АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С СЕКЦИОНИРУЮЩИМИ ПЕРЕГОРОДКАМИ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, а именно к теплообменным секциям, и может быть использована в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) газа, в которых обменивающиеся теплом среды, одна из которых воздух, разделены теплопередающей перегородкой, и может быть использовано в газоперерабатывающей, химической, нефтехимической, энергетической и других областях промышленности, в частности, в качестве теплообменных аппаратов газокомпрессорных станций холодильных установок, котельных, газофракционирующих установок и т.д.
Известны аппараты воздушного охлаждения (АВО) горизонтального типа (например, ТУ 26-02-1089-88), содержащие расположенные горизонтально секции теплообменных труб, закрепленные в трубных решетках, с камерами подвода - отвода теплоносителя и вентиляторы с приводом для подачи воздуха между трубками секций.
Известны также АВО зигзагообразные (например, ТУ 26-02-1043-87), где секции теплообменных труб соединены под углом друг относительно друга.
Основной недостаток таких аппаратов большие габариты, вес, занимаемая площадь, необходимость громоздкой и металлоемкой опорной конструкции. При зигзагообразном расположении секций, занимаемая аппаратом площадь снижается на 30%, однако габариты и вес опорной конструкции остаются без изменений.
Наиболее близким аналогом к заявляемому 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 осевым вентилятором с приводами от тихоходных электродвигателей. Теплообменные секции включают переднюю и заднюю камеры для подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которых заделаны концы оребренных теплообменных труб.
Недостатком прототипа является низкое значение коэффициента теплопередачи, возникающее из-за того, что охлаждающая среда (воздух) имеет низкое значение коэффициента теплопроводности, а также неоптимальная схема контакта воздуха и охлаждающей среды, обуславливаемая конструкцией теплообменной секции. В результате чего возникает потребность в большой поверхности теплообмена, что приводит к повышенной металлоемкости и затратам на изготовление аппарата.
Задачей полезной модели является создание нового устройства - аппарата воздушного охлаждения с достижением следующего технического результата: повышение эффективности теплопередачи при работе АВО (повышение коэффициента теплопередачи), вследствие этого снижение затрат при изготовлении, так как значение требуемой поверхности теплообмена будет ниже.
Поставленная задача решается тем, что в аппарате воздушного охлаждения, содержащем вентилятор для подачи внешней охлаждающей среды в корпус аппарата, теплообменную секцию, включающую переднюю камеру, заднюю камеру охлаждаемой среды, содержащие разделительные пластины, трубные доски, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок оребренные теплообменные трубы, систему подачи воздуха, ряды оребренных теплообменных труб в теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения, согласно полезной модели, разделены по высоте теплообменного пучка с помощью секционирующих перегородок, прикрепленных в зависимости от хода охлаждаемой среды то к передней, то к задней камере, таким образом, чтобы теплообмен между потоком воздуха и охлаждаемой средой на каждой ступени теплосъема осуществлялся в противотоке, который обеспечивает максимальное значение коэффициента теплопередачи, поскольку противоточная схема теплообмена потоков с точки зрения теории является самой эффективной.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид аппарата воздушного охлаждения с модифицированной теплообменной секцией, на фиг. 2 изображена теплообменная труба и секционирующие перегородки, вид А.
Перечень основных элементов, изображенных на фиг. 1, фиг. 2:
1 - передняя камера;
2 - задняя камера;
3 - разделительная пластина;
4 - трубная доска;
5 - теплообменные трубы;
6 - патрубок подачи охлаждаемой среды;
7 - патрубок отвода охлаждаемой среды;
8 - секционирующие перегородки;
9 - диффузор;
10 - вентилятор;
11 - вал;
12 - электродвигатель;
13 - опорная конструкция.
Аппарат воздушного охлаждения состоит из двух основных частей: теплообменного блока и системы подачи воздуха, включающей привод. Теплообменный блок включает в себя переднюю камеру 1 и заднюю камеру 2 охлаждаемой среды, содержащие разделительные пластины 3, трубные доски 4. Трубные доски 4 выполнены с отверстиями, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок оребренные теплообменные трубы 5. Передняя камера 1 включает в себя также патрубок 6 подачи и патрубок 7 отвода охлаждаемой среды. Между рядами теплообменных труб 5 находятся секционирующие перегородки 8, расположенные таким образом, чтобы поток воздуха двигался в противотоке с охлаждаемой средой.
Система подачи воздуха состоит из диффузора 9, вентилятора 10, расположенного на валу 11 электродвигателя 12.
Кроме того, составными частями аппарата являются опорные конструкции 13.
Аппарат воздушного охлаждения газа работает следующим образом. Охлаждаемая среда подается через коллектор подвода в переднюю камеру 1 теплообменной секции АВО через патрубок 6 подачи охлаждаемой среды. Из передней камеры 1 охлаждаемая среда распределяется по теплообменным трубам 5, проходя последовательно трубные ряды сверху вниз изменят свое направление с помощью разделительных пластин 3, покидает аппарат через патрубок 7 отвода охлаждаемой среды. Теплообменная секция АВО, собранная из теплообменных труб 5, обдувается потоком охлаждающего воздуха, нагнетаемого снизу осевым вентилятором 10 с приводом от тихоходного электродвигателя 12. Охлаждающий воздух, проходя теплообменную секцию снизу-вверх, изменяет свое направление с помощью секционирующих перегородок 8, тем самым находясь в противотоке с охлаждаемой средой.
При этом за счет протекания теплообмена в противоточной схеме взаимодействия происходит увеличение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха, тем самым увеличивается коэффициент теплопередачи и снижается требуемое значение поверхности теплообмена.
Предлагаемый вариант позволяет как увеличить возможный теплосъем на существующем аппарате в условиях ограничения использования подводимой электроэнергии и места на генплане, так и уменьшить металлоемкость вновь проектируемых аппаратов за счет установки секционированных перегородок, при этом:
- увеличивается время контакта холодного воздуха с охлаждаемой средой, соответственно увеличивается общий коэффициент теплопередачи процесса охлаждения в аппарате, что позволяет уменьшить требуемую поверхность теплообмена, и, следовательно, улучшить массогабаритные характеристики;
- в соответствии с основным уравнением теплопередачи в данном аппарате присутствуют все факторы, улучшающие процесс теплообмена (противоточная схема взаимодействия, увеличение поверхности, увеличение времени контакта фаз) и при этом, согласно расчетам, увеличение коэффициента теплопередачи происходит в 2,5 раза быстрее, чем растет перепад давления и, соответствующие затраты мощности на вентиляторах;
- за счет добавления дополнительных опорных элементов (секционированных перегородок) уменьшается провисание трубного пучка, и, следовательно, появляется возможность использования труб большей длины, что увеличивает поверхность теплообмена.
Таким образом, данная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа является эффективной и экономичной.