АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
GAS AIR COOLING UNIT

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым для охлаждения природного газа.
В общем случае АВО представляет собой аппарат, состоящий из двух основных частей: поверхности охлаждения (теплообменные секции) и системы подачи воздуха.
Основные конструктивные различия АВО заключаются в пространственном расположении теплообменных секций и взаимном расположении теплообменных секций и вентилятора. По виду взаимного направления движения теплоносителей АВО выполнены как аппараты перекрестного типа, в которых теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Охлаждающий воздух совершает однократный ток через пучок теплообменных труб, а горячий технологический продукт, например газ, движется внутри труб.
Известен аппарат воздушного охлаждения газа (патент №2075714 RU), содержащий теплообменные секции, закрепленные в трубных решетках, с камерами подвода и отвода теплоносителя, вентиляторы с приводом и опорную металлоконструкцию.
Известны аппараты воздушного охлаждения с горизонтальным расположением теплообменных секций нагнетательного типа, в которых вентилятор расположен до теплообменной секции по ходу движения воздуха (например, патент №2200907 RU). Аппараты такого типа являются более простыми и удобными в обслуживании, но потребляют много энергии.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является аппарат воздушного охлаждения природного газа с коллекторами входа и выхода продукта 2АВГ-75(100), предназначенный для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов (В.Б.Кунтыш, А.Н.Бессонный и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. - С/П: Недра, 1996, с.84-85, рис.2.37).
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 которых заделаны концы оребренных теплообменных труб. Материал теплообменных труб: внутренних - сталь, оребрения - алюминий.
Недостатками известных АВО являются большое энергопотребление, что делает их дорогими в эксплуатации. Значительно высокая потребляемая мощность привода вентилятора вызвана большим аэродинамическим сопротивлением воздуха при движении его через пучок теплообменных труб. Кроме этого, воздух, набегающий на трубный пучок, имеет неравномерное скоростное поле, что не позволяет эффективно использовать всю теплообменную поверхность. Низкая скорость нагретого воздуха на выходе из теплообменных секций может привести к рециркуляции, то есть к обратному току воздушного потока в зону разрежения на всасе вентилятора, и, следовательно, к энергетическим потерям. К значительным потерям мощности на перемещение теплоносителя (охлаждаемого природного газа) по трубам также приводит увеличение гидравлического сопротивления при распределении газа по трубам пучка из камеры его подвода. Наиболее значительное снижение тепловой эффективности наблюдается в летний период при увеличении температуры наружного воздуха.
Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение тепловой эффективности аппарата воздушного охлаждения за счет снижения энергопотребления.
Поставленная задача решается тем, что аппарат воздушного охлаждения газа содержит вентиляторы для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен в виде секционного сосуда с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает камеру входа и камеру выхода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок одноходовые оребренные теплообменные трубы, которые с боков ограничены продольными стенами каркаса секции, при этом каждая камера входа газа и выхода газа теплообменных секций аппарата имеет соответственно патрубки для присоединения к коллектору подвода газа из подающего газопровода и к коллектору отвода газа, сообщенному на выходе с газопроводом. Каждая камера входа и выхода охлаждаемого газа выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, и содержит образующую переднюю часть - трубную доску, в которую заделаны концы теплообменных труб, и заднюю часть камеры, образованную преимущественно внешней доской, которая выполнена с отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске. В полости теплообменных труб размещены внутренние трубы с продольным оребрением, сообщенные с коллектором входа и выхода теплообменной среды второго контура, при этом длина внутренней трубы превышает длину теплобменной трубы на величину, позволяющую обеспечить ее выход за внешнюю доску через существующие отверстия. Концы внутренних труб имеют возможность сообщения с коллекторами подвода и отвода теплоносителя второго контура, а количество теплообменных труб, разделенных на два контура, и отношение их диаметров подбирается из условия совершения максимально эффективного теплообмена между охлаждаемым газом и более холодным теплоносителем без увеличения гидравлического сопротивления аппарата воздушного охлаждения газа в целом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена теплообменная секция, вид сверху;
на фиг.2 изображена теплообменная труба с внутренней трубой теплоносителя 2-го контура, вид А-А.
Теплообменная секция АВО газа 1 включает камеры входа 2 и выхода 3 охлаждаемого газа (конструктивно камера выхода 3 выполнена также, как камера входа 2), содержащие трубные доски 4. Трубные доски 4 выполнены с отверстиями 5, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок одноходовые оребренные теплообменные трубы 6. Камера входа 2, помимо трубной доски, содержит заднюю часть - внешнюю доску, которая выполнена с отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске.
Камера входа 2 имеет патрубок 7 для присоединения к коллектору подвода газа после компрессорной станции (на чертеже не изображен). Камера выхода 3 конструктивно аналогична камере входа 2 и имеет соответственно патрубок для присоединения к коллектору отвода газа (на чертеже не изображен).
В полости теплообменной трубы 6 размещена внутренняя труба 9 с продольным оребрением, концы которой выведены через существующие отверстия 11 внешней доски 10 камеры входа и выхода.
Внутренняя труба 9 имеет возможность сообщения с коллектором входа 12 и выхода 13 теплоносителя второго контура. Коллектор входа 12 выполнен в виде пустотелого цилиндра и имеет возможность сообщения с внутренними трубами 9, содержит патрубок 14 подвода теплоносителя второго контура. Выходной коллектор 13 конструктивно аналогичен коллектору входа и имеет соответственно патрубок 15 отвода теплоносителя второго контура.
Аппарат воздушного охлаждения газа работает следующим образом.
Охлаждаемый газ из магистрального газопровода после компрессорной станции подается через коллектор подвода газа в камеру входа 2 теплообменной секции АВО газа 1. Из камеры входа 2 охлаждаемый газ распределяется по теплообменным трубам 6. Теплообменная секция АВО газа 1, собранная из теполобменных труб 6, обдувается потоком охлаждающего воздуха, нагнетаемого снизу осевыми вентиляторами с приводами от тихоходных электродвигателей.
Охлажденный теплоноситель второго контура (топливный газ и т.п.) поступает во входной коллектор 12. Из входного коллектора 12 теплоноситель второго контура распределяется по внутренним трубам 9, расположенным в полости теплообменных труб 6. Проходя через внутреннее межтрубное пространство, образованное внутренней стенкой теплообменной трубы 6 и наружной поверхностью внутренней трубы 9, теплоноситель второго контура забирает тепло от теплообменной поверхности, нагретой проходящим внутри труб охлаждаемым газом. Теплоноситель второго контура, пройдя по внутренним трубам 9, собирается в выходном коллекторе 13 и отводится через патрубок 15 в коммуникации компрессорной станции.
Охлаждающий теплоноситель (воздух) поступает в межтрубное пространство теплообменной секции АВО газа 1. Проходя через наружное межтрубное пространство, омывая теплообменные трубы 6, воздух забирает тепло от теплообменной поверхности, нагретой проходящим внутри труб охлаждаемым газом.
Пройдя по трубам и охладившись, газ поступает в выходную камеру 3, откуда через патрубок 8 и коллектор отвода газа подается в магистральный газопровод.
При этом за счет теплообмена охлаждаемого газа с теплоносителем второго контура происходит дополнительное охлаждение газа после компрессорной станции и нагрев теплоносителя второго контура, к примеру топливного газа газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции.
Предлагаемый аппарат воздушного охлаждения газа за счет оптимизации параметров теплообменных элементов обеспечивает в процессе его эксплуатации повышение теплопроизводительности и, таким образом, за счет более эффективного теплообмена охлаждаемого газа с наружной поверхностью внутренней трубы теплоносителя второго контура в межтрубном пространстве трубных досок позволяет уменьшить энергопотребление.
Таким образом, данная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа является экономичной.