XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Теплообменные аппараты с воздушным охлаждением (АВО) широко используются почти во всех отраслях промышленности. В химическом и нефтехимическом производстве применение АВО напрямую связано с реализацией основных технологических циклов. Аппараты применяются для охлаждения жидкости, пара и их смесей. Использование АВО в десятки раз снижает водопотребление на 1 т перерабатываемой нефти. При этом вода выводится из цикла охлаждения, и уменьшаются экологические проблемы, возникающие при переработке нефти.

Теплообменные аппараты с воздушным охлаждением (АВО) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности для конденсации и охлаждения технологических продуктов [1]. Общий принцип действия АВО, основанный на использовании в качестве охлаждающей среды атмосферного воздуха, предопределил конструктивные различия аппаратов этого типа.

Впервые теплообменники воздушного охлаждения начали применяться в конце 50-х годов прошлого века в нефтеперерабатывающей промышленности. В результате к настоящему времени водопотребление в этой отрасли снизилось более чем на 80%.

АВО представляет собой аппарат, состоящий из двух основных частей: поверхности охлаждения и системы подачи воздуха, включающей привод. Кроме того, составными частями аппарата являются опорные конструкции, регулирующие и вспомогательные устройства. На рис. 1 показаны составные части типичного АВО нагнетательного вида, состоящего из теплообменной секции в виде трубного пучка 1, вентилятора с приводом 9 и опорной металлоконструкции 13. Теплообменная секция состоит из пучка труб 7, соединяющего коллектора 4 (две камеры), снабженного патрубками для входа 2 и выхода 14 охлаждаемого продукта и рамы 5, объединяющей элементы секции. Одна из камер коллектора 4 жестко соединяется с боковыми стенками рамы 5, вторая - имеет подвижное соединение, что обеспечивает компенсацию удлинения труб при нагреве. Боковые стенки, соединенные балками 3, образуют несущую раму теплообменной секции. Балки 3 рекомендуется устанавливать в среднем через 1,5 м по длине труб, что снижает их провисание [2].

Рисунок 1 – Общая схема аппарата воздушного охлаждения нагнетательного вида

Аппараты воздушного охлаждения должны изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 13706-2011 и комплекта конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке [3]. В конструкторской документации на аппарат должны быть учтены специальные требования заказчика по климатическому исполнению, по использованию в районах с повышенной сейсмичностью и др.

Теплообменная секция должна представлять собой законченную сборочную единицу и может быть поставлена заказчику как в сборе с аппаратом, так и отдельно.

В конструкции секции должны быть предусмотрены строповые устройства, обеспечивающие удобство транспортирования и монтажа.

Конструкция теплообменной секции должна быть жесткой и исключать прогиб трубного пучка, что достигается установкой поперечных опор под нижним рядом труб и дистанционирующих элементов, располагающихся между рядами труб над опорами. Допускается плавный прогиб труб в рабочем положении не более 0,6 внутреннего диаметра трубы.

Конструкция секций должна обеспечивать возможность удаления воздуха и продукта, для чего в верхней и нижней точках камеры должны быть предусмотрены специальные резьбовые отверстия, заглушаемые пробками, либо могут быть использованы штуцеры камер, установленные в этих точках.

Рисунок 2 – Теплообменная секция

При эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения запрещается превышать параметры, указанные в паспорте. Эксплуатация аппаратов при параметрах, отличающихся от указанных в паспорте, разрешается только после согласования в установленном порядке.

Аппараты должны быть заземлены и освещены в соответствии с требованиями ПУЭ [4].

Для интенсификации теплоотдачи в АВО применяются различные методы и способы, большинство из которых основано на применении турбулизаторов, которые сами по себе в теплообмене не участвуют и не увеличивают ее поверхность. Одним из эффективных способов интенсификации теплоотдачи является использование поля массовых (центробежных) сил для разрушения пограничного слоя на вращающейся теплопередающей поверхности в динамических теплообменных аппаратах различного назначения [5].

При последующем изучении вопросов, связанных с проектированием. конструированием и эксплуатацией аппаратов воздушного охлаждения, необходимо использовать наработки отечественных и зарубежных фирм-изготовителей оборудования (патенты, каталоги), а также практический опыт эксплуатационников при использовании оборудования в различных технологических процессах и климатических условиях. Перечисленные задачи эффективно решаются при создании теплообменных секций в среде программы «ПАССАТ» (модуль «ПАССАТ-Теплообменник»). При проектировании (рис.2) учитываются требования: плотности, прочности и жесткости элементов.

Для создания опорной металлоконструкции 13 ( рис.1) эффективной является стержневая модель. Для расчета используется модуль конечно-элементного анализа APM Structure3D часть Системы APM WinMachine. Определяется напряженно-деформированное состояние и действие на модель сейсмических и переменных во времени нагрузок.

Перспективным направлением является использование новых материалов при создании аппаратов воздушного охлаждения, обладающих высокими механическими и антикоррозионными свойствами. Необходимо повысить точность изготовления деталей и сборки узлов аппаратов воздушного охлаждения, что повысит его надежность. Требуют проработки вопросы стандартизации деталей и узлов оборудования.

Список литературы:

1 Шишкин Б. В. Конструирование и эксплуатация теплообменных аппаратов: учеб. пособие. Комсомольск-на-Амуре.:: ФГБОУ ВО «КнАГУ», 2011. 128 с.

2 Шишкин Б. В. Аппараты воздушного охлаждения: учеб. пособие. Комсомольск-на-Амуре.:: ФГБОУ ВО «КнАГУ», 2020. 110 с.

3 ГОСТ ISO 13706-2011. Аппараты с воздушным охлаждением. Общие технические требования: нац. Стандарт Российской Федерации : издание официальное : утв и введен в действие Приказом Федерального агенства по техн. регулированию метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1173-ст : введен впервые : дата введения 2013-01-01 / идентичен международному стандарту ISO 13706:2000 - М.: Стандартинформ, 2013. - 96 с.

4 Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 170 с.

5 Бессонный А. Н., Дрейцер Г. А., Кунтыш В. Б., [и др.]; под общ. ред. Кунтыша В. Б.,Бессонного А. Н. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: справ. СПб.: Недра, 1996. 512 с.

Код для цитирования: Скопировать