АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в химической, металлургической, нефтяной и газовой промышленностях.
Известен аппарат воздушного охлаждения секционного типа (air blowing cooler), состоящий из теплообменников с несколькими рядами горизонтальных оребренных труб (теплообменных секций) и расположенными над ними или под ними вентиляторами, обеспечивающими проток охлаждающего воздуха через поверхность теплообмена [см. номенклатурный перечень завода химического машиностроения, г. Борисоглебск, аппараты воздушного охлаждения по техническим условиям ТУ 3612-029-00218880-2012].
Основной недостаток этих аппаратов с нагнетательной тягой (при расположении вентиляторов под теплообменной секцией) является малая вертикальная скорость воздуха на выходе из АВО, что при большом количестве установленных рядом аппаратов приводит к возврату части нагретого воздуха с выхода аппарата на его вход (паразитная рециркуляция воздуха), что, в свою очередь, ведет к росту температуры воздуха на входе в АВО и снижает эффективность охлаждения.
Также на компрессорных станциях магистральных газопроводов в качестве средств охлаждения газа и масла используются аппараты воздушного охлаждения (АВО), которые представляют собой теплообменники по схеме «перекрестный ток» двух сред [Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. Под ред. А.К. Дерцакяна. - Л.: Недра. 1977, стр. 284].
Недостатком известных АВО является малая вертикальная скорость воздуха на выходе из АВО, что при большом количестве установленных рядом аппаратов приводит к возврату части нагретого воздуха с выхода аппарата на его вход
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.
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].
Основным недостатком аппаратов данного типа является то, что теплообменные секции расположены под большим углом к горизонту, что позволяет потокам ветра обдувать пучки теплообменных труб. Как правило, скорость ветра даже в 3…4 метра в секунду значительно больше скорости воздуха на выходе секции, нагнетаемого вентиляторами, и это существенно нарушает режимы работы АВО и стабильность процесса охлаждения.
Также из уровня техники известен аппарат воздушного охлаждения [патент на полезную модель RU 170788, опубл. 11.05.2017], состоящий из нескольких теплообменных секций с верхним расположением вентилятора, установленных на металлоконструкциях, отличающийся тем, что часть секций, расположенных внутри аппарата воздушного охлаждения, установлена на металлоконструкциях меньшей высоты, чем у секции, расположенной на периферии аппарата воздушного охлаждения.
Недостаток этих установок при верхнем расположении вентиляторов (АВО вытяжного типа) малая, порядка на 10% меньшая - энергоэффективность, в сравнении с нижним расположением вентилятора (АВО нагнетательного типа) за счет прокачки вентиляторами нагретого в теплообменной секции воздуха.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются АВО, описанные в ГОСТ ISO 13706, основанные на нагнетательной и втягивающей тяге.
Основным недостатками данных типов аппаратов являются:
1. для нагнетательной тяги (АВО нагнетательного типа) - малая вертикальная скорость воздуха на выходе из АВО, что, при большом количестве установленных рядом аппаратов приводит к возврату части нагретого воздуха с выхода аппарата на его вход (паразитная рециркуляция воздуха), что, в свою очередь, ведет к росту температуры воздуха на входе в АВО и снижает эффективность охлаждения, а так же сложность обслуживания, связанная с возможность попадания на поверхность теблообмена осадков, либо органических веществ;
2. при верхнем расположении вентиляторов (АВО вытяжного типа) малая, порядка на 10% меньшая энергоэффективность, в сравнении с нижним расположением вентилятора (АВО нагнетательного типа) за счет прокачки вентиляторами нагретого в теплообменной секции воздуха.
Технической задачей полезной модели является повышение интенсивности теплообмена, увеличение энергоэффективности, упрощение обслуживания аппарата и увеличение надежности эксплуатации.
Для решения поставленной технической задачи предложен аппарат воздушного охлаждения нагнетательного комбинированного типа, состоящий из трубного пучка, распределяющего по трубам и собирающего из них, коллекторов, патрубков, опорной конструкции, воздухораспределительной камеры, вентилятора, расположенного под трубным пучком, кольца вентилятора, рамы крепления вентилятора и узла его привода, в котором новым является то, что над трубным пучком дополнительно размещается верхняя воздухораспределительная камера, имеющая возможность заужения свободного сечения на выходе воздуха, при этом конструктивно, в зависимости от назначения АВО, заужение свободного сечения на выходе воздуха может быть выполнено различными способами, такими, как например, для аппаратов без системы принудительной рециркуляции нагретого воздуха - установка конфузоров, для аппаратов с рециркуляцией - установка верхних жалюзи, обеспечивающих в любом положении лопаток строго вертикальное направление выходящего воздуха.
Техническим результатом полезной модели является увеличение вертикальной составляющей скорости нагретого воздуха на выходе аппарата, что свойственно АВО вытяжного типа и существенно снижает возврат нагретого воздуха на вход АВО с одновременным увеличением интенсивности охлаждения за счет увеличения эффективности прокачки вентилятором более холодного воздуха на входе в АВО, что свойственно АВО нагнетательного типа, а так же упрощение обслуживания аппарата во время эксплуатации за счет упрощения доступа к приводу и вентилятору.
На фиг. 1 представлен аппарат воздушного охлаждения нагнетательного комбинированного типа, состоящий из трубного пучка 1, коллектора 2, патрубка 3, опорной конструкции 4, нижней воздухораспределительной камеры 5, вентилятора 6, кольца вентилятора 7, рамы крепления вентилятора 8, узла привода вентилятора 9 и верхней воздухораспределительной камеры 10.
Вследствие установки над трубными пучками воздухораспределительной камеры, уменьшающей площадь свободного сечения на выходе воздуха из аппарата, увеличивается скорость выхода нагретого воздуха из аппарата на величину, пропорциональную отношению площадей до заужения сечения и после, что существенно увеличивает вертикальную составляющую скорости воздуха и, совместно с увеличением вертикального расстояния между входом и выходом воздуха, практически исключает возвращение части нагретого воздуха на вход АВО, а также уменьшает возможность попадания на охлаждаемую поверхность осадков и посторонних органических соединений. Кроме того, в случае отказа вентилятора, за счет высоты короба, возникает эффект естественной тяги, которая по расчетным данным выше на 94,6% по сравнению с аппаратами нагнетательного типа.
Аппарат воздушного охлаждения нагнетательного комбинированного типа работает следующим образом.
Охлаждаемый продукт (например, природный газ) подается в трубный пучок теплообменной секции. Охлаждающий компонент - воздух - нагнетаемый вентиляторами в межтрубное пространство перпендикулярно трубному пучку снизу вверх, обдувает трубы теплообменной секции и охлаждает проходящий по ним продукт. На выходе из теплообменной секции нагретый воздух удаляется из аппарата с увеличенной вертикальной скоростью через верхнюю воздухораспределительную камеру.
Использование предлагаемого аппарата воздушного охлаждения нагнетательного комбинированного типа позволит упростить обслуживание во время эксплуатации, увеличить интенсивность охлаждения и предотвратить возвращение части нагретого воздуха на вход АВО.