鋁更便宜），以及連接到 CPU 散熱器的風(fēng)扇的大小和數(shù)量。這就是 CPU 空氣冷卻器的尺寸和設(shè)計(jì)會(huì)有不同的原因。
大空氣冷卻器通常散熱更好，但并不總是有足夠的空間來(lái)容納較大的散熱解決方案，特別是在小型電腦中。接下來(lái)將進(jìn)一步探討空氣冷卻的優(yōu)點(diǎn)，以及何為液體冷卻。
1.2 液體冷卻
與空氣冷卻器一樣，有多種選項(xiàng)可供選擇，但大多數(shù)都分為兩類(lèi)：一體式 (AIO) 冷卻器或自定義冷卻循環(huán)。在這里，我們將主要關(guān)注一體式 (AIO) 冷卻器，盡管這兩者中液體如何冷卻 CPU 的基本原理是相同的。
與空氣冷卻類(lèi)似，冷卻過(guò)程從連接到 CPU IHS 的基板開(kāi)始。IHS 上附有一層導(dǎo)熱膏，方便兩個(gè)表面之間更好地傳熱。基板的金屬表面是水冷頭的一部分，水冷頭設(shè)計(jì)為裝填冷卻液。
當(dāng)冷卻液通過(guò)水冷頭時(shí)，會(huì)從基板吸收熱量。然后，冷卻液繼續(xù)在系統(tǒng)中行進(jìn)，向上通過(guò)一兩根管子到達(dá)散熱器。散熱器將液體暴露在空氣中，幫助其冷卻，然后，連接到散熱器的風(fēng)扇將熱量吹離冷卻器。接下來(lái)，冷卻液重新進(jìn)入水冷頭，循環(huán)再次開(kāi)始。
展開(kāi) 
電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用電源并發(fā)出音響及燈光信號(hào)；
c.強(qiáng)油循環(huán)變壓器，當(dāng)切除故障冷卻器時(shí)應(yīng)發(fā)出音響及燈光信號(hào)，并自動(dòng)（水冷的可手動(dòng)）投入備用冷卻器；
d.風(fēng)扇、水泵及油泵的附屬電動(dòng)機(jī)應(yīng)有過(guò)負(fù)荷、短路及斷相保護(hù)；
應(yīng)有監(jiān)視油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的裝置；
e.水冷卻器的油泵應(yīng)裝在冷卻器的進(jìn)油側(cè)，并保證在任何情況下冷卻器中的油壓大于水壓約0.05MPa（制造廠另有規(guī)定者除外）。冷卻器出水側(cè)應(yīng)有放水旋塞；
f.強(qiáng)油循環(huán)水冷卻的變壓器，各冷卻器的潛油泵出口應(yīng)裝逆止閥；
g.強(qiáng)油循環(huán)冷卻的變壓器，應(yīng)能按溫度和（或）負(fù)載控制冷卻器的投切。
展開(kāi) 【科普】電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
強(qiáng)油強(qiáng)風(fēng)冷變壓器冷卻器的組成元件
冷卻器由熱交換器，風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)，氣道，油泵油流指示器等組成。冷卻風(fēng)扇是用于排出熱交換器中所發(fā)射出來(lái)的熱空氣。油泵裝在冷卻器的下部，使熱交換器的頂部油向下部循環(huán)。油流指示裝在冷卻器的下部較明顯的位置，以利于運(yùn)行人員觀察油泵的運(yùn)行狀態(tài)。
變壓器的油箱和冷卻裝置的作用
變壓器的油箱是變壓器的外殼，內(nèi)裝鐵心、繞組和變壓器油，同時(shí)起一定的散熱作用。
變壓器冷卻裝置的作用是，當(dāng)變壓器上層油溫產(chǎn)生溫差時(shí)，通過(guò)散熱器形成油循環(huán)，使油經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，有降低變壓器油溫的作用。
展開(kāi) 一文詳解電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用電源并發(fā)出音響及燈光信號(hào)；
c.強(qiáng)油循環(huán)變壓器，當(dāng)切除故障冷卻器時(shí)應(yīng)發(fā)出音響及燈光信號(hào)，并自動(dòng)（水冷的可手動(dòng)）投入備用冷卻器；
d.風(fēng)扇、水泵及油泵的附屬電動(dòng)機(jī)應(yīng)有過(guò)負(fù)荷、短路及斷相保護(hù)；應(yīng)有監(jiān)視油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的裝置；
e.水冷卻器的油泵應(yīng)裝在冷卻器的進(jìn)油側(cè)，并保證在任何情況下冷卻器中的油壓大于水壓約0.05MPa（制造廠另有規(guī)定者除外）。
一文詳解電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
一般的冷卻控制系統(tǒng)主要采用的元器件包括繼電器、熱繼電器以各種接觸性的邏輯電路控制系統(tǒng)，控制的邏輯十分復(fù)雜，在運(yùn)行的實(shí)際過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)接觸器多次的與觸點(diǎn)進(jìn)行接觸和分離而造成的燒毀現(xiàn)象。并且風(fēng)機(jī)也缺乏一些很必要的保護(hù)，如過(guò)載、缺相以及過(guò)載等，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)降低其運(yùn)行的可靠性而無(wú)形中增加運(yùn)行的成本。
強(qiáng)油強(qiáng)風(fēng)冷變壓器冷卻器的組成元件
冷卻器由熱交換器，風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)，氣道，油泵油流指示器等組成。冷卻風(fēng)扇是用于排出熱交換器中所發(fā)射出來(lái)的熱空氣。油泵裝在冷卻器的下部，使熱交換器的頂部油向下部循環(huán)。油流指示裝在冷卻器的下部較明顯的位置，以利于運(yùn)行人員觀察油泵的運(yùn)行狀態(tài)。
變壓器的油箱和冷卻裝置的作用
變壓器的油箱是變壓器的外殼，內(nèi)裝鐵心、繞組和變壓器油，同時(shí)起一定的散熱作用。
變壓器冷卻裝置的作用是，當(dāng)變壓器上層油溫產(chǎn)生溫差時(shí)，通過(guò)散熱器形成油循環(huán)，使油經(jīng)散熱器冷卻后流回油箱，有降低變壓器油溫的作用。為提高冷卻效果，可采用風(fēng)冷、強(qiáng)油風(fēng)冷或強(qiáng)油水冷等措施。
來(lái)源：云漢芯城ICkey等網(wǎng)絡(luò)綜合
展開(kāi) 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)段間冷卻器和分離器及管道內(nèi)氣體發(fā)生閃爆原因分析
摘要：介紹尿素裝置二氧化碳?jí)嚎s機(jī)在開(kāi)機(jī)前管道內(nèi)引二氧化碳?xì)怏w時(shí)，段間冷卻器、分離器及管道內(nèi)發(fā)生閃爆的現(xiàn)象。分析認(rèn)為直接原因?yàn)楣艿纼?nèi)聚集的氫氣與空氣混合發(fā)生閃爆，間接原因?yàn)閴嚎s機(jī)入口閥門(mén)前沒(méi)有設(shè)置放空閥和取樣閥，無(wú)法取樣。通過(guò)采取相應(yīng)的處理措施，保障了裝置的運(yùn)行安全。
關(guān)鍵詞：二氧化碳?jí)嚎s機(jī)；閃爆；氫氣含量；爆炸下限
1二氧化碳?jí)嚎s機(jī)工作流程
內(nèi)蒙古鄂爾多斯化學(xué)工業(yè)有限公司尿素裝置采用斯塔米卡邦二氧化碳汽提法池式冷凝器（Urea2000+TM）工藝，生產(chǎn)能力為2860t／d。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)由錦州新錦化機(jī)械制造有限公司制造，蒸汽汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，離心式壓縮機(jī)型號(hào)為7H-6B／3V-7B，壓縮機(jī)分為兩缸（低壓缸、高壓缸）四段冷卻分離壓縮。壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)四段壓縮將CO2從20kPa加壓到14.8MPa，并送至工藝系統(tǒng)。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)工作流程見(jiàn)圖1。
由合成氨裝置送來(lái)的CO2氣體（氫氣含量約0.8%），壓力（絕壓，下同）0.105MPa，溫度40℃，純度（體積分?jǐn)?shù)）98.5%，經(jīng)切斷閥、電磁閥和一段入口分離器進(jìn)入壓縮機(jī)低壓缸，經(jīng)一段壓縮，壓力升至0.66MPa，溫度221℃；經(jīng)一段出口冷卻器冷卻后與防腐空氣混合進(jìn)入一段出口分離器，再經(jīng)低壓缸二段壓縮后壓力升至2.43MPa，溫度為176℃；然后進(jìn)入裝有金屬鉑鈀催化劑的脫氫反應(yīng)器脫除氣體中的H2和其他可燃性氣體。脫氫后的CO2氣體經(jīng)冷卻后一部分返回到一段入口分離器前，以防止低壓缸喘振，另一部分CO2氣體經(jīng)分離后依次經(jīng)壓縮機(jī)二段、三段、四段壓縮，出口壓力達(dá)14.8MPa，溫度為123℃，部分CO2氣體可返回二段出口，防止高壓缸喘振，部分CO2氣體送至尿素高壓合成系統(tǒng)。
展開(kāi) 探索IGBT冷卻的進(jìn)步：翅片散熱器的影響
這就是IGBT冷卻的最新進(jìn)展，特別是針翅片散熱器的使用發(fā)揮作用的地方。
IGBT產(chǎn)生熱量是其操作的副產(chǎn)品。如果這種熱量沒(méi)有得到有效管理，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障、效率降低和壽命縮短。傳統(tǒng)的冷卻方法，如強(qiáng)制空氣和液體冷卻，已被用于解決這個(gè)問(wèn)題。然而，這些方法有局限性，特別是在產(chǎn)生的熱量可能很大的大功率應(yīng)用中。
這就是針翅片散熱器的用武之地。這些器件本質(zhì)上是金屬結(jié)構(gòu)，其表面有許多引腳突出，為冷卻IGBT提供了更高效的解決方案。引腳增加了散熱器的表面積，從而實(shí)現(xiàn)更有效的散熱。這在高功率應(yīng)用中特別有益，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的冷卻方法可能難以跟上產(chǎn)生的熱量。
針翅片散熱器對(duì)IGBT冷卻的影響是顯著的。它們已被證明可以將IGBT的工作溫度降低多達(dá)20%，延長(zhǎng)其使用壽命并提高其效率。這是一項(xiàng)重大進(jìn)步，特別是在電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源等行業(yè)，電子設(shè)備的可靠性和效率至關(guān)重要。
此外，針翅片散熱器結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，非常適合在空間和重量非常寶貴的設(shè)備中使用。與傳統(tǒng)的冷卻方法相比，它們需要的維護(hù)更少，從而降低了總體擁有成本。
在IGBT冷卻中使用針翅片散熱器是技術(shù)進(jìn)步如何顯著提高器件性能和可靠性的一個(gè)主要例子。但是，重要的是要注意，這只是拼圖的一部分。有效的熱管理需要采用整體方法，不僅要考慮冷卻方法，還要考慮設(shè)備設(shè)計(jì)、所用材料和操作環(huán)境。
總之，針翅式散熱器的出現(xiàn)徹底改變了IGBT冷卻領(lǐng)域。它們?yōu)楣芾磉@些設(shè)備產(chǎn)生的熱量、提高其性能并延長(zhǎng)其使用壽命提供了更高效和有效的解決方案。隨著電子設(shè)備變得越來(lái)越強(qiáng)大和緊湊，有效的熱管理的重要性只會(huì)增加。
展開(kāi) 水泥窯頭冷卻器換熱管流場(chǎng)均勻性模擬 ￥15
項(xiàng)目簡(jiǎn)介
某為水泥窯頭冷卻器進(jìn)氣結(jié)構(gòu)為異形梯形結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣管道斜45°插入進(jìn)氣口，且進(jìn)氣管道風(fēng)速較高，約24.4m/s，煙氣在進(jìn)氣口內(nèi)難以均勻擴(kuò)散，為保證換熱效率，需保證換熱管進(jìn)氣斷面煙氣分布均勻，故建立冷卻器及其進(jìn)出氣管道模型，做CFD模擬如下。
建立模型
建立三維模型如下：
三維模型
計(jì)算參數(shù)及邊界設(shè)置
工況煙氣量705969m3/h，工況溫度450℃。
選用標(biāo)準(zhǔn)k~e湍流模型，采用有限體積法離散求解域，對(duì)流項(xiàng)選用一階迎風(fēng)離散格式，采用壓力速度耦合SIMPLE算法對(duì)離散方程進(jìn)行求解。假定流體是不可壓縮的，作定常流動(dòng)，整個(gè)模擬過(guò)程為等溫過(guò)程，不考慮傳熱。
冷卻器進(jìn)口采用速度入口邊界條件，需要計(jì)算其湍流參數(shù)，包括湍流強(qiáng)度I和水力直徑d，出口采用壓力出口，殼體及導(dǎo)流板等視為絕熱壁面，對(duì)于壁面的邊界層區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。
結(jié)果及分析
4.1原始狀態(tài)
原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，冷卻器的模擬運(yùn)行狀態(tài)如下：
速度流線圖
換熱管進(jìn)口向上100mm斷面速度云圖及均勻性判定
不考慮傳熱，氣體熱脹冷縮的情況下，原結(jié)構(gòu)冷卻器的運(yùn)行阻力如下：
原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，煙氣順管道斜45°進(jìn)入進(jìn)氣口，管道風(fēng)速大且煙氣在進(jìn)氣口內(nèi)擴(kuò)散距離較短，導(dǎo)致進(jìn)氣口內(nèi)的煙氣分布極不均勻，換熱管進(jìn)口斷面的最大風(fēng)速達(dá)約24.1m/s，并且進(jìn)入換熱管煙氣的速度方向與豎直方向夾角較大，換熱管內(nèi)煙氣速度平均達(dá)約18m/s，長(zhǎng)期運(yùn)行極易磨破換熱管及其耐磨襯套，原結(jié)構(gòu)冷卻器的運(yùn)行阻力約835Pa。
4.2添加均流裝置
展開(kāi) 
冷卻器緩沖罐應(yīng)力分析 ￥5
1.問(wèn)題描述
水冷卻器緩沖罐置于混凝土建筑物中免受自然環(huán)境影響，罐內(nèi)水平面隨容器改變，水平面上為氮?dú)狻Ｆ浣Y(jié)構(gòu)為帶橢圓端蓋的垂直圓柱壓力容器，橢圓封頭比例為2：1，圓柱內(nèi)徑為1050mm，外徑為1074mm，圓柱垂直長(zhǎng)度為1400mm，全長(zhǎng)2370mm，壓力容器中間檢查孔直徑為457.2mm，空氣入口和空氣出口直徑為63.5mm，排水口直徑為25.4mm，容器底部有四個(gè)支撐梁，如圖1所示。
圖1 冷卻器緩沖罐模型
分析標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)ASME規(guī)范III中的NB-3000和NF-3000，包括支撐梁和管口的壓力容器為I類(lèi)組件，完整的給定溫度下的結(jié)構(gòu)材料屬性如表1所示，采用基本應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)估組合載荷，完成結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核分析。
載荷包括：自重，指定溫度下的壓力載荷，設(shè)計(jì)壓力為100℉（38℃）溫度下75psi，操作條件為70℉（20℃）溫度下50psi，試驗(yàn)壓力為70℉（20℃）溫度下94psi；管口載荷，靜水壓力載荷考慮全部充滿水的情況，地震載荷，這些載荷根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行組合為下述5種工況：設(shè)計(jì)工況，A級(jí)載荷，B級(jí)載荷，C級(jí)載荷，D級(jí)載荷，試驗(yàn)工況，如表2所示，應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。
表1 材料屬性
表2 載荷組合工況
表3 ASME III中I類(lèi)組件應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
2.分析過(guò)程
整體計(jì)算模型忽略管口，考慮支撐梁，采用3D梁殼模型，根據(jù)表2考慮自重、內(nèi)壓、靜水壓力、溫度、地震等5種不同載荷組合可進(jìn)行多工況分析。本例僅給出設(shè)計(jì)工況下的分析過(guò)程。
直接網(wǎng)格劃分，結(jié)果如圖2所示，總共有14169個(gè)節(jié)點(diǎn)，4743個(gè)單元，網(wǎng)格最大偏度0.57，平均偏度為0.05。
展開(kāi) 熱電冷卻器TEC的選型設(shè)計(jì)步驟
熱電制冷器的選型是一個(gè)迭代過(guò)程。除基本尺寸信息之外，一個(gè)典型的TEC技術(shù)規(guī)格書(shū)中還包含如下基本信息：
Qcmax:當(dāng)冷熱面溫差為0℃時(shí)，熱電冷卻器能夠轉(zhuǎn)移的熱量。
Imax:熱電冷卻器允許通過(guò)的最大電流；
Vmax:熱電冷卻器通過(guò)最大電流時(shí)，熱電冷卻器兩端的電壓；
DTmax:當(dāng)熱電冷卻器通過(guò)最大電流，同時(shí)，熱電冷卻器加載的熱量為零時(shí)，熱電冷卻器兩端所達(dá)到的最大溫差。
COP：綜合性能系數(shù)（coefficientof performance），表示冷卻的熱量值與輸入能量的比值Qc/(V*I)；
Th：熱電冷卻器熱端溫度；
RAC：熱電冷卻器的電阻。
下圖為某TEC基本參數(shù)表：
對(duì)于TEC而言，當(dāng)運(yùn)行溫度不同時(shí)，由于電氣性能變化，上文所提及的關(guān)鍵參數(shù)也將有所不同。此例中，取熱端溫度為50℃的性能參數(shù)。假定需求場(chǎng)景為：發(fā)熱芯片功耗為20W，要求溫度控制在26℃，依此計(jì)算此TEC的工作點(diǎn)（工作電流和工作電壓）。
芯片溫度控制在26℃，則溫升要求為24℃。通過(guò)規(guī)格書(shū)中的制冷量、電流、溫差圖，獲知工作電流應(yīng)為4A：
此處4A的電流，指的是TEC工作穩(wěn)定之后的電流，啟動(dòng)時(shí)，工作電流稍大。在某些TEC規(guī)格書(shū)中還提供有電壓、電流和溫差線圖，此時(shí)，可以在此圖中將對(duì)應(yīng)的電壓線找到，并使得溫差為零（初始狀態(tài)，冷熱面溫差為零），回溯獲得初始電流值。如果規(guī)格書(shū)中并未提供此圖，則通常按照穩(wěn)態(tài)電流值的~1.2倍設(shè)置。
根據(jù)電流、電壓、溫差圖，查知工作電壓為4.5V。依工作電壓和工作電流，計(jì)算得為實(shí)現(xiàn)當(dāng)前熱傳量并維持所要求的溫差，所需輸入功率為Pin = I * V = 4A * 4.5V = 18 W. 換算知此時(shí)TEC綜合效率系數(shù)為COP = 20W/18W= 1.11.
展開(kāi) PH/ORP/電導(dǎo)率傳感器在冷卻塔監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
冷卻塔 (The cooling tower)是用水作為循環(huán)冷卻劑，從一系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷是利用水與空氣流動(dòng)接觸后進(jìn)行冷熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽揮發(fā)帶走熱量達(dá)到蒸發(fā)散熱、對(duì)流傳熱和輻射傳熱等原理來(lái)散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的余熱來(lái)降低水溫的蒸發(fā)散熱裝置，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，裝置一般為桶狀，故名為冷卻塔。
冷卻塔被廣泛用于工業(yè)部門(mén)，用于轉(zhuǎn)移冷卻回路中的過(guò)程熱量。
礦物腐蝕和沉積會(huì)降低效率并導(dǎo)致系統(tǒng)部件磨損。此外，腐蝕沉積物或者石灰為有機(jī)材料和生物膜提供了平臺(tái)。例如，軍團(tuán)菌的滲透會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)部件的污染和嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。為了避免昂貴的計(jì)劃外停機(jī)，必須小心維護(hù)成本密集型系統(tǒng)
可靠的分析測(cè)量可防止停機(jī)
為了防止系統(tǒng)部件上的礦物質(zhì)沉積，在冷卻塔中的水中加入酸（如硫酸）以調(diào)節(jié)其pH值。它們中和或溶解冷卻水中的堿性碳酸鈣，防止石灰沉積對(duì)熱交換和冷卻系統(tǒng)的效率產(chǎn)生不利影響。通過(guò)使用德國(guó)knick Memosens pH傳感器SE 555 監(jiān)測(cè)pH值調(diào)節(jié)，可將腐蝕影響降至最低，并盡早發(fā)現(xiàn)工藝缺陷。
冷卻塔中的加藥裝置提供精確數(shù)量的氧化劑，以確保水和管道表面得到消毒。在此過(guò)程中，ORP傳感器測(cè)量氧化/還原電位，作為監(jiān)測(cè)水中氧化劑（如次氯酸鈉）濃度的一種手段。完全消毒所需的氧化劑量在此基礎(chǔ)上確定。德國(guó)knick ORP傳感器SE-565-ORP專為衛(wèi)生處理和無(wú)菌應(yīng)用而設(shè)計(jì)。由于其高精度和測(cè)量重復(fù)性，它被用于此類(lèi)應(yīng)用。
排污工藝通過(guò)排放富含礦物質(zhì)的冷卻水和向系統(tǒng)供應(yīng)低含鹽量的水來(lái)降低冷卻系統(tǒng)的含鹽量。自動(dòng)排污需要測(cè)量電導(dǎo)率，以指示水的鹽度。
SE 680 環(huán)形電導(dǎo)率傳感器由 FDA 批準(zhǔn)的 PEEK 材料制成的高精度傳感器，可提供極大的測(cè)量范圍。可蒸汽滅菌。
展開(kāi) 『轉(zhuǎn)貼』新型微通道自然循環(huán)電子冷卻器
新型微通道自然循環(huán)電子冷卻器
中科院廣州能源研究研究所徐進(jìn)良研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)勇于探索，攻關(guān)4年，于近期成功研制微通道自然循環(huán)電子冷卻器并在高端計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。此項(xiàng)成果通過(guò)廣州市科技局組織的專家鑒定，鑒定意見(jiàn)認(rèn)為達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，可廣泛應(yīng)用于信息、空間、軍事等領(lǐng)域，建議進(jìn)一步推廣使用，以造福社會(huì)。
徐進(jìn)良團(tuán)隊(duì)幾年前就開(kāi)始這項(xiàng)研究，并在去年承擔(dān)廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目“新型微通道自然循環(huán)電子冷卻器及產(chǎn)業(yè)化”，針對(duì)目前在信息、空間、軍事技術(shù)等領(lǐng)域中廣泛存在的電子設(shè)備高集成度、高熱流密度及溫度失效率大幅度上升等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次分析，試驗(yàn)等，提出并實(shí)現(xiàn)了微通道自然循環(huán)冷卻器的原理及樣機(jī)研制。
樣機(jī)由內(nèi)含微通道的金屬底坐和兩根金屬導(dǎo)管及一個(gè)圓形冷凝器和散熱片組成(見(jiàn)圖所示)。所研制的樣機(jī)，經(jīng)廣州市能源監(jiān)督所檢測(cè)，冷卻熱功率達(dá)300W，熱流密度達(dá)33W/cm2。這兩項(xiàng)指標(biāo)分別為目前高端計(jì)算機(jī)熱功率及熱流密度的三倍，可采用風(fēng)散低轉(zhuǎn)速或完全無(wú)風(fēng)自然循環(huán)運(yùn)行，大大降低了噪音，并提高了可靠性。另外，該原理可根據(jù)不同用戶需要，進(jìn)行不同的機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍廣。
據(jù)介紹，該冷卻器中采用了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：(1)微通道用于強(qiáng)化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問(wèn)題，(2)自然循環(huán)原理解決了冷卻器回路的壓力驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)泵運(yùn)行，(3)微型冷凝器與太陽(yáng)花散熱器之間采用過(guò)盈配合，可避免異質(zhì)金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個(gè)冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據(jù)廣東省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所對(duì)國(guó)內(nèi)外專利及文獻(xiàn)的全面檢索分析及驗(yàn)收鑒定專家的實(shí)際考核，認(rèn)為該項(xiàng)目屬于集成性自主創(chuàng)新，建議進(jìn)一步開(kāi)發(fā)批量生產(chǎn)技術(shù)及裝備，以推廣應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊基站、大功率電子及激光器等領(lǐng)域。
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