Конструкции аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях

Для охлаждения потока транспортируемого газа наибольшее распространение на КС получили АВО, которые имеют ряд преимуществ перед другими типами теплообменных аппаратов: не требуют предварительной подготовки теплоносителей, надежны в эксплуатации, экологически чисты, имеют простые схемы подключения.

Аппараты воздушного охлаждения включают в себя следующие основные узлы и агрегаты: секции оребренных теплообменных труб различной длины (от 3 до 12 м), вентиляторы с электроприводом, диффузоры и жалюзи для регулировки производительности воздуха, несущие конструкции, в некоторых случаях механизмы регулиро­вания. Применяемые для охлаждения газа АВО имеют развитые наружные поверхности и характеризуются коэффициентом оребрения (это отношение площади наружной поверхности по оребрению к площади поверхности гладких труб ψ = Н_р/Н_тр). Коэффициенты оребрения применяемых аппаратов находятся в пределах от 7,8 до 21. Это связано с тем, что тепловой поток от газа к материалу трубы значительно выше, чем от наружной поверхно­сти к воздуху.

Оребрение поверхности может осуществляться различными способами: накаткой или навивкой ребер, напрессовкой пластин, на­моткой проволоки. Накатные ребра образуются выдавливанием при протяжке толстостенной заготовки между специальными роликами. Материалом в этом случае служат относительно мягкие металлы — медь, алюминий. Иногда применяются биметаллические трубы; в этом случае материал внутренней трубы выбирается в зависимости от условий эксплуатации, теплоносителя, его тепловых, физических и коррозионных свойств. Необходимо отметить, что при этом в ме­сте контакта двух труб возникает дополнительное термическое со­противление и, как показывают многочисленные исследования, тепловая эффективность их снижается на 10-20% по сравнению с монометаллическими трубами.

Навитые оребренные трубы изготовляют навивкой в основном алюминиевой лен ты на трубы, причем навивка может осуществляться с натягом ленты или в предварительно накатанную канавку глубиной до 0,5 мм и подвальцовкой основания ленты металлом несущей трубы для большей жесткости и уменьшения термического сопротивления.

Пластинчатое оребрение получают напрессовкой пластин раз­личной конфигурации на трубы, пайкой или сваркой (в основном ра­диаторы двигателей внутреннего сгорания). На рисунке5.1 показаны различные конструкции оребренных труб. На КС используются АВО из оребренных труб, получаемых накаткой, методом навивки алю­миниевой ленты с геометрическими размерами, приведенными в таблице 5.1.

Монометаллические трубы из алюминиевых сплавов применя­ются до давления 1,6 МПа; из углеродистых, нержавеющих спла­вов – практически на любые возможные давления в системе. Оребренные трубы собираются в пучки и могут иметь от 2 до 8 рядов труб. Пучки труб, образующие секции, выпускаются с различным числом ходов по трубному пространству (табл. 5.2). Ширина секций различных аппаратов составляет 1380 мм, а высота и длина зависят от числа рядов и длины труб. Они выпускаются на давления 0,6-6,4 МПа.

Рис. 5.1. Виды оребренных труб АВО.

а – накатные монометаллические; б – накатные биметаллические;

в – навитые в канавку; г – петельно-проволочные;

д – напрессованные пластинчатые; е – навитые с Г-образной лентой.

Таблица 5.1

Геометрические характеристики оребренных труб

Таблица 5.2

Число ходов по трубному пространству в зависимости от числа рядов труб

Аппараты воздушного охлаждения малопоточные (АВМ) имеют одну секцию с длиной труб 1,5 или 3 м. Для получения характеристик аппаратов АВМ с длиной труб 3 м приведенные данные необходимо удвоить. Аппарат с длиной труб 1,5 м оборудуется одним вентилято­ром с колесом 0,8 м и электродвигателем мощностью 3 кВт, а с дли­ной труб 3 м – двумя.

Аппараты воздушного охлаждения горизонтального типа (АВГ) выпускаются с длиной труб 4 и 8 м и коэффициентом оребрения 9 и 14,6. Они оборудуются одним вентилятором мощностью 40 кВт при длине труб 4 м и двумя вентиляторами при длине труб 8 м.

Наиболее перспективными аппаратами для охлаждения газа яв­ляются аппараты зигзагообразного типа (АВЗ), имеющие большие поверхности охлаждения (3500 Ö 10200 м ), длину труб 6 м, мощ­ность вентиляторов 99 кВт. Характеристики перечисленных аппара­тов приведены в таблице 5.3 и 5.4.

Таблица 5.3

Характеристики аппаратов воздушного охлаждения газа

Камеры секций теплообменных аппаратов выполняются разъ­емными и неразъемными. Разъемные камеры состоят из трубной ре­шетки, где крепятся оребренные теплообменные трубы, и крышки со штуцерами для подвода теплоносителя. Внутри крышки предусмат­риваются перегородки, уплотняемые прокладками в плоскости фланцевого соединения для обеспечения различного числа ходов ох­лаждаемой среды (газа, масла, воды), движущейся внутри трубного пространства. Во избежание высоких термических напряжений пе­репад температур одной крышки многоходовой секции не должен превышать 100°С. В верхней части крышек имеются воздушники, заглушенные резьбовыми пробками; в перегородках – отверстия для дренажа охлаждающей среды, а в нижней части – сливные отвер­стия, закрытые пробками.

Вентиляторы АВО представляют собой осевые машины, они имеют большую производительность но воздуху при малых гидрав­лических напорах. Окружная скорость вращения лопастей не превы­шает 62-65 м/с при диаметре вентилятора от 0,8 до 7,0 м. Лопасти изготавливаются штамповкой и сваркой, колесо имеет от 3 до 8 ло­пастей, поворотных и неповоротных. Расход воздуха зависит от числа труб в секциях, коэффициента оребрения, технологических факто­ров, расположения труб в секциях и др. В связи с этим аэродинами­ческие характеристики вентилятора могут быть получены только опытным путем, после продувки секций. Аэродинамические харак­теристики вентиляторов различных типов теплообменных аппара­тов представляют собой зависимость dр =/(V, а) для каждой секции с определенным числом рядов труб и приводятся в справочной литературе, например [3,11,13,22,23].

Таблица 5.4

Характеристики аппаратов воздушного охлаждения газа

Привод вентиляторов АВО отечественного изготовления осуще­ствляется электродвигателями разной мощности непосредственно от двигателя (диаметр колеса 0,8 м) или через угловой редуктор. Вен­тиляторы диаметром 5,0 м приводятся во вращение либо через специальный редуктор с гипоидным зацеплением, либо от специаль­ного низкооборотного электродвигателя. Производительность вен­тилятора меняют поворотом лопастей; это можно сделать вручную, пневматически, электромеханически или изменением скорости вра­щения двигателя либо применением гидродинамических муфт. В настоящее время АВО в основном имеет ручную регулировку произво­дительности вентилятора, что создает трудности при поддержании по­стоянных выходных параметров в годовом цикле эксплуатации.

Для поддержания в зимний период постоянной температуры ох­лаждаемой среды осуществляется перепуск воздуха с помощью сис­тем воздуховодов и жалюзи. Для запуска турбины, когда масло не прогрелось, АВО комплектуют подогревателями воздуха, располо­женными под секциями труб. При эксплуатации АВО в зоне повы­шенных температур наружного воздуха для расширения диапазона температур применяется увлажнение воздуха, для чего в АВО обору­дована система увлажнения с форсунками. Вода, поступающая в си­стему увлажнения, по рекомендации ВНИИнефтемаша должна отвечать следующим требованиям: ионов железа и ионов меди не бо­лее 0,3 мг/л, щелочных сульфидов не более 500 мг/л, общая жест­кость 0,5 мг-экв/л, взвеси твердых веществ не допускаются.

Конструктивное оформление АВО зависит от взаимного распо­ложения секций и вентилятора (рис. 5.2). Как видно из рисунка 5.2, теплообменные секции могут располагаться горизонтально, наклонно и зигзагообразно, в результате чего получают раз­личные компоновки АВО. Наиболее применимым является аппарат с горизонтальным расположением секций; это упрощает монтажно-ремонтные работы, обеспечивает более равномерное распределение воздуха по секциям, однако они занимают большую площадь на КС магистральных газопроводов. Аппараты с вертикальным расположе­нием секций практически не используются на КС, так как тепловая эффективность их в значительной степени зависит от скорости, на­правления ветра, кроме того, в этих аппаратах неравномерная загруз­ка подшипников вентилятора.

Для сокращения площади размещения теплообменного обору­дования, обеспечения вращения вентилятора в горизонтальной плоскости применяются аппараты шатрового типа. Наиболее перс­пективной является схема аппарата с зигзагообразным расположе­нием секций: она сокращает площади, необходимые для размещения аппаратов, обеспечивает горизонтальное размещение вентилятора, легкость монтажа и обслуживания. Вентиляторы могут устанавли­ваться как на всасывание, так и на нагнетание. Наиболее применима работа вентилятора на нагнетание в аппаратах горизонтального и зигзагообразного типа

Рис. 5.2. Компоновка секций в теплообменных аппаратах воздушного охлаждения.

а-зигзагообразная, б-горизонтальная, в-шатровая