Аппарат воздушного охлаждения, позволяющий реализовать высокоэффективные режимы работы, исключающие переохлаждение и замораживание продукта

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в химической, металлургической, нефтяной и газовой промышленности.
Известен аппарат воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха, который содержит теплообменную секцию, рециркуляционный канал и размещенную под ними камеру смешения теплого и холодного воздуха. В верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, установлен коллектор с размещенным в нем вентилятором. В месте сообщения камеры с рециркуляционным каналом на стенках закреплены пластины трапецеидальной формы, одна из которых наклонена в сторону вентилятора, а две другие - в сторону рециркуляционного канала. Наличие, размеры и определенный угол наклона пластин позволяют тщательно смешивать неоднородные потоки воздуха. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы аппарата, повышает эффективность охлаждения продукта за счет поддержания температуры всех теплообменных стенок выше температуры гидратообразования. [патент на изобретение №2166717, опубл. 2001.05.10.
Основными недостатками этих аппаратов с внешней рецирукляцией нагретого воздуха являются высокая металлоемкость изготовления оборудования и занимаемая им площадь за счет наличия отдельной камеры рециркуляции нагретого воздуха и низкая энергоэффективность за счет существенного снижения движущей силы процесса теплообмена -температурного напора между охлаждаемым продуктом и воздухом вследствие охлаждения продукта подогретым до температуры выше точки гидратообразования воздухом.
Известен аппарат воздушного охлаждения [патент на полезную модель RU 167003, опубл. 20.12.2016], характеризующийся тем, что он включает опорные металлоконструкции, обшивку укрытия по боковым и торцовым сторонам, теплообменные аппараты, подключенные к линиям подачи и отвода охлаждаемого продукта, входные жалюзи, выходные жалюзи, площадку установки вентиляторов с отверстиями для прохода воздуха, расположенную над теплообменными аппаратами, вытяжной вентилятор, вентилятор с возможностью изменения направления вращения, вертикальную центральную перегородку, закрепленную под площадкой установки вентиляторов и разделяющую воздушное пространство над теплообменными аппаратами, подогреватели воздуха, установленные сверху и снизу от центральной перегородки и подключенные к линиям подачи и отвода греющего теплоносителя.
Основным недостатком данного аппарата является сложность конструкции и эксплуатации, а также малая энергоэффективность вследствие применения перегородок, приводящих к увеличению аэродинамического сопротивления потоку воздуха, а так же охлаждения продукта подогретым до температуры выше точки гидратообразования воздухом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются аппараты воздушного охлаждения с внутренней рециркуляцией через соседний вентилятор, описанные в ГОСТ Р 51364.
Основным недостатками данных типов аппаратов являются:
1. возможность снижения температуры продукта в теплообменных трубах до значений, не предусмотренных технологическим процессом или даже приводящих к гидратообращованию или замерзанию охлаждаемого продукта;
2. нестабильность режимов работы в зависимости от скорости ветра.
Технической задачей полезной модели является повышение интенсивности теплообмена, увеличение энергоэффективности, упрощение конструкции аппарата и увеличение надежности эксплуатации.
Для решения поставленной технической задачи предложен аппарат воздушного охлаждения, состоящий из трубного пучка, опорной конструкции, воздухораспределительных камер, вентилятора, расположенного под или над трубным пучком, кольца вентилятора, рамы крепления вентилятора и узла его привода, в котором новым является то, что аппарат по периметру входа воздуха огорожен системой жалюзи и (или) дефлекторов, входные и выходные воздухораспределительные камеры, разделены жалюзи или перегородками для обеспечения возможности направления потоков холодного и подогретого воздуха в зависимости от требуемых режимов технологического процесса и внешних условий.
Техническим результатом полезной модели является увеличение эффективности охлаждения продукта за счет охлаждения его холодным воздухом, подаваемым в различных направлениях, в зависимости от температуры наружного воздуха. Режимы работы выбираются таким образом, чтобы исключить переохлаждение, гидратообразование или замораживание охлаждаемого продукта за счет подачи холодного воздуха в наиболее нагретые участки теплообменных труб, а уже охлажденный продукт окончательно охлаждается подогретым в процессе прохождения предыдущих участков труб. При этом все режимы рассчитаны предварительно таким образом, чтобы в любом из них исключалась возможность переохлаждения или заморозки продукта.
На фиг. 1 представлен аппарат воздушного охлаждения, позволяющий реализовать высокоэффективные режимы работы, исключающие переохлаждение и замораживание продукта, состоящий из пучка теплообменных труб 3, опорной конструкции 10, входных ограждений или жалюзи 5,входной воздухораспределительной камеры с жалюзи или перегородкой 4, кольца вентилятора 11, вентиляторов с приводами 6, рамы крепления вентилятора и узла его привода 12, выходной воздухораспределительной камеры с жалюзи или перегородкой 5, верхних выходных жалюзи 1, датчиков температуры трубы на выходе аппарата 7, датчиков температуры трубы на выходе первого вентилятора 8 и датчика температуры продукта на выходе из аппарата 9.
Аппарат воздушного охлаждения, позволяющий реализовать высокоэффективные режимы работы, исключающие переохлаждение и замораживание продукта, в зависимости от параметров окружающего воздуха и охлаждаемого продукта, способен работать в следующих режимах:
Расчетный летний режим работы. Схема распределения воздушных потоков и положения органов управления при расчетном летнем режиме работы приведены на фигуре 2, распределение температур охлаждаемого продукта приведено на фигуре 3.
В расчетном летнем режиме аппарат работает при следующих положениях и настройках рабочих органов:
входные ограждения или жалюзи - открыты;
выходные жалюзи - открыты;
перегородка или жалюзи выходной воздухораспределительной камеры - закрыто;
перегородка или жалюзи входной воздухораспределительной камеры - закрыто;
первый по ходу движения продукта вентилятор - вращается в прямом направлении, подавая воздух снизу-вверх, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО;
второй по ходу движения продукта вентилятор - вращается в прямом направлении, подавая воздух снизу-вверх, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО (при обеспечении охлаждения газа только первым двигателем может быть остановлен) направление изменяется при достижении показаний датчика нижней стенки трубы после второго вентилятора температуры гидратообразования;
датчик температуры газа на выходе АВО (на фигурах не показан) - регулирует частоту вращения вентиляторов;
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после первого двигателя - не учитывается (может отключать второй двигатель);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после второго двигателя - не учитывается;
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после второго двигателя - контролирует режим (переключает на режим реверса);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после первого двигателя - не учитывается.
Режим реверса. Схема распределения воздушных потоков и положения органов управления при работе аппарата в режиме реверса приведены на фигуре 4, распределение температур охлаждаемого продукта приведено на фигуре 5.
В режиме реверса аппарат работает при следующих положениях и настройках рабочих органов:
входные ограждения или жалюзи - открыты; выходные жалюзи - открыты;
перегородка или жалюзи выходной воздухораспределительной камеры - закрыто;
перегородка или жалюзи входной воздухораспределительной камеры - закрыто;
первый по ходу движения продукта вентилятор - вращается в прямом направлении, подавая воздух снизу-вверх, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО;
второй по ходу движения продукта вентилятор - вращается в обратном направлении, подавая воздух сверху вниз, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО. Частота должна составлять не более 0,4 от частоты первого двигателя;
датчик температуры газа на выходе АВО (на фигурах не показан) - регулирует частоту вращения вентиляторов;
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после первого двигателя - выбираются показания наименьшего, и контролируется режим (переключает на режим рециркуляции или нормальный);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после второго двигателя - выбираются показания наименьшего, и контролируется режим (переключает на режим рециркуляции или нормальный);
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после второго двигателя - не учитывается;
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после первого двигателя - не учитывается.
Режим рециркуляции. Схема распределения воздушных потоков и положения органов управления при работе в режиме рециркуляции приведены на фигуре 6, распределение температур охлаждаемого продукта приведено на фигуре 7.
В режиме рециркуляции аппарат работает при следующих положениях и настройках рабочих органов:
входные ограждения или жалюзи - открыты;
выходные жалюзи - угол открытия регулируется по наименьшему из показаний датчиков температуры нижнего ряда труб после первого вентилятора или датчика температуре стенки верхней трубы после второго;
перегородка или жалюзи выходной воздухораспределительной камеры - открыто;
перегородка или жалюзи входной воздухораспределительной камеры - закрыто;
первый по ходу движения продукта вентилятор - вращается в прямом направлении, подавая воздух снизу вверх, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО.;
второй по ходу движения продукта вентилятор - вращается в обратном направлении, подавая воздух сверху вниз, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО. Частота должна составлять не более 0,4 от частоты первого двигателя;
датчик температуры газа на выходе АВО (на фигурах не показан) -регулирует частоту вращения вентиляторов;
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после первого двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после второго двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после второго двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после первого двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева).
В режиме отогрева аппарат работает при следующих положениях и настройках рабочих органов:
входные ограждения или жалюзи - закрыто;
выходные жалюзи - закрыты;
перегородка или жалюзи выходной воздухораспределительной камеры - открыто;
перегородка или жалюзи входной воздухораспределительной камеры - открыто;
первый по ходу движения продукта вентилятор - вращается в прямом направлении, подавая воздух снизу вверх, частота вращения регулируется по значению датчика температуры на выходе АВО;
второй по ходу движения продукта вентилятор - отключен;
датчик температуры газа на выходе АВО (на фигурах не показан) - регулирует частоту вращения вентилятора;
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после первого двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после второго двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки нижнего ряда труб после второго двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева);
датчик температуры стенки верхнего ряда труб после первого двигателя - выбираются наименьшее из показаний датчиков температуры труб, и контролируется переключение режима (переключает на режим реверса или отогрева).
Использование предлагаемого аппарата воздушного охлаждения и схему его управления позволит снизить массу и площадь, занимаемую оборудованием, а также существенно увеличить интенсивность охлаждения и, тем самым снизить энергопотребление вентиляторов, исключая при этом переохлаждение, гидратообразование или замораживание охлаждаемого продукта.