АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, в которых теплоносители не вступают в непосредственный контакт друг с другом, и в частности к конструкции труб аппаратов воздушного охлаждения.
Известна, оребренная труба пучка теплообменных труб аппарата воздушного охлаждения (см., например, патент РФ №2266496), характеризующаяся тем, что она содержит собственно тело теплообменной трубы и наружное оребрение, которое выполнено преимущественно из алюминиевого сплава, при этом имеются участки трубы, которые не имеют оребрения. Однако указанная оребренная труба, обладая хорошими тепло аэродинамическими характеристиками, при воздействии охлаждающего атмосферного воздуха особенно, открытые ее участки подвергаются коррозии.
Известны аппараты воздушного охлаждения, состоящие из теплообменных внутренних труб, оребренных алюминиевым сплавом (см., например, ГОСТ Р51364-99 «Аппараты воздушного охлаждения»). Выбор материала, из которого делают внутренние трубы, зависит от среды, протекающей по ним, при этом учитывают и то, что эти конструкции достаточно металлоемкие. Поэтому использование для внутренних труб только высоколегированные стали или дорогостоящие материалы, не вступающие во взаимодействие с проходящей средой, не всегда оправдано, и внутреннюю трубу делают и из углеродистых, низколегированных марок стали (см например, Приложение В к ГОСТ Р 51364-99 «Аппараты воздушного охлаждения»). Кроме того, внутренняя труба и снаружи подвергается также воздействию влажного атмосферного воздуха, проходящего сквозь пучок, в который собраны трубы. Особенно это касается имеющихся неоребренных участков, которые могут быть прямыми, изогнутыми или U-образными.
Известно также покрытие термодиффузионное цинковое, которое относится к системе защиты от коррозии и старения (см., например, ГОСТ Р 9.316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые», которое применяется в том числе и для защиты от коррозии и старения муфт и переходников в трубах насосно-компрессорных или буровых колонн (см., например, патент РФ на полезную модель №38498), а также для защиты соединительных замков бурильных труб (см., например, патент РФ на изобретение №2334156). Однако указанное использование такого покрытия связано с его прямым назначением и ожидаемым полученным эффектом.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, состоит в получении такой конструкции теплообменной трубы пучка аппарата воздушного охлаждения, которая была бы долговечна, не подвергалась бы коррозии, хорошо гнулась и даже до U-образного состояния и самое главное, при всем этом обеспечивало бы процесс теплообмена, была бы хорошим проводником тепла, передавала бы тепло от среды, идущей по трубе, и атмосферный воздух, который обдувает снаружи.
Для достижения указанного технического результата в аппарате воздушного охлаждения, содержащем трубный пучок в виде внутренних труб, изготовленных из углеродистых или низколегированных марок стали с выполненным на внешней поверхности труб алюминиевым оребрением и включающих при этом открытые от оребрения участки, в том числе прямые и/или U-образные, по всей внешней поверхности каждой внутренней трубы нанесен дополнительный теплоизоляционный слой толщиной от 20 до 100 мкм, выполненный методом термодиффузионного цинкования поверхностей, причем на оребренных участках трубы он выполнен между материалом, из которого изготовлена внутренняя труба, и алюминиевым оребрением. При этом подобный теплоизоляционный слой толщиной от 20 до 100 мкм, выполненный методом термодиффузионного цинкования поверхностей, может быть выполнен и по внутренней поверхности каждой внутренней трубы.
Пределы толщины теплоизоляционного слоя - 20 и 100 мкм выбраны исходя из таблицы 1 ГОСТа Р 9316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые», обеспечивающие не ниже 4 класса покрытий, что позволяет достичь и защитного эффекта термоизоляционного слоя, и при этом сохранить его теплопроводность, сохраняя основное назначение теплообменной трубы
Изготовление теплообменной трубы заявляемой конструкции, а именно осуществление на прокатном стане алюминиевого оребрения показало, что наличие теплоизоляционного слоя толщиной от 20 до 100 мкм, выполненного методом термодиффузионного цинкования поверхностей, не ухудшило этот процесс, т.е. возможные отколовшиеся частицы цинка не препятствовали процессу образованию алюминиевого оребрения. Кроме того, использование аппаратов воздушного охлаждения заявляемой конструкции подтвердило, что характеристики работы газовых турбин не ухудшились, что говорит о том, что наличие указанного слоя или двух слоев не ухудшили работу основного агрегата, что секции, включающие теплообменные трубы по-прежнему передают тепло, т.е. выполняют свою основную функцию, но при этом стали более защищенными и более долговечными. Так в качестве примера можно привести данные об эксплуатации в 2007-2008 годах 30 секций конденсатора водяного пара в газовых турбинах (Геотермальные электростанции, г.Петропавловск-Камчатский), при этом при расходе пара в 30,4 тонн в час и диапазоне изменении температуры атмосферного (охлаждающего воздуха) от -27° до +29°С абсолютное давление пара (при конденсации в секции), являющееся основной характеристикой работы пара, составило от 10-12 кПа, что соответствует паспортным данным турбины и что указывает на стабильность этих данных.
На фиг.1 схематично изображено оребрение с теплоизоляционным слоем выполненным только на внешней поверхности трубы, на фиг.2 - оребрение с теплоизоляционным слоем, выполненным на внешней и на внутренней поверхностях трубы.
Аппарат воздушного охлаждения газа состоит из секций, каждая из которых включает трубный пучок, состоящий из оребренных внутренних труб 1 с алюминиевым оребрением 2. При этом по всей внешней поверхности каждой внутренней трубы 1, в том числе и на неоребренных участках, нанесен дополнительный теплоизоляционный слой 3 толщиной от 20 до 100 мкм, выполненный методом термодиффузионного цинкования поверхностей, причем на оребренных участках трубы он выполнен между материалом, из которого изготовлена внутренняя труба 1, и алюминиевым оребрением 2. Кроме того, подобный теплоизоляционный слой 3 также толщиной от 20 до 100 мкм, выполненный тем же методом термодиффузионного цинкования поверхностей, может быть выполнен и по внутренней поверхности каждой внутренней трубы 1. Аппарат воздушного охлаждения среды работает следующим образом. При подаче охлаждающего теплоносителя (воздуха) на пучок оребренных теплообменных труб, по которым транспортируют охлаждаемую среду, происходит обтекание пучка труб воздухом и контактный теплообмен. При этом показатели теплообмена не ухудшаются, что подтвердилось на примере работы конденсатора пара, а коррозионное состояние трубы 1 улучшаются, она становятся более защищенной. Кроме того, даже в жаркий период времени, когда осуществляется дополнительное орошение, а это обычно ухудшает коррозионное состояние теплообменных труб из углеродистых и низколегированных марок стали, эти показатели не ухудшаются. Таким образом, применение аппаратов воздушного охлаждения заявляемой конструкции становится более долговечным и экономичным.