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.
Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 16066 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Конструкции аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях
Для охлаждения потока транспортируемого газа наибольшее распространение на КС получили АВО, которые имеют ряд преимуществ перед другими типами теплообменных аппаратов: не требуют предварительной подготовки теплоносителей, надежны в эксплуатации, экологически чисты, имеют простые схемы подключения.
Аппараты воздушного охлаждения включают в себя следующие основные узлы и агрегаты: секции оребренных теплообменных труб различной длины (от 3 до 12 м), вентиляторы с электроприводом, диффузоры и жалюзи для регулировки производительности воздуха, несущие конструкции, в некоторых случаях механизмы регулирования. Применяемые для охлаждения газа АВО имеют развитые наружные поверхности и характеризуются коэффициентом оребрения (это отношение площади наружной поверхности по оребрению к площади поверхности гладких труб ψ = Нр/Нтр). Коэффициенты оребрения применяемых аппаратов находятся в пределах от 7,8 до 21. Это связано с тем, что тепловой поток от газа к материалу трубы значительно выше, чем от наружной поверхности к воздуху.
Оребрение поверхности может осуществляться различными способами: накаткой или навивкой ребер, напрессовкой пластин, намоткой проволоки. Накатные ребра образуются выдавливанием при протяжке толстостенной заготовки между специальными роликами. Материалом в этом случае служат относительно мягкие металлы — медь, алюминий. Иногда применяются биметаллические трубы; в этом случае материал внутренней трубы выбирается в зависимости от условий эксплуатации, теплоносителя, его тепловых, физических и коррозионных свойств. Необходимо отметить, что при этом в месте контакта двух труб возникает дополнительное термическое сопротивление и, как показывают многочисленные исследования, тепловая эффективность их снижается на 10-20% по сравнению с монометаллическими трубами.
Навитые оребренные трубы изготовляют навивкой в основном алюминиевой лен ты на трубы, причем навивка может осуществляться с натягом ленты или в предварительно накатанную канавку глубиной до 0,5 мм и подвальцовкой основания ленты металлом несущей трубы для большей жесткости и уменьшения термического сопротивления.
Пластинчатое оребрение получают напрессовкой пластин различной конфигурации на трубы, пайкой или сваркой (в основном радиаторы двигателей внутреннего сгорания). На рисунке5.1 показаны различные конструкции оребренных труб. На КС используются АВО из оребренных труб, получаемых накаткой, методом навивки алюминиевой ленты с геометрическими размерами, приведенными в таблице 5.1.
Монометаллические трубы из алюминиевых сплавов применяются до давления 1,6 МПа; из углеродистых, нержавеющих сплавов – практически на любые возможные давления в системе. Оребренные трубы собираются в пучки и могут иметь от 2 до 8 рядов труб. Пучки труб, образующие секции, выпускаются с различным числом ходов по трубному пространству (табл. 5.2). Ширина секций различных аппаратов составляет 1380 мм, а высота и длина зависят от числа рядов и длины труб. Они выпускаются на давления 0,6-6,4 МПа.
Рис. 5.1. Виды оребренных труб АВО.
а – накатные монометаллические; б – накатные биметаллические;
в – навитые в канавку; г – петельно-проволочные;
д – напрессованные пластинчатые; е – навитые с Г-образной лентой.
Геометрические характеристики оребренных труб
| Коэффициент Оребрения ψ | Размеры, мм | |||
| dн | dтр | h | δ | t |
| 14,6 | 0,85 | 3,0 | ||
| 9,0 | 10,5 | 0,85 | 3,5 | |
| 7,8 | 0,95 | 3,5 | ||
| 22,0 | 0,33 | 2,5 |
Число ходов по трубному пространству в зависимости от числа рядов труб
| Тип аппарата | Число рядов/число ходов |
| АВМ АВГ АВЗ; АВЗ-Д | 4/1; 2; 4 6/1; 2; 3; 6 8/1; 2; 4; 8 4/1; 2; 4; 8 6/1; 2; 4; 6 8/1; 2; 4; 8 |
Аппараты воздушного охлаждения малопоточные (АВМ) имеют одну секцию с длиной труб 1,5 или 3 м. Для получения характеристик аппаратов АВМ с длиной труб 3 м приведенные данные необходимо удвоить. Аппарат с длиной труб 1,5 м оборудуется одним вентилятором с колесом 0,8 м и электродвигателем мощностью 3 кВт, а с длиной труб 3 м – двумя.
Аппараты воздушного охлаждения горизонтального типа (АВГ) выпускаются с длиной труб 4 и 8 м и коэффициентом оребрения 9 и 14,6. Они оборудуются одним вентилятором мощностью 40 кВт при длине труб 4 м и двумя вентиляторами при длине труб 8 м.
Наиболее перспективными аппаратами для охлаждения газа являются аппараты зигзагообразного типа (АВЗ), имеющие большие поверхности охлаждения (3500 Ö 10200 м ), длину труб 6 м, мощность вентиляторов 99 кВт. Характеристики перечисленных аппаратов приведены в таблице 5.3 и 5.4.
Характеристики аппаратов воздушного охлаждения газа
| Тип аппарата | Число рядов труб | Поверхность теплообмена по оребрению, м 2 | Номинальная производительность вентилятора, 10 3 м 3 /ч |
| ψ = 9 | ψ = 14,6 | ψ = 9 | ψ = 14,6 |
| АВМ АВГ АВЗ | 21,7 19,8 | 21,7 16,5 |
Камеры секций теплообменных аппаратов выполняются разъемными и неразъемными. Разъемные камеры состоят из трубной решетки, где крепятся оребренные теплообменные трубы, и крышки со штуцерами для подвода теплоносителя. Внутри крышки предусматриваются перегородки, уплотняемые прокладками в плоскости фланцевого соединения для обеспечения различного числа ходов охлаждаемой среды (газа, масла, воды), движущейся внутри трубного пространства. Во избежание высоких термических напряжений перепад температур одной крышки многоходовой секции не должен превышать 100°С. В верхней части крышек имеются воздушники, заглушенные резьбовыми пробками; в перегородках – отверстия для дренажа охлаждающей среды, а в нижней части – сливные отверстия, закрытые пробками.
Вентиляторы АВО представляют собой осевые машины, они имеют большую производительность но воздуху при малых гидравлических напорах. Окружная скорость вращения лопастей не превышает 62-65 м/с при диаметре вентилятора от 0,8 до 7,0 м. Лопасти изготавливаются штамповкой и сваркой, колесо имеет от 3 до 8 лопастей, поворотных и неповоротных. Расход воздуха зависит от числа труб в секциях, коэффициента оребрения, технологических факторов, расположения труб в секциях и др. В связи с этим аэродинамические характеристики вентилятора могут быть получены только опытным путем, после продувки секций. Аэродинамические характеристики вентиляторов различных типов теплообменных аппаратов представляют собой зависимость dр =/(V, а) для каждой секции с определенным числом рядов труб и приводятся в справочной литературе, например [3,11,13,22,23].
Характеристики аппаратов воздушного охлаждения газа
| Показатели | Тип аппарата | ||||
| 2АВГ-75с | АВЗ | Крезо-Луар | Ничимен | Хадсон | |
| Поверхность аппарата, м 2 : -по оребренным трубам -по гладким трубам | — | 441,2 | 511,53 | 10793 509,3 | |
| Производительность вентиляторов, ×10 3 м 3 /ч | 672.4 | 564,5 | |||
| Количество вентиляторов, шт. | |||||
| Мощность вентиляторов, кВт | 73,2 | 100 43 | 50.8 | ||
| Размеры труб: -длина, м -диаметр внутрешшй, мм -диаметр наружный мм -диаметр орсбренкя. мм | 10.0 21.2 26,4 | 10,97 21,2 25.4 | 11.2 21.0 25.4 | ||
| Число ребер на 1 м длины трубы, шт. | |||||
| Ребро: -толщина, мм -высота. мм | 0,6 | 0,85 | 0,49 15.8 | 0.45 15.8 | 0.6 |
| Число труб (в секции/ в аппарате), шт. | 9S4 | ||||
| Коэффициент оребрения | 14,6 | 2I,2 | 21,4 | 21,1 | |
| Число рядов | |||||
| Число ходов | |||||
| Площадь поперечного сечения, м2 | 0,186 | 0,341 | 0,196 | 0,218 | 0,205 |
Привод вентиляторов АВО отечественного изготовления осуществляется электродвигателями разной мощности непосредственно от двигателя (диаметр колеса 0,8 м) или через угловой редуктор. Вентиляторы диаметром 5,0 м приводятся во вращение либо через специальный редуктор с гипоидным зацеплением, либо от специального низкооборотного электродвигателя. Производительность вентилятора меняют поворотом лопастей; это можно сделать вручную, пневматически, электромеханически или изменением скорости вращения двигателя либо применением гидродинамических муфт. В настоящее время АВО в основном имеет ручную регулировку производительности вентилятора, что создает трудности при поддержании постоянных выходных параметров в годовом цикле эксплуатации.
Для поддержания в зимний период постоянной температуры охлаждаемой среды осуществляется перепуск воздуха с помощью систем воздуховодов и жалюзи. Для запуска турбины, когда масло не прогрелось, АВО комплектуют подогревателями воздуха, расположенными под секциями труб. При эксплуатации АВО в зоне повышенных температур наружного воздуха для расширения диапазона температур применяется увлажнение воздуха, для чего в АВО оборудована система увлажнения с форсунками. Вода, поступающая в систему увлажнения, по рекомендации ВНИИнефтемаша должна отвечать следующим требованиям: ионов железа и ионов меди не более 0,3 мг/л, щелочных сульфидов не более 500 мг/л, общая жесткость 0,5 мг-экв/л, взвеси твердых веществ не допускаются.
Конструктивное оформление АВО зависит от взаимного расположения секций и вентилятора (рис. 5.2). Как видно из рисунка 5.2, теплообменные секции могут располагаться горизонтально, наклонно и зигзагообразно, в результате чего получают различные компоновки АВО. Наиболее применимым является аппарат с горизонтальным расположением секций; это упрощает монтажно-ремонтные работы, обеспечивает более равномерное распределение воздуха по секциям, однако они занимают большую площадь на КС магистральных газопроводов. Аппараты с вертикальным расположением секций практически не используются на КС, так как тепловая эффективность их в значительной степени зависит от скорости, направления ветра, кроме того, в этих аппаратах неравномерная загрузка подшипников вентилятора.
Для сокращения площади размещения теплообменного оборудования, обеспечения вращения вентилятора в горизонтальной плоскости применяются аппараты шатрового типа. Наиболее перспективной является схема аппарата с зигзагообразным расположением секций: она сокращает площади, необходимые для размещения аппаратов, обеспечивает горизонтальное размещение вентилятора, легкость монтажа и обслуживания. Вентиляторы могут устанавливаться как на всасывание, так и на нагнетание. Наиболее применима работа вентилятора на нагнетание в аппаратах горизонтального и зигзагообразного типа
Рис. 5.2. Компоновка секций в теплообменных аппаратах воздушного охлаждения.
а-зигзагообразная, б-горизонтальная, в-шатровая
