RU2266494C1 - Аппарат воздушного охлаждения газа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым в частности для охлаждения природного газа. АВО газа содержит вентиляторы для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата и по крайней мере две теплообменные секции с камерами входа и выхода охлаждаемого газа. Одноходовые оребренные теплообменные трубы, расположенные в секции рядами по ее высоте и образующие пучок, заделаны в трубные доски. Каждая камера входа и камера выхода имеют от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору подвода или отвода газа, которые сообщены с газопроводом. Суммарная площадь поперечного сечения в свету группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, в 1,2-1,7 раза превышает площадь поперечного сечения этого патрубка в зоне примыкания последнего к камере входа газа в теплообменную секцию аппарата. При этом трубы пучка секции аппарата приняты из условия, согласно которому отношение суммарной площади внутренней теплообменной поверхности труб к суммарному объему внутритрубного пространства определено приведенным коэффициентом, составляющим (98-412) [м^-1]. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении экономичности АВО как при изготовлении, так и при эксплуатации за счет снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления, а также уменьшения энергопотребления при одновременном увеличении надежности и улучшении ремонтопригодности конструкции. 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым в частности для охлаждения природного газа.

В общем случае АВО представляет собой аппарат, состоящий из двух основных частей: поверхности охлаждения (теплообменные секции) и системы подачи воздуха.

Основные конструктивные различия АВО заключаются в пространственном расположении теплообменных секций и взаимном расположении теплообменных секций и вентилятора. По виду взаимного направления движения теплоносителей АВО выполнены как аппараты перекрестного типа, в которых теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Охлаждающий воздух совершает однократный ток через пучок теплообменных труб, а горячий технологический продукт, например газ, движется внутри труб.

Известен аппарат воздушного охлаждения газа, содержащий теплообменные секции, закрепленные в трубных решетках, с камерами подвода и отвода теплоносителя, вентиляторы с приводом и опорную металлоконструкцию (RU 2075714).

Известны аппараты воздушного охлаждения с горизонтальным расположением теплообменных секций нагнетательного типа, в которых вентилятор расположен до теплообменной секции по ходу движения воздуха (RU 2200907). Аппараты такого типа являются более простыми и удобными в обслуживании, но занимают большие площади и являются более металлоемкими и потребляют много энергии.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату заявляемого устройства является аппарат воздушного охлаждения природного газа с коллекторами входа и выхода продукта 2АВГ-75(100), предназначенный для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов (см. В.Б.Кунтыш, А.Н.Бессонный и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. - СПб.: 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 осевыми вентиляторами с приводами от тихоходных электродвигателей. Теплообменные секции включают камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных теплообменных труб. Материал теплообменных труб: внутренних - сталь, оребрения - алюминий.

Недостатками известных АВО являются большое энергопотребление, значительная металлоемкость и трудоемкость изготовления, что делает их дорогими в изготовлении и эксплуатации. Большая протяженность труб, а также большие габариты и вес аппарата в целом приводят к большому расходу материала. Значительно высокая потребляемая мощность привода вентилятора вызвана большим аэродинамическим сопротивлением воздуха при движении его через пучок теплообменных труб. Кроме этого, воздух, набегающий на трубный пучок, имеет неравномерное скоростное поле, что не позволяет эффективно использовать всю теплообменную поверхность. Низкая скорость нагретого воздуха на выходе из теплообменных секций может привести к рециркуляции, то есть к обратному току воздушного потока в зону разрежения на всасе вентилятора, и, следовательно, к энергетическим потерям. К значительным потерям мощности на перемещение теплоносителя (охлаждаемого природного газа) по трубам также приводит увеличение гидравлического сопротивления при распределении газа по трубам пучка из камеры его подвода. Работа отдельных узлов АВО, а именно коллекторов, подводящих и отводящих газ, трубных камер и собственно пучка оребренных теплообменных труб под давлением приводит к чрезмерным нагрузкам на элементы конструкции, расположенные в областях высокого давления, и к дополнительным гидравлическим потерям, связанным с неравномерностью потока газа, подаваемого на охлаждение. Работа в условиях агрессивных сред также требует использования в АВО коррозионностойких материалов, обеспечивающих его работоспособность в этих условиях.

Задачей изобретения является повышение экономичности АВО как при изготовлении, так и при эксплуатации, а также уменьшение энергопотребления при одновременном увеличении надежности и улучшении ремонтопригодности конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что аппарат воздушного охлаждения газа согласно изобретению содержит вентиляторы для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен в виде секционного сосуда с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает камеру входа и камеру выхода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок одноходовые оребренные теплообменные трубы, которые с боков ограничены продольными стенами каркаса секции, каждая камера входа газа теплообменных секций аппарата имеет от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору подвода газа из подающего газопровода, а каждая камера выхода газа секций аппарата имеет также соответственно от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору отвода газа, сообщенному на выходе с газопроводом, причем суммарная площадь поперечного сечения в свету группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, в 1,2-1,7 раза превышает площадь поперечного сечения этого патрубка в зоне примыкания последнего к камере входа газа в теплообменную секцию аппарата, при этом трубы пучка секции аппарата приняты из условия, согласно которому отношение суммарной площади внутренней теплообменной поверхности труб к суммарному объему внутритрубного пространства определено коэффициентом

составляющим (98-412) [м^-1].

При этом в аппарате воздушного охлаждения газа суммарная площадь поперечного сечения в свету группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, может быть выбрана пропорционально числу и взаимному расположению подающих патрубков по ширине теплообменной секции.

Кроме этого, в аппарате воздушного охлаждения газа входящие в него элементы, сообщенные по потоку охлаждаемого газа, а именно коллекторы подвода и отвода газа, камеры входа и выхода охлаждаемого газа и теплообменные трубы, могут образовывать сосуд, работающий под давлением.

При этом в каждой секции сосуд, работающий под давлением, может быть выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в него с рабочим давлением от 5 МПа до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций, преимущественно магистральных газопроводов. При этом при двух теплообменных секциях аппарат выполнен на пропуск 150000-500000 м³/час охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С и давление, составляющее 0,101325 МПа, в качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций, а в качестве вентиляторов - лопастные вентиляторы.

В АВО газа сосуды, работающие под давлением, могут быть выполнены на рабочее давление газа, составляющее 7,00-10,00 МПа, преимущественно 7,36 МПа, 8,35 МПа и 9,82 МПа.

При этом каждая теплообменная секция может содержать преимущественно одну камеру входа и одну камеру выхода охлаждаемого газа, сообщенные по потоку охлаждаемого газа с теплообменными трубами пучка.

АВО газа может быть выполнен из материала, не теряющего своих прочностных свойств при работе в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже -60 °С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответствующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

Аппарат может быть выполнен горизонтального типа с нижним расположением вентиляторов под теплообменными секциями, а теплообменные секции размещены горизонтально или с уклоном, составляющим 0,002-0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций установлены на пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции.

При этом пространственная конструкция может быть установлена на фундаменты с креплением к ним преимущественно анкерными болтами и выполнена из стержневых элементов - стоек и ригелей, причем ригели образуют плоскую в плане, преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными и поперечными поясами, образующими опорные участки не менее чем под две теплообменные секции аппарата и отсеки не менее чем под четыре вентилятора, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными, трехветвевыми, а промежуточные - плоскими, V-образными.

В АВО газа под каждой секцией может быть установлено от одного до шести вентиляторов, причем каждый вентилятор размещен в аэродинамическом защитном кожухе, содержащем диффузор и коллектор плавного входа, при этом коллектор плавного входа выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате и преимущественно круглым в плане, причем входное устье кожуха в зоне перехода коллектора в диффузор выполнено диаметром, составляющим 0,6 -0,95 ширины теплообменной секции, а диффузор кожуха каждого из вентиляторов выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции с конфигурацией контура выходной кромки, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции, при этом диффузоры кожухов всех вентиляторов, установленных под секцией, перекрывают преимущественно всю обращенную к ним поверхность пучка теплообменных труб секции.

При этом вентиляторы могут быть выполнены преимущественно двух - или трехлопастными, с регулируемым изменением угла поворота лопастей и с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным, работающим от тихоходного электродвигателя, предпочтительно с мощностью 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения 290-620 мин^-1.

Кроме того, в АВО газа теплообменные трубы могут быть разделены по высоте секции дистанцирующими элементами, а продольные стены каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем каждая теплообменная секция выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов теплообменных труб, расположенных по высоте панели, составляет от 2 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, а в пучке трубы размещены преимущественно горизонтальными рядами, расположенными друг над другом со смещением труб в каждом ряду относительно труб в смежных по высоте пучка рядах, причем трубы выполнены преимущественно биметаллическими, с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

В АВО газа каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа может быть выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, причем трубная доска с заделанными в нее концами пучка теплообменных труб образует переднюю боковую часть камеры, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской, которая выполнена с отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске.

Каждая камера входа и выхода охлаждаемого газа может быть разделена по высоте упрочняющими перегородками, выполненными из металлического листа с отверстиями для прохода газа. Это увеличивает надежность работы камер в условиях повышенного давления и позволяет более равномерно распределить поле скоростей поступающего в камеру газа.

Камеры входа газа, по крайней мере, двух теплообменных секций могут быть присоединены к общему для них коллектору подвода газа преимущественно посредством фланцев, а камеры выхода газа, по крайней мере, двух теплообменных секций присоединены к общему для них коллектору отвода газа также преимущественно посредством фланцев с образованием совместно с ним, а также с пучком теплообменных труб, камерами входа газа и коллектором подвода газа сосуда, работающего под давлением.

Кроме того, в АВО газа коллектор подвода газа и коллектор отвода газа могут быть выполнены каждый в виде сосуда, работающего под давлением, включающего цилиндрический корпус с торцевыми участками двоякой кривизны и присоединенными к корпусу центральным соответственно для первого входным, а для второго - выходным патрубками для соединения с газопроводом, и распределенными по длине корпуса патрубками для соединения соответственно для первого с камерами входа газа, а для второго - с камерами выхода газа, по крайней мере, двух теплообменных секций аппарата.

Входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа могут быть выполнены с разделкой кромок для присоединения, преимущественно сваркой, к газопроводу.

Кроме того, патрубки для соединения с камерами входа газа и камерами выхода газа могут быть снабжены фланцами, преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами камер входа и выхода выполнены с прокладками.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в повышении экономичности аппарата воздушного охлаждения газа как при изготовлении, так и при эксплуатации за счет выравнивания поля скоростей поступающего из коллектора подвода охлаждаемого газа в камеру входа газа теплообменных секций, а также охлажденного газа, поступающего из камеры выхода газа через коллектор отвода газа в газопровод, исключения гидравлических ударов в магистралях подачи газа в теплообменную секцию и выхода из нее, обеспечения равномерности распределения газа по трубам теплообменной секции и повышения эффективности теплообмена при охлаждении газа, протекающего по трубам, что позволяет обеспечить оптимальную эффективность теплообмена при минимальной металлоемкости.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен аппарат воздушного охлаждения газа, вид сбоку;

на фиг.2 - то же, вид с торца;

на фиг.3 - теплообменная секция АВО газа, вид сбоку;

на фиг.4 - то же, вид по А-А на фиг.3;

на фиг.5 - узел Б на фиг.3, отображающий крепление оребренной теплообменной трубы в трубной доске;

на фиг.6 - узел В на фиг.4, отображающий оребренные теплообменные трубы пучка, разделенные дистанцирующими элементами;

на фиг.7 - пространственная металлоконструкция для установки теплообменных секций и вентиляторов в АВО газа, вид сбоку;

на фиг.8 - то же, вид сверху;

на фиг.9 - камера входа (камера выхода) охлаждаемого газа АВО газа, вид сбоку;

на фиг.10 - вид по Г-Г на фиг.9;

на фиг.11 - коллектор подвода (отвода) газа АВО газа, вид сбоку.

Аппарат воздушного охлаждения (АВО) газа содержит вентиляторы 1 для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха (фиг.1), в корпус 2 аппарата. АВО газа выполнен в виде секционного сосуда с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями 3. Каждая теплообменная секция 3 включает камеры входа 4 и выхода 5 охлаждаемого газа (конструктивно камера выхода 5 выполнена также, как камера входа 4), содержащие трубные доски 6. Трубные доски 6 выполнены с отверстиями 7, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте образующие пучок 8 одноходовые оребренные теплообменные трубы 9. С боков теплообменные трубы ограничены продольными стенами 10 каркаса секции 3. Каждая камера 4 входа теплообменных секций 3 аппарата имеет от двух до семи патрубков 11 для присоединения к коллектору подвода газа 12 газопровода. Каждая камера 5 выхода секций 3 аппарата имеет также соответственно от двух до семи патрубков 13 для присоединения к коллектору отвода 14 газа, выполненному конструктивно аналогично коллектору подвода газа 12. Коллектор отвода газа 14 сообщен на выходе с газопроводом (не изображен).

Коллектор подвода газа 12 и коллектор отвода газа 14, камеры входа 4 и выхода 5 охлаждаемого газа и теплообменные трубы 9 образуют сосуд, работающий под давлением.

В каждой секции сосуд, работающий под давлением, выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в них с рабочим давлением от 5 МПа до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций преимущественно магистральных газопроводов. При этом при двух теплообменных секциях 3 аппарат выполнен на пропуск 150000-500000 м³/час охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С, и давление, составляющее 0,101325 МПа. В качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций 3, а в качестве вентиляторов 1 - лопастные вентиляторы.

Сосуды, работающие под давлением, выполнены на рабочее давление газа, составляющее 7,00-10,00 МПа, преимущественно 7,36 МПа (75 кгс/см²), 8,35 МПа (85 кгс/см²) и 9,82 МПа (100 кгс/см²).

АВО газа выполнен из материала, не теряющего своих прочностных свойств при работе в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже -60°С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответствующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

АВО газа выполнен горизонтального типа с нижним расположением вентиляторов 1 под теплообменными секциями 3 (фиг.1 и фиг.2). Теплообменные секции 3 размещены горизонтально (фиг.3) или с уклоном, составляющим от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб 9 к коллектору отвода газа 14 или коллектору подвода газа 12 и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию 15, при этом каркасы теплообменных секций 3 установлены на пространственной конструкции поверху (фиг.2) и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции.

Пространственная конструкция 15 установлена на фундаменты (не показан) с креплением к ним преимущественно анкерными болтами 16 (фиг.7, фиг.8) и выполнена из стержневых элементов - стоек 17 и ригелей 18. Ригели 18 образуют плоскую в плане, преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными 19 и поперечными 20 поясами, образующими опорные участки 21 не менее чем под две теплообменные секции 3 аппарата и отсеки 22 не менее чем под четыре вентилятора 1, а стойки 17 выполнены угловыми 23 и промежуточными 24, причем угловые стойки 23 выполнены пространственными, трехветвевыми, а промежуточные 24 - плоскими, V-образными.

Под каждой секцией 3 установлено от одного до шести вентиляторов 1. Каждый вентилятор размещен в аэродинамическом защитном кожухе 25, содержащем диффузор 26 и коллектор плавного входа 27. При этом коллектор плавного входа 27 выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате и преимущественно круглым в плане, причем входное устье 28 кожуха 25 в зоне перехода коллектора 27 в диффузор 26 выполнено диаметром, составляющим 0,6-0,95 ширины теплообменной секции 3, а диффузор 26 кожуха 25 каждого из вентиляторов 1 выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции 3 с конфигурацией контура выходной кромки 29, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции 3. При этом диффузоры 26 кожухов 25 всех вентиляторов 1, установленных под секцией 3, перекрывают преимущественно всю обращенную к ним поверхность пучка 8 теплообменных труб 9 секции 3.

Вентиляторы 1 выполнены преимущественно двух- или трехлопастными, с регулируемым изменением угла поворота лопастей и с приводом колеса вентилятора, преимущественно прямым, безредукторным, работающим от тихоходного электродвигателя, предпочтительно с мощностью 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения 290-620 мин^-1.

Теплообменные трубы 9 разделены по высоте секции дистанцирующими элементами 30, а продольные стены 10 каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока 31 внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам 9 секции 3 (фиг.4 и фиг.6). Каждая теплообменная секция 3 выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели 32, причем число рядов теплообменных труб 9, расположенных по высоте панели 32, составляет от 4 до 12, а в ряду размещено от 21 до 98 труб 9 при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м. В пучке 8 трубы 9 размещены преимущественно горизонтальными рядами 33, расположенными друг над другом со смещением труб 9 в каждом ряду относительно труб 9 в смежных по высоте пучка 8 рядах. Трубы 9 выполнены преимущественно биметаллическими (фиг.5), с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

Каждая камера входа 4 или выхода 5 охлаждаемого газа (фиг.9) выполнена в виде сосуда, работающего под давлением длиной, соответствующей ширине теплообменной секции 3 аппарата, причем трубная доска 6 с заделанными в нее концами пучка 8 теплообменных труб 9 образует переднюю боковую часть камеры, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской 34, которая выполнена с отверстиями 35 соосными отверстиям 7 в трубной доске 6.

Каждая камера входа 4 или выхода 5 охлаждаемого газа может быть разделена по высоте упрочняющими перегородками 36, выполненными из металлического листа с отверстиями 37 для прохода газа (фиг.10). Перегородки 36 приварены к стенкам камер и являются ребрами жесткости.

Камеры входа 4, по крайней мере, двух теплообменных секций 3 присоединены к общему для них коллектору подвода газа 12 преимущественно посредством фланцев 38 с образованием совместно с ним сосуда высокого давления. Камеры выхода 5, по крайней мере, двух теплообменных секций 3 присоединены к общему для них коллектору отвода газа 14 также преимущественно посредством фланцев 39 с образованием совместно с ними, а также с пучком 8 теплообменных труб 9, камерами входа 4 и подвода газа коллектором 12 сосуда, работающего под давлением.

Коллектор подвода газа 12 и коллектор отвода газа 14 выполнены каждый в виде сосуда, работающего под давлением (фиг.11), включающего цилиндрический корпус 40 с торцевыми участками 41 двоякой кривизны и присоединенными к корпусу центральным соответственно для первого входным 42, а для второго - выходным 43 патрубками для соединения с газопроводом, и распределенными по длине корпуса патрубками 44, 45 для соединения соответственно для первого 44 с камерами входа 4, а для второго 45 - с камерами выхода 5, по крайней мере, двух теплообменных секций 3 аппарата.

Входной патрубок 42 коллектора подвода газа 12 и/или выходной патрубок 43 коллектора отвода газа 14 выполнены с разделкой кромок для присоединения, преимущественно сваркой, к технологическим трубопроводам (не показаны) соответственно подвода и отвода охлаждаемого газа.

Патрубки 44 и 45 для соединения с камерами входа 4 и камерами выхода 5 газа снабжены фланцами 46 и 47, преимущественно воротникового типа. Соединения с фланцами 46 и 47 камер входа 4 и выхода 5 выполнены с прокладками (не обозначены).

Аппарат воздушного охлаждения газа работает следующим образом.

Охлаждаемый газ из магистрального газопровода подается через коллектор подвода газа 12 в камеру входа 4 теплообменной секции 3 под давлением 8,35 МПа и входной после компримирования температурой 60°С. Из камеры входа 4 охлаждаемый газ распределяется по теплообменным трубам 9. При этом газ, поступающий в камеру входа через подающие патрубки 11, распределяется по группе теплообменных труб 9, прилегающих к преимущественно ближайшему по ходу движения газа патрубку 11, и сообщенных по охлаждаемому газу преимущественно с этим патрубком. Теплообменные секции 3 аппарата, собранные из оребренных труб 9, обдуваются потоком охлаждающего воздуха с температурой 27°С, нагнетаемого снизу осевыми вентиляторами 1 с приводами от тихоходных электродвигателей.

Охлаждающий теплоноситель (воздух), проходя через коллектор плавного входа 27 и диффузор 26, поступает в межтрубное пространство теплообменной секции 3. Проходя через межтрубное пространство, омывая оребренные биметаллические теплообменные трубы 9, воздух забирает тепло от теплообменной поверхности, нагретой проходящим внутри труб охлаждаемым газом. Пройдя по трубам и охладившись, газ до температуры 40°С поступает в выходные камеры 5, откуда через коллектор отвода газа 14 подается в магистраль газопровода.

При этом суммарная площадь поперечного сечения группы теплообменных труб 9 пучка 8, прилегающих к ближайшему к ним подающему патрубку 11 и сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с этим патрубком, в 1,2-1,7 раза превышает площадь поперечного сечения этого патрубка в зоне примыкания последнего к камере входа 4 в теплообменную секцию 3 аппарата. При этом происходит снижение гидравлического сопротивления и равномерное распределение газа по трубам 9. Потери давления по газу снижаются при увеличении рабочего давления на входе. Так, например, при давлении на входе 7,36 МПа потери давления по газу составляют 0,021 МПа, а при давлении 9,82 МПа потери составляют 0,018 МПа.

При этом трубы 9 в секции 3 выбраны таким образом, что они обеспечивают оптимальный отвод тепла от охлаждаемого газа.

В зависимости от сезонных колебаний температуры окружающего воздуха используют в работе либо все вентиляторы 1, подающие охлаждающий воздух, либо только часть их. Таким образом повышается экономичность работы аппарата.

Аппарат воздушного охлаждения газа с нижним расположением вентиляторов работает следующим образом. При подаче охлаждающего теплоносителя (воздуха) на пучок оребренных теплообменных труб, по которым транспортируют природный газ, происходит обтекание пучка труб воздухом и контактный теплообмен. При этом за счет оптимизации параметров оребренных труб пучка повышающих их теплоаэродинамические характеристики и улучшающих аэродинамические условия обтекания пучка охлаждающим теплоносителем, увеличивается суммарная площадь теплообменной поверхности за счет увеличения плотности упаковки труб в пучке.

Предлагаемый аппарат воздушного охлаждения за счет оптимизации параметров теплообменных элементов обеспечивает в процессе его эксплуатации повышение эффективности теплообмена и уменьшение потерь давления по газу и воздуху. Это ведет к увеличению теплопроизводительности аппарата и таким образом к уменьшению энергопотребления и снижению металлоемкости за счет более эффективного использования поверхностей теплообмена.

В процессе изготовления экономия осуществляется за счет снижения количества расходного материала, необходимого для изготовления поверхностей теплообмена вследствие более эффективного их использования. Из-за снижения габаритов и веса теплообменных секций стало возможным уменьшение как габаритов, так и веса опорных конструкций аппарата.

За счет увеличения прочностных характеристик конструкций аппарата повысилась надежность работы аппарата в целом и его узлов, работающих под давлением. Удобство доступа к теплообменным трубам, а также удобство их осмотра в процессе эксплуатации и ремонта улучшает ремонтопригодность аппарата.

Таким образом, заявляемый аппарат воздушного охлаждения газа является более экономичным как при изготовлении, так и при эксплуатации.

Claims (18)

1. Аппарат воздушного охлаждения газа, характеризующийся тем, что он содержит вентиляторы для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен в виде секционного сосуда с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает камеру входа и камеру выхода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которых заделаны концами расположенные в секции рядами по ее высоте, образующие пучок одноходовые оребренные теплообменные трубы, которые с боков ограничены продольными стенами каркаса секции, при этом каждая камера входа газа теплообменных секций аппарата имеет от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору подвода газа из подающего газопровода, а каждая камера выхода газа секций аппарата имеет также соответственно от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору отвода газа, сообщенному на выходе с газопроводом, причем суммарная площадь поперечного сечения в свету группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, в 1,2-1,7 раза превышает площадь поперечного сечения этого патрубка в зоне примыкания последнего к камере входа газа в теплообменную секцию аппарата, при этом трубы пучка секции аппарата приняты из условия, согласно которому отношение суммарной площади внутренней теплообменной поверхности труб к суммарному объему внутритрубного пространства определено коэффициентом

составляющим (98-412) [м^-1].

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечного сечения в свету группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, выбрана пропорционально числу и взаимному расположению подающих патрубков по ширине теплообменной секции.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что входящие в него элементы, сообщенные по потоку охлаждаемого газа, а именно коллекторы подвода и отвода газа, камеры входа и выхода охлаждаемого газа и теплообменные трубы образуют сосуд, работающий под давлением.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что в каждой секции сосуд, работающий под давлением, выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в него с рабочим давлением от 5 до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций, преимущественно магистральных газопроводов, при этом при двух теплообменных секциях аппарат выполнен на пропуск 150000-500000 м³/ч охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С, и давление, составляющее 0,101325 МПа, в качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций, а в качестве вентиляторов - лопастные вентиляторы.

5. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что сосуды выполнены на рабочее давление газа, составляющее 7,00-10,00 МПа, преимущественно 7,36; 8,35 и 9,82 МПа.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая теплообменная секция содержит преимущественно одну камеру входа и одну камеру выхода охлаждаемого газа, сообщенные по потоку охлаждаемого газа с теплообменными трубами пучка.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из материала, не теряющего своих прочностных свойств при работе в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже -60°С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответствующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен горизонтального типа с нижним расположением вентиляторов под теплообменными секциями, а теплообменные секции размещены горизонтально или с уклоном, составляющим 0,002-0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа, и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций установлены на пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции.

9. Аппарат по п.8, отличающийся тем, что пространственная конструкция установлена на фундаменты с креплением к ним преимущественно анкерными болтами и выполнена из стержневых элементов - стоек и ригелей, причем ригели образуют плоскую в плане преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными и поперечными поясами, образующими опорные участки не менее чем под две теплообменные секции аппарата и отсеки не менее чем под четыре вентилятора, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными трехветвевыми, а промежуточные - плоскими V-образными.

10. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что под каждой секцией установлено от одного до шести вентиляторов, причем каждый вентилятор размещен в аэродинамическом защитном кожухе, содержащем диффузор и коллектор плавного входа, при этом коллектор плавного входа выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате и преимущественно круглым в плане, причем входное устье кожуха в зоне перехода коллектора плавного входа в диффузор выполнено диаметром, составляющим 0,6-0,95 ширины теплообменной секции, а диффузор кожуха каждого из вентиляторов выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции с конфигурацией контура выходной кромки, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции, при этом диффузоры кожухов всех вентиляторов, установленных под секцией, перекрывают преимущественно всю обращенную к ним поверхность пучка теплообменных труб секции.

11. Аппарат по п.10, отличающийся тем, что вентиляторы выполнены преимущественно двух- или трехлопастными с регулируемым изменением угла поворота лопастей и с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным, работающим от тихоходного электродвигателя предпочтительно мощностью 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения 290-620 мин^-1.

12. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубы разделены по высоте секции дистанцирующими элементами, а продольные стены каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем каждая теплообменная секция выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов теплообменных труб, расположенных по высоте панели, составляет от 2 до 14, в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, а в пучке трубы размещены преимущественно горизонтальными рядами, расположенными друг над другом со смещением труб в каждом ряду относительно труб в смежных по высоте пучка рядах, причем трубы выполнены преимущественно биметаллическими с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

13. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, причем трубная доска с заделанными в нее концами теплообменных труб пучка образует переднюю боковую часть камеры, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской, которая выполнена с отверстиями, соосными с отверстиями в трубной доске.

14. Аппарат по п.13, отличающийся тем, что каждая камера входа и выхода охлаждаемого газа разделена по высоте упрочняющими перегородками, выполненными из металлического листа с отверстиями для прохода газа.

15. Аппарат по п.14, отличающийся тем, что камеры входа газа, по крайней мере, двух теплообменных секций присоединены к общему для них коллектору подвода газа преимущественно посредством фланцев, а камеры выхода газа, по крайней мере, двух теплообменных секций присоединены к общему для них коллектору отвода газа также преимущественно посредством фланцев с образованием совместно с ним, а также с пучком теплообменных труб, камерами входа газа и коллектором подвода газа сосуда, работающего под давлением.

16. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что коллектор подвода газа и коллектор отвода газа выполнены каждый в виде сосуда, работающего под давлением, включающего цилиндрический корпус с торцевыми участками двоякой кривизны и присоединенными к корпусу центральным соответственно для первого входным, а для второго - выходным патрубками для соединения с газопроводом и распределенными по длине корпуса патрубками для соединения соответственно для первого с камерами входа газа, а для второго - с камерами выхода газа, по крайней мере, двух теплообменных секций аппарата.

17. Аппарат по п.16, отличающийся тем, что входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу.

18. Аппарат по п.16, отличающийся тем, что патрубки коллектора подвода или отвода газа для соединения соответственно с камерами входа или камерами выхода газа снабжены фланцами преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами патрубков камер входа и выхода газа выполнены с прокладками.

Images