Аппараты воздушного охлаждения газа схема

Аппараты воздушного охлаждения (АВО): схема обвязки, принцип работы, факторы, влияющие на снижение температуры газа.

Наибольшее распространение на КС получили схемы с использованием аппаратов воздушного охлаждения АВО (рис.4.5). Следует, однако, отметить, что глубина охлаждения технологического газа здесь ограничена температурой наружного воздуха, что особенно сказывается в летний период эксплуатации. Естественно, что температура газа после охлаждения в АВО не может быть ниже температуры наружного воздуха.

Рис. 4.5. План-схема обвязки аппаратов воздушного охлаждения газа:

1 — аппарат воздушного охлаждения газа; 2, 4, 6, 7 — коллекторы;

3 — компенсаторы; 5 — свечи; 8 — обводная линия

Взаимное расположение теплообменных секций и вентиляторов для прокачки воздуха практически и определяет конструктивное оформление АВО. Теплообменные секции АВО могут располагаться горизонтально, вертикально, наклонно, зигзагообразно, что и определяет компоновку аппарата.

Рис. 4.6. Схема подключения аппарата воздушного охлаждения (при нижнем расположении вентилятора):

1 — воздушный холодильник газа 2АВГ-75; 2 — свеча; 3, 4 — коллекторы входа и выхода газа

АВО работает следующим образом: на опорных металлоконструкциях закреплены трубчатые теплообменные секции (рис. 4.6-4.7). По трубам теплообменной секции пропускают транспортируемый газ, а через межтрубное пространство теплообменной секции с помощью вентиляторов, приводимых во вращение от электромоторов, прокачивают наружный воздух. За счет теплообмена между нагретым при компремировании газом, движущимся в трубах, и наружным воздухом, движущимся по межтрубному пространству, и происходит охлаждение технологического газа на КС.

Рис. 4.7. Аппарат воздушного охлаждения газа с верхним расположением вентилятора: 1 — теплообменная поверхность; 2 — вентилятор; 3 — патрубок; 4 — диффузор; 5 — клиноременная передача; 6 — электродвигатель

Опыт эксплуатации АВО на КС показывает, что снижение температуры газа в этих аппаратах можно осуществить примерно на 15-25 °С. Одновременно, опыт эксплуатации указывает на необходимость и экономическую целесообразность наиболее полного использования установок охлаждения газа на КС в годовом цикле эксплуатации, за исключением тех месяцев года с весьма низкими температурами наружного воздуха, когда включение всех аппаратов на предыдущей КС приводит к охлаждению транспортируемого газа до температуры, которая может привести к выпадению гидратов. Обычно это относится к зимнему времени года.

При проектировании компрессорной станции количество аппаратов воздушного охлаждения выбирается в соответствии с отраслевыми нормами ОНТП51-1-85. На основании этих норм температура технологического газа на выходе из АВО не должна превышать среднюю температуру наружного воздуха более чем на 15-20 °С.

Уменьшение температуры технологического газа, поступающего в газопровод после его охлаждения в АВО, приводит к уменьшению средней температуры газа на линейном участке трубопровода и, как следствие, к снижению температуры и увеличению давления газа на входе в последующую КС. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению степени сжатия на последующей станции (при сохранении давления на выходе из нее) и энергозатрат на компремирование газа по станции.

Очевидно также, что оптимизация режимов работы АВО должна соответствовать условию минимальных суммарных энергозатрат на охлаждение и компремирование газа на рассматриваемом участке работы газопровода.

Следует также отметить, что аппараты воздушного охлаждения газа являются экологически чистыми устройствами для охлаждения газа, не требуют расхода воды, относительно просты в эксплуатации. В эксплуатации применяются следующие типы (табл. 4.1) АВО газа: 2АВГ-75, АВЗД, фирм «Нуово Пиньоне» и «Крезо Луар».

Таблица 4.1.- Типы АВО.

Показатель	Един. измер.	Тип АВО
2АВГ — 75	«Пейя»	Хадсан-Итальяно
Массовый расход газа,		196,9
Рабочее давление	МПа	7,36	7,36	7,36
Коэффициент теплопередачи
Поверхность теплопередачи
Число ходов газа
Общее число труб
Длина труб		11,2
Внутренний диаметр труб		21,2
Сумма коэф. местных сопр.	5,0	5,5	5,8
Количество вентиляторов
Производительность вениляторов,		564,5
Напор вентиляторов	Па	7,2
Мощность вентиляторов		105,6
Масса аппарата

В настоящее время установки охлаждения транспортируемого газа являются одним из основных видов технологического оборудования КС.

Источник статьи: http://helpiks.org/6-83623.html

Аппараты воздушного охлаждения – устройство, принцип работы, особенности выбора и расчета

Аппараты воздушного охлаждения в основном используются там, где применение других систем охлаждения технически не возможно или не целесообразно с экономической точки зрения. Крупные производственные предприятия различных отраслей промышленности, расположенные вдали от природных источников воды, нуждаются в охлаждении технологических жидкостей, паров и газов. Для этих целей применяются специальные теплообменные установки – аппараты воздушного охлаждения (АВО). В зависимости от назначения АВО подразделяются на конденсаторы, охладители газа, охладители жидкости, маслоохладители.

Как правило, стоимость аппаратов воздушного охлаждения выше, чем у теплообменников, которые охлаждаются водой. Однако при охлаждении воздухом отсутствуют проблемы с коррозией и загрязнением, связанные с применением охлаждающей воды, а также отсутствует вероятность смешивания воды с охлаждаемой технологической жидкостью. Таким образом, затраты на техническое обслуживание аппаратов воздушного охлаждения ниже.

Очевидными преимуществами аппаратов воздушного охлаждения являются:
– Сохранение чистоты охлаждаемых сред благодаря замкнутым контурам;
– Возможность установки практически в любых климатических и природных зонах;
– Относительно невысокие эксплуатационные затраты;
– Экологичность (практически отсутствует воздействие на окружающую среду);

Устройство аппаратов воздушного охлаждения (АВО)

Аппарат воздушного охлаждения состоит из одной или нескольких теплообменных секций, установленных на общей раме, вентиляторов, которые прокачивают потоки воздуха через теплообменник и приводов вентиляторов (электромоторов). Вентиляторы устанавливаются в специальных диффузорах, которые предназначены для повышения эффективности и направления воздушного потока. Диффузор вентилятора представляет собой обечайку цилиндрической формы, внутри которой размещен сам вентилятор. Теплообменная секция состоит из трубок, через которые протекает охлаждаемая среда, и коллекторов, к которым подключаются подающий и отводящий трубопроводы и которые распределяют охлаждаемую среду равномерно по трубкам теплообменника. Для увеличения площади поверхностей, через которые происходит передача тепла, часто применяют трубки с внешним оребрением или на трубки насаживаются специальные пластины, которые называются ребрами или ламелями. Соединение трубок и ребер производится методом дорнования, что обеспечивает надежный контакт и эффективную теплопередачу. Технологическая среда, которую требуется охладить, поступает в трубки теплообменника. Тепло передается от жидкости к трубкам, а от трубок к ребрам и далее к воздуху, который отводит тепло от теплообменника в окружающую среду.

Типы аппаратов воздушного охлаждения (АВО)

Аппараты воздушного охлаждения в зависимости от расположения теплообменной секции подразделяются на следующие типы:
– горизонтальные
– вертикальные
– V-образные
– зигзагообразные

Аппарат воздушного охлаждения горизонтального типа

Основные параметры аппаратов воздушного охлаждения

Основными параметрами при выборе и проектировании АВО являются:
– производительность
– расчетное давление
– расчетная температура
– материал труб теплообменника (зависит от теплоносителя)

Также при выборе АВО значение имеют такие параметры как:
– объем внутреннего контура (объем заправки)
– площадь поверхности теплопередачи
– диаметр и тип подключений теплоносителя
– массогабаритные характеристики

Все параметры указываются в конструкторской документации и паспорте на изделие.

Исполнение АВО по способу прокачивания воздуха через теплообменник

Существует два исполнения аппаратов воздушного охлаждения – аппараты с естественной конвекцией воздуха через теплообменник и аппараты с принудительной циркуляцией воздуха, которая осуществляется с помощью вентиляторов. Аппараты воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха применяются значительно чаще, т.к. их эффективность намного выше. Теплообменники с естественной конвекцией применяются в специальных случаях, где технологические процессы требуют обеспечения небольших скоростей воздуха, например в некоторых типах холодильных камер.

Аппараты воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха имеют два принципиальных конструктивных исполнения:

1. Вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник

Взаимное расположение теплообменника и вентиляторов обеспечивает нагнетание воздушных масс на теплообменную секцию. При этом достигается высокая турбулентность воздушного потока на входе в теплообменник и как следствие более эффективная теплопередача. При горизонтальном исполнении обеспечивается легкий доступ к электромотору и вентилятору для проведения технического обслуживания, а также исключается влияние нагретого воздуха на данные элементы.

Однако из-за относительно небольшой скорости воздушных масс на выходе повышается вероятность рециркуляции теплого воздуха, из-за которой производительность аппарата снижается. Таким образом для достижения необходимой производительности требуется применение более мощных вентиляторов или увеличение теплообменных поверхностей. Также важной проблемой горизонтального исполнения является незащищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов (снег, град), что ограничивает его применение в некоторых климатических зонах.

2. Вентиляторы протягивают воздух через теплообменник

Расположение вентиляторов обеспечивает протягивание воздуха через теплообменную секцию, что обеспечивает высокие скорости воздуха на выходе и исключает вероятность рециркуляции нагретых воздушных масс. У аппаратов с горизонтальным исполнением достигается хорошая защищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов, т.к. теплообменник расположен под кожухом и вентиляторами.

При протягивании вентилятором воздуха через теплообменник требуется больше энергии, чем при нагнетании на теплообменник, т.к. объемный расход нагретого воздуха выше. Однако данный недостаток компенсируется благодаря более равномерному распределению воздушного потока по площади теплообменника.

Материалы для производства аппаратов воздушного охлаждения (АВО)

Тип охлаждаемой среды и её давление являются ключевыми факторами для выбора материала труб аппарата воздушного охлаждения. Для изготовления труб применяются такие материалы как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, медь, медно-никелевый сплав, титан. Ребра изготавливаются из алюминия, меди и углеродистой стали, покрытой методом горячего цинкования. Аппараты воздушного охлаждения, которые устанавливаются в зонах, где имеется воздействие агрессивных сред (морской и влажный климат, промышленные зоны), нуждаются в дополнительной защите поверхностей. Для этого применяются различные покрытия ребер (ламелей) или теплообменных секций в целом. Высокие давления охлаждаемых сред требуют повышенного внимания к качеству трубных соединений. Для соединения стальных труб применяется высокоточная сварка, медные трубы соединяются методом пайки.

Труба теплообменника с внешним оребрением

Расчет аппаратов воздушного охлаждения (АВО)

В целом методика расчета аппарата воздушного охлаждения аналогична расчету кожухотрубных теплообменников. Предварительная конфигурация теплообменного блока выбирается на основе общего коэффициента теплопередачи с учетом значений основных параметров, которые приведены ниже. Далее выполняются корректирующие тепловые и гидравлические расчеты, в результате которых предварительная конфигурация блока обретает необходимый вид. Важным предварительным шагом в расчете аппарата воздушного охлаждения является выбор температуры воздуха на выходе. Этот параметр оказывает существенное влияние на стоимость АВО. Повышение температуры воздуха на выходе из аппарата с воздушным охлаждением уменьшает количество необходимого воздуха, что снижает мощность вентилятора и, следовательно, эксплуатационные расходы. Однако, это также уменьшает коэффициент теплопередачи со стороны воздуха, что приводит к увеличению теплообменника, а следовательно и капитальных вложений.

Выбор диаметра и материала труб теплообменника должен осуществляться на основе свойств и температуры охлаждаемой жидкости с учетом антикоррозионных свойств материалов.

Распределение воздушного потока

Чтобы получить равномерное распределение потока воздуха по всей площади теплообменника, площадь вентилятора должна составлять не менее 40% от площади теплообменной секции. Отношение длины секции к ширине должно быть в пределах 3-3,5. Кроме того желательно иметь не менее четырех трубок в глубину для эффективного использования площади теплообменника. Максимальное количество трубок зависит от статического сопротивления, при котором может работать вентилятор. Обычно эти данные указаны в паспорте вентилятора.

Температура окружающей среды

Расчет аппарата воздушного охлаждения должен быть произведен при температуре воздуха в условиях летнего периода. Однако, использование для расчетов самой высокой температуры воздуха приводит к увеличению размеров теплообменного блока, что сильно увеличивает стоимость аппарата. Обычно на практике принимают значения температуры, которые преобладают в данном регионе в течение 90-95% летнего времени.

Температура воздуха на выходе

При расчетах температура воздуха на выходе из аппарата должна ограничиваться примерно 100°С для того, чтобы предотвратить повреждение лопастей вентилятора и подшипников. Тем не менее, эти части могут быть подвержены воздействию высоких температур в случае неисправности вентилятора.

Скорость воздушного потока

Скорость воздушного потока обычно составляет 3-6 м/с. Значения в этом диапазоне, как правило, обеспечивают разумный баланс между теплопередачей с воздушной стороны и падением давления.

Стандарты проектирования

Большинство аппаратов воздушного охлаждения для промышленного применения производятся в соответствии с ГОСТ Р 51364-99 «Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические условия». В стандарте нормирует основные параметры и размеры АВО, требования к безопасности, правила приемки и методы контроля, а также содержит указания по эксплуатации и проектированию.

Источник статьи: http://www.teploobmenka.ru/oborud/avo/