Аппарат воздушного охлаждения типа АВГ (модернизированный)

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к теплообменным аппаратам воздушного охлаждения, и может быть использована в химической, металлургической, нефтяной и газовой промышленности, где в технологических процессах имеется потребность в теплообмене.
Известны теплообменные аппараты воздушного охлаждения, состоящие из теплообменной поверхности, представляющей собой трубные пучки из параллельных труб, которые обеспечивают ее взаимодействие с внешней охлаждающей средой, в качестве которой используется наружный воздух, система подачи которого включает в себя, по крайней мере, одну вентиляторную установку, монтируемых на опорной конструкции.
Из предшествующего уровня техники известен теплообменник воздушного охлаждения [описание изобретения СССР №378698, кл. F28B 1/06], содержащий кожух с оребренными внутри трубами, закрепленными в трубных решетках, и вентилятор для обдува труб воздухом. У теплообменника воздушного охлаждения концы оребренных труб выполнены гладкостенными и вместе с решетками, в которых они закреплены, вынесены за пределы кожуха, т.е. выведены из зоны их обдува воздухом и практически не участвуют в процессе активного теплосъема. Такое конструктивное исполнение теплообменника снижает его эксплуатационные характеристики по эффективности теплообмена и приводит к увеличению его материалоемкости и габаритов.
Известны конструкции аппаратов воздушного охлаждения в системах электростанций, газоперекачки и нефтехимии, состоящие из однотипных секций с воздушным вентилятором, установленным под теплообменной поверхностью [см. номенклатурный каталог «Аппараты воздушных охлаждений», «ЦНО-Химмаш», с. 3-8].
Недостаток этих аппаратов в сниженном теплосъеме из-за неравномерного распределения воздуха в секции по поверхности теплообменных аппаратов при работе вентилятора на нагнетание.
Известны аппараты воздушного охлаждения, состоящие из однотипных секций с верхним расположением вентилятора и V-образной компоновкой теплообменных модулей, обеспечивающие равномерное распределение расхода воздуха по поверхности теплообменной поверхности [см. Мильман О.О., Ананьев П.А. «Сухие градирни и воздушно-конденсационные установки», Теплоэнергетика, 2016, №2, с. 7-9].
Недостаток этих установок - снижение теплосъема из-за неравномерного распределения воздуха между секциями по мере движения его в пространстве между поверхностью земли и входом в теплообменные секции и, как следствие, необходимость поднимать секции на большую высоту за счет увеличения размеров металлоконструкций.
Известен аппарат воздушного охлаждения, состоящий из блока теплообменников, вентилятора, опор и системы водяного орошения, между опорами и на нижней плоскости блока теплообменников установлены рамы с металлической сеткой и фильтрующим полотном [патент RU №2200907, опубл. 20.03.2003 г.].
Недостатками известного аппарата являются большая металлоемкость, большие энергозатраты, большие занимаемые площади.
Также известен аппарат воздушного охлаждения природного газа с коллекторами подвода и отвода продукта 2АВГ-75(100) [Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения, В.Б. Кунтыш, А.Н. Бессонный и др. СПб.: Недра, 1996, с. 84-85], предназначенный для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Известный аппарат состоит из горизонтально расположенных секций коллекторного типа, собранных из оребренных биметаллических труб, которые обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого снизу осевыми вентиляторами с приводами от тихоходных электродвигателей. Теплообменные секции включают камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб.
Общим недостатком всех известных аппаратов воздушного охлаждения является большое энергопотребление, что делает их дорогими в эксплуатации. Высокая потребляемая мощность привода вентилятора вызвана большим аэродинамическим сопротивлением охлаждающего воздуха при движении его через оребрение пучка труб, которое выполнено избыточным.
Известен аппарат воздушного охлаждения секционного типа (airblowingcooler), состоящий из теплообменников с несколькими рядами горизонтальных оребренных труб (теплообменных секций) и вентиляторами, расположенными над или под теплообменными секциями, обеспечивающими проток охлаждающего воздуха через поверхность теплообмена [см. номенклатурный перечень завода химического машиностроения, г. Борисоглебск],
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются аппараты типа АВГ, изготавливаемые по ТУ 3612-021-00218880-2010 состоящие из металлоконструкций, собираемых на месте эксплуатации с установленными на них пучками теплообменных труб, скомпонованных в несколько отдельных каркасов - теплообменных секций и системы подачи воздуха, а так же установленных на отдельных фундаментах электродвигателей со смонтированными непосредственно на них вентиляторами.
Основным недостатками данных типов аппаратов являются: смещение вентилятора относительно коллектора; тяжелый электродвигатель; малый КПД многополюсного тихоходного электродвигателя; несоблюдение требований п. 7.2.3.5 ГОСТ 13706-2011 и п 4.2.6.3 ГОСТ 51364-99 в части максимально допустимого значения окружной скорости конца лопатки вентилятора; тяжелое стальное колесо вентилятора; сложность обслуживания и отсутствие доступа к двигателю; малая высота забора воздуха, что ухудшает аэродинамические характеристики; потеря полезной площади теплообмена и большого количества мертвых зон, необдуваемых потоком воздуха, при использовании 3-х секций за счет боковых стенок и зазоров между секциями; ограниченная площадь коэффициента оребрения ϕ=20.
Технической задачей полезной модели является повышения интенсивности теплообмена.
Для решения поставленной технической задачи предложен аппарат воздушного охлаждения, содержащий несущую металлоконструкцию, на которой установлен диффузор, коллектор вентилятора с плавным входом, электродвигатель с колесом вентилятора и теплообменные секции с оребренными биметаллическими трубами, отличающийся тем, что коллектор вентилятора установлен внутри диффузора на расстоянии от уровня земли до входа коллектора вентилятора не менее 3000 мм, а плотность оребрения труб составляет не менее 435 ребер на метр.
На фиг. 1 представлен аппарат воздушного охлаждения типа АКТ модернизированный, состоящий из закрепленных на несущей металлоконструкции 1 двух теплообменных секций 2 с увеличенной площадью теплообмена, выполненных в виде оребренных труб 7 с увеличенным коэффициентом оребрения, высокоскоростного малополюсного электродвигателя 3, который имеет больший КПД в сравнении с многополюсными тихоходными электродвигателями, облегченного рабочего колеса вентилятора 4, изготовленного из композитных материалов или алюминиевого профиля, коллектора вентилятора 5, вход которого существенно выше, чем для аппаратов типа АВГ за счет расположения коллектора вентилятора внутри диффузора, рамы привода 6, закрепленной непосредственно на металлоконструкции АВО.
Предлагаемая полезная модель имеет следующие преимущества:
увеличение расстояния минимум на 800 мм от уровня земли до входа коллектора вентилятора относительно 2200 мм, принятым в аппарате АВГ по ТУ 3612-021-00218880-2010, за счет расположения коллектора вентилятора внутри диффузора и/или сокращения высоты диффузора, позволяет увеличить площадь забора воздуха и уменьшить аэродинамическое сопротивление воздушного потока;
уменьшение с трех до двух по сравнению с аппаратом АВГ по ТУ 3612-021-00218880-2010 количества теплообменных секций позволяет увеличить количество теплообменных труб в аппарате, а так же уменьшить площадь необдуваемой части трубных пучков за счет пространства, образующегося при исключении опорных боковых стенок теплообменных секций и монтажных зазоров между ними;
использование оребренных труб с увеличенной плотностью оребрения с 400 до, как минимум, 435 ребер на метр существенно увеличивает площадь теплообмена по сравнению с коэффициентом оребрения ф20.
Техническим результатом полезной модели является повышение интенсивности теплообмена.
Предлагаемый аппарат воздушного охлаждения типа АВГ (модернизированный) работает следующим образом.
Охлаждаемый продукт (например, природный газ) подается в трубный пучок теплообменной секции. Охлаждающая среда, в качестве которой используется наружный воздух, - нагнетается вентиляторами в межтрубное пространство перпендикулярно трубному пучку снизу вверх, обдувает трубы теплообменной секции и охлаждает проходящий по ним продукт.
Использование предлагаемого модернизированного аппарата воздушного охлаждения типа АВГ позволит увеличить интенсивность охлаждения и снизить потребляемую мощность.