RU2331830C2 - Аппарат воздушного охлаждения газа (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения, применяемым, в частности, для охлаждения природного газа. По обоим вариантам выполнения аппарат содержит вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями. Каждая секция включает работающий под давлением сосуд для внутритрубной среды, преимущественно газа, выполненный в виде многорядного одноходового пучка оребренных труб, сообщенных с камерами входа и выхода газа и через них с коллекторами подвода и отвода газа, причем оребренные трубы расположены в пучке со смещением в каждом ряду относительно труб в смежных рядах, а ряды труб отделены друг от друга дистанцирующими элементами, выполненными в виде складчатых пластин с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми участками, образующими опорные площадки под трубы смежных по высоте пучка рядов. Конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков размещены относительно плоскости, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков элемента, в высотном диапазоне величин, определенном приведенной в изобретении зависимостью. По первому варианту выполнения аппарат воздушного охлаждения газа снабжен аэропрозрачным солнцезащитным экраном с системой наклонных пластин, расположенных с ориентацией их продольных осей в направлении восток-запад с азимутальным отклонением от этого направления в плане в диапазоне от -35° до +35°. Технический результат, обеспечиваемый изобретением по обоим вариантам выполнения, состоит в повышении эффективности теплообмена и увеличении теплопроизводительности аппарата и отдельных его узлов и конструкций, а также повышении срока службы аппарата за счет обеспечения жесткости и устойчивости пучка при одновременном исключении зацепления ребер труб смежных рядов и отсутствии нарушения равномерности проходного сечения для охлаждающего воздуха. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 27 ил.

Description

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Claims (22)

1. Аппарат воздушного охлаждения газа, характеризующийся тем, что он содержит вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает работающий под давлением сосуд для внутритрубной среды, преимущественно газа, выполненный в виде многорядного одноходового пучка оребренных труб, сообщенных с камерами входа и выхода газа и через них с коллекторами соответственно подвода и отвода газа, причем оребренные трубы расположены в пучке со смещением в каждом ряду относительно труб в смежных рядах, а ряды труб отделены друг от друга дистанцирующими элементами, выполненными в виде складчатых пластин с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми участками, образующими опорные площадки под трубы смежных по высоте пучка рядов, причем конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков размещены относительно плоскости, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков элемента, в высотном диапазоне величин: от превышения на величину γ₁ над этой плоскостью на часть толщины Δ дистанцирующего элемента, составляющую γ₁=Δ-А, где А - амплитуда складки, до расположения, ниже упомянутой, плоскости на величину γ₂≤0,11d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб, причем аппарат воздушного охлаждения газа снабжен аэропрозрачным солнцезащитным экраном с системой наклонных пластин, расположенных с ориентацией их продольных осей в направлении восток-запад с азимутальным отклонением от этого направления в плане в диапазоне от -35 до +35°.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть дистанцирующих элементов выполнена по длине составной из отдельных, не соединенных между собой частей, установленных по ширине пучка соосно друг другу, причем выпуклые и вогнутые участки, по крайней мере, части дистанцирующих элементов очерчены по примыкающим друг к другу дугам окружности, радиус R которой со стороны контакта с ребрами труб составляет R=(1,0-1,12)d, ширина дистанцирующего элемента m=(0,15-2,8)d, а шаг n складок по длине дистанцирующего элемента составляет n=(1,01-1,75)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая секция корпуса аппарата выполнена в виде сосуда, имеющего каркас для внешней охлаждающей среды с продольными боковыми стенами, поперечными торцевыми стенами, образованными камерами входа и выхода газа и днищем, образованным корпусами диффузоров вентиляторов, которые установлены под теплообменными секциями, причем теплообменные секции размещены горизонтально или с уклоном от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего опорную пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций установлены на опорной пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции, продольные стены каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, при этом 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 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, а вентиляторы выполнены преимущественно двух - или трехлопастными и с регулируемым изменением угла поворота лопастей, с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным от тихоходного электродвигателя, его мощностью, составляющей предпочтительно 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения предпочтительно 290-620 мин^-1, каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, и содержит образующую переднюю боковую часть - трубную доску, в которую заделаны концы труб пучка, задняя боковая часть камеры входа или выхода газа образована преимущественно внешней доской, которая выполнена со сквозными отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске снабженными съемными заглушками, а коллекторы подвода или отвода газа сообщены с соответствующими камерами входа или выхода газа патрубками, причем входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу, патрубки для соединения с камерами входа газа и камерами выхода газа снабжены фланцами, преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами патрубков камер входа или выхода газа выполнены с прокладками, причем фланцы выбраны под прокладки.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он 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, конструкция труб и камер входа и выхода охлаждаемого газа, образующая сосуд, работающий под давлением, выполнена на рабочее давление газа, составляющее 7,00-9,00 МПа, преимущественно 7,36 МПа, 8,35 МПа и 8,92 МПа, диаметр оребрения труб по внешнему контуру ребер труб R=57 мм, шаг труб в ряду составляет 69±2 мм, шаг рядов труб в пучке - 57,2 мм, шаг дистанцирующих элементов по длине труб - 1323 мм, ширина дистанцирующего элемента 30±2 мм, толщина его 10 мм, а радиус R вогнутых участков составляет 28,5 мм, причем каждая теплообменная секция выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов труб, расположенных по высоте панели, составляет от 4 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы выполнены преимущественно биметаллическими, с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой, относительно внутреннего слоя, теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава, причем аппарат смонтирован на опорной пространственной конструкции, которая 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, установленных на опорных площадках, подвешенных на жестких растяжках, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными, трехветвевыми, состоящими из вертикальной ветви и примыкающими к ее нижней части двух наклонных ветвей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а промежуточные - плоскими, V-образными.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каркас каждой теплообменной секции снабжен верхними и нижними балками, отверстия в трубных досках расположены рядами по высоте секции с шагом в осях в ряду, составляющим (0,95-1,35)·d и шагом в осях смежных по высоте рядов, составляющим (0,91-1,21)·d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб, при этом отверстия в каждом ряду расположены со смещением относительно отверстий в смежных по высоте рядах на величину 0,4-0,6 шага в осях отверстий в ряду, число рядов труб в направлении вектора потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, составляет от 3 до 14, а в ряду число труб по ширине секции превышает в 4-9 раз число рядов труб, расположенных последовательно на пути упомянутого потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, при этом, по крайней мере, одна из камер входа или выхода газа оперта на стены каркаса подвижно с возможностью компенсации разности температурных деформаций пучка труб и стен каркаса, при этом общее число отверстий в каждом четном ряду в досках, считая снизу, на одно больше, чем в каждом нечетном ряду, или общее число отверстий в каждом нечетном ряду в досках, считая снизу, на одно больше, чем в каждом четном ряду, или общее число отверстий в досках в каждом нечетном ряду - четное, а в каждом четном ряду - нечетное, или общее число отверстий в досках в каждом нечетном ряду - нечетное, а в каждом четном ряду - четное, пристенные вытеснители потока внешней охлаждающей среды выполнены протяженными и ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем в ряду размещено от 12 до 125 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы в пучке размещены преимущественно горизонтальными рядами, расположенными друг над другом со смещением труб в каждом ряду относительно труб в смежных по высоте пучка рядах, причем число рядов труб в пучке принято четным, или нечетным, а, по крайней мере, часть труб пучка выполнена не менее чем двухслойной из материалов с различной теплопроводностью, предпочтительно внешний слой труб выполнен из материала с большей теплопроводностью, чем внутренний слой или внутренние слои, по крайней мере, часть труб пучка выполнена биметаллической, или внешние слои, по крайней мере, части труб и их оребрение выполнены из высокотеплопроводного металла или сплавов, преимущественно из алюминиевого сплава с коэффициентом теплопроводности не менее, чем на 5% превышающим теплопроводность материала внутреннего слоя трубы, в качестве которого использована предпочтительно сталь, или внешний слой, по крайней мере, части труб и/или их оребрение выполнены из меди или медьсодержащих сплавов или, по крайней мере, внешний слой, по крайней мере, части труб и/или их оребрение выполнены из высокопрочного и стойкого к агрессивным факторам межтрубной среды материала, преимущественно из титана или титансодержащих сплавов, или, по крайней мере, внешняя поверхность труб и их оребрение покрыты высокотеплопроводным и стойким к агрессивным средам материалом, например слоем алюминия или меди, нанесенным анодированием, или напылением, или плакированием, при этом оребрение труб выполнено в виде спирали из навитой на трубы и прикрепленной к корпусу трубы металлической ленты или в виде ребер, образованных накаткой внешнего слоя трубы, внешний диаметр труб до основания ребер составляет от 15 до 45 мм, толщина стенки труб составляет от 0,9 до 3,5 мм, полная высота ребер труб составляет от 0,27d₁ до 0,85d₁, где d₁ - внешний диаметр тела трубы без оребрения, мм, при этом ребра труб выполнены толщиной, по внешнему диаметру, составляющей от 0,3 до 2,5 мм, а в зоне сопряжения с внешней поверхностью трубы - от 0,5 до 3,5 мм, причем в этой зоне ребро сопряжено с трубой по кривой, радиус которой не меньше половины толщины ребра в зоне сопряжения, причем пучок труб зафиксирован наборными диафрагмами, каждая из которых включает, расположенные между рядами труб, аэродинамически непрозрачные дистанцирующие элементы, установленные преимущественно в одной плоскости с верхней и нижней балками каркаса, которые, совместно с замыкающими их боковыми стенами каркаса и вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, образуют обойму, охватывающую пучок труб, а каждая оребренная труба пучка труб аппарата воздушного охлаждения газа содержит, собственно, тело трубы и наружное оребрение, создающие в поперечном охлаждающем потоке внешней теплообменной среды участки с различной аэродинамической прозрачностью в условной плоскости, нормальной к вектору упомянутого потока внешней теплообменной среды и проходящей через центральную продольную ось трубы: участок полной аэродинамической непрозрачности, соответствующий площади проекции на указанную плоскость единицы длины собственно тела трубы без учета оребрения, и участок неполной аэродинамической прозрачности, соответствующий суммарной площади проекций на указанную плоскость участков оребрения единицы длины оребренной трубы, ограниченных с каждой стороны прямой, проведенной по вершинам ребер, за вычетом из нее площади полной аэродинамической непрозрачности, создаваемой телом трубы без учета оребрения, при этом отношение площадей проекций на указанную плоскость участков разной аэродинамической прозрачности к их сумме составляет соответственно (0,30-0,80):1 и (0,21-0,79):1, причем средняя по радиусу оребрения удельная площадь аэродинамической непрозрачности на участках проекции оребрения на указанную плоскость на единицу длины трубы составляет 0,08-0,55.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что оребренные трубы последовательно размещены в ряду с шагом в осях, составляющим 1,7-3,4 диаметра тела трубы без учета диаметра ребер, причем оребрение каждой трубы выполнено поперечным относительно центральной продольной оси трубы или расположенным под углом к упомянутой оси.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая трубная доска выполнена в виде пластины, имеющей форму параллелепипеда, преимущественно прямоугольного, с образующей трубную решетку системой сквозных отверстий под концы труб пучка, причем отверстия расположены рядами по высоте доски с шагом в осях в ряду, составляющим (1,7-3,5)d₂, шагом рядов по высоте доски, составляющим (1,6-3,4)d₂, где d₂ - диаметр отверстий и со смещением отверстий в смежных рядах на 0,35-0,65 величины шага в ряду, при этом площадь каркаса решетки в проекции на среднюю плоскость доски в 4-12,5 раз превышает суммарную площадь пустот решетки в проекции на ту же плоскость, минимальная толщина каркаса решетки трубной доски между отверстиями ряда не меньше, чем в 1,5 раза превышает диаметр отверстий, а по периметру трубной доски расположен участок сплошного сечения, образующий пояс жесткости трубной доски, площадь которого составляет 16,0-45,0% площади трубной доски, причем трубная доска выполнена с параметрами L, Н и δ, где L - длина трубной доски, принимаемая в интервале от 1,5 до 3,01 м, Н - высота трубной доски, принимаемая в интервале от 0,25 до 0,98 м, δ - толщина трубной доски, принимаемая в интервале от 0,015 до 0,075 м.

8. Аппарат по п.7, отличающийся тем, что камера входа или выхода газа выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, имеющего боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки и не менее двух, имеющих сквозные отверстия, силовых перегородок между боковыми стенками, причем боковая стенка, обращенная к трубам, выполнена в виде трубной доски с образующими решетку, расположенными рядами по высоте отверстиями под концы труб пучка, а другая боковая стенка камеры входа или выхода газа выполнена в виде внешней доски с отверстиями, также образующими решетку, расположенными соосно отверстиям в трубной доске, а, по крайней мере, в одной из стенок образованы отверстия под патрубки для соединения камеры входа газа или камеры выхода газа соответственно с коллектором подвода газа или коллектором отвода газа, при этом отверстия под патрубки, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему для сообщения секции аппарата воздушного охлаждения газа с газопроводом с количеством отверстий на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа, при этом первая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности, превышающей не менее чем на 5,9% суммарную пропускную способность не менее чем 2/3 труб, соединенных с трубной доской, при этом отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему ввода газа в аппарат с количеством отверстий на ступенях, последовательно возрастающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N':N₁:N₂, где N' - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, составляющее от 2 до 4, N₁ - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N₂ - количество отверстий в трубной доске, причем N₂=а·в, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, в - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7d₂ до 3,5d₂, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6d₂ до 3,4d₂, где d₂ - диаметр отверстия в трубной доске, отверстия в силовых перегородках и отверстия под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа образуют систему отвода газа из аппарата с количеством отверстий на ступенях, последовательно убывающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N₂:N₁:N'', где N'' - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа, составляющее от 2 до 4, отверстия во внешней доске выполнены с проходным диаметром, превышающим диаметр отверстий в трубной доске не менее чем на 3,5%, причем заглушки выполнены предпочтительно резьбовыми, при этом камера выполнена высотой в свету, превышающей в 1,9-3,2 раза ширину в свету силовых перегородок и ширину в свету верхней и нижней стенок, при этом силовые перегородки между боковыми стенами камеры входа или выхода газа установлены в высотном диапазоне, составляющем ±1/4 высоты камеры входа или выхода газа, считая от средней горизонтальной плоскости по высоте камеры входа или выхода газа, преимущественно в пределах средней трети высоты камеры входа или выхода газа в свету, и выполнены с одинаковой пропускной способностью по ходу движения газа, или вторая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности не менее ¹/₂ пропускной способности первой по ходу движения газа силовой перегородки, а отверстия в трубной доске выполнены под трубы диаметром 12-36 мм и расположены рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40-60% их шага относительно отверстий в смежных рядах, предпочтительно в каждом ряду в трубной доске выполнено 38-45 отверстий, а количество рядов отверстий составляет 4-8, отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа образованы в нижней и/или верхней стенке камеры входа или выхода газа, предпочтительно отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа образованы в нижней стенке камеры входа или выхода газа и выполнены диаметром 120-156 мм.

9. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что коллектор подвода или отвода газа выполнен в виде сосуда, работающего под давлением, включающего цилиндрический корпус с торцевыми участками двоякой кривизны, центральным патрубком для соединения с подающим или отводящим газопроводом и патрубками для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменных секций аппарата воздушного охлаждения газа, причем цилиндрический корпус выполнен из технологических секций, центральная из которых выполнена преимущественно в виде единого, предпочтительно цельнотянутого, элемента с центральным патрубком, а патрубки для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменных секции аппарата воздушного охлаждения газа преимущественно симметрично расположены по обе стороны от центральной технологической секции и число этих патрубков с каждой стороны составляет от 2 до 8, при этом суммарная площадь поперечного сечения в свету патрубков для соединения с камерой входа или выхода газа каждой теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа составляет 0,37-0,62 площади поперечного сечения в свету цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, при этом площадь поперечного сечения в свету центрального патрубка составляет 0,7-1,0 площади поперечного сечения в свету цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, а каждый патрубок для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа выполнен состоящим из цилиндрической части и примыкающего к ней фланца, преимущественно воротникового, при этом в зоне примыкания к цилиндрической части патрубка внутренний диаметр фланца, по крайней мере, после дополнительной расточки, совпадает с внутренним диаметром цилиндрической части патрубка, а наружный диаметр цилиндрической части патрубка составляет 0,27-0,59 от наружного диаметра цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, причем центральное отверстие воротникового фланца в зоне примыкания к стыкуемому с ним элементу камеры входа или выхода газа теплообменной секции выполнено с коническим расширением - с углом наклона образующей к контактной плоскости фланца, составляющим 72-87°, длина центральной технологической секции корпуса коллектора подвода или отвода газа составляет 0,45-0,74 от расстояния между осями ближайших к ней патрубков для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа, а наиболее удаленный от центральной технологической секции корпуса коллектора подвода или отвода газа патрубок для соединения с соответствующей камерой входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа расположен на расстоянии его оси от ближайшего к нему торца технологической секции, в которой он размещен, не меньшем диаметра цилиндрической части этого патрубка, при этом расстояние между осями крайних патрубков, предназначенных для соединения с камерой входа или выхода газа одной теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа не превышает 0,81 ширины теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа.

10. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена с отсеками, число которых составляет от четырех до восьми, причем в каждом отсеке в каждом узле соединения продольного и поперечного пояса установлен диагональный элемент жесткости, прикрепленный концами к соединяемым поясам, а соответствующая жесткая растяжка прикреплена к диагональному элементу жесткости.

11. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена с отсеками не менее чем под шесть вентиляторов и при этом снабжена не менее чем одной промежуточной стойкой, расположенной под горизонтальной решетчатой конструкцией, по крайней мере, по одной ее внешней продольной стороне, причем расстояние между верхними концами каждой плоской промежуточной стойки и концами, расположенных в той же продольной плоскости, пары ветвей каждой пространственной стойки равно шагу отсеков под вентиляторы, а верхние концы наклонных ветвей двух угловых стоек, расположенных в торцевой плоскости пространственной опорной конструкции, объединены общим узлом в зоне пересечения торцевого поперечного и промежуточного продольного ригелей, при этом расстояние от вершин вертикальных ветвей каждой пространственной стойки до центра пересечения осей наклонных их ветвей друг с другом и с осями торцевого поперечного и промежуточного продольного поясов соответствует ширине теплообменной секции аппарата, а каждая промежуточная стойка образует с соответствующим участком продольного пояса опорной конструкции треугольный диск, при этом расстояние l₁ между концами ветвей стойки соответствует расстоянию между смежными опорными площадками отсека под вентилятор, опирающегося на ветви стойки, и составляет l₁=L₁:К, где L₁ - длина секции аппарата, м; К - число отсеков под вентиляторы, расположенных по длине секции, а угловая стойка опорной конструкции аппарата воздушного охлаждения газа выполнена пространственной, трехветвевой и состоит из вертикальной ветви и примыкающих к ее нижней части двух наклонных ветвей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, причем угол α между наклонной и вертикальной ветвями опоры определен зависимостью

, где l_n - длина отсека под вентилятор по соответствующему продольному или поперечному поясу опорной конструкции аппарата, м; h - высота вертикальной ветви стойки опорной конструкции аппарата, м.

12. Аппарат воздушного охлаждения газа, характеризующийся тем, что он содержит вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает работающий под давлением сосуд для внутритрубной среды, преимущественно газа, выполненный в виде многорядного одноходового пучка оребренных труб, сообщенных с камерами входа и выхода газа и через них с коллекторами соответственно подвода и отвода газа, причем оребренные трубы расположены в пучке со смещением в каждом ряду относительно труб в смежных рядах, а ряды труб отделены друг от друга дистанцирующими элементами, выполненными в виде складчатых пластин с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми участками, образующими опорные площадки под трубы смежных по высоте пучка рядов, причем конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков размещены относительно плоскости, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков элемента, в высотном диапазоне величин: от превышения на величину γ₁ над этой плоскостью на часть толщины Δ дистанцирующего элемента, составляющую γ₁=Δ-А, где А - амплитуда складки, до расположения ниже упомянутой плоскости на величину γ₂≤0,11d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

13. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть дистанцирующих элементов выполнена по длине составной из отдельных, не соединенных между собой частей, установленных по ширине пучка соосно друг другу, причем выпуклые и вогнутые участки, по крайней мере, части дистанцирующих элементов очерчены по примыкающим друг к другу дугам окружности, радиус R которой со стороны контакта с ребрами труб составляет R=(1,0-1,12)d, ширина дистанцирующего элемента m=(0,15-2,8)d, а шаг n складок по длине дистанцирующего элемента составляет n=(1,01-1,75)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

14. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что каждая секция корпуса аппарата выполнена в виде сосуда, имеющего каркас для внешней охлаждающей среды с продольными боковыми стенами, поперечными торцевыми стенами, образованными камерами входа и выхода газа и днищем, образованным корпусами диффузоров вентиляторов, которые установлены под теплообменными секциями, причем теплообменные секции размещены горизонтально или с уклоном от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего опорную пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций установлены на опорной пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции, продольные стены каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, при этом 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 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, а вентиляторы выполнены преимущественно двух - или трехлопастными и с регулируемым изменением угла поворота лопастей, с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным от тихоходного электродвигателя, его мощностью, составляющей предпочтительно 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения предпочтительно 290-620 мин^-1, каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, и содержит образующую переднюю боковую часть - трубную доску, в которую заделаны концы труб пучка, задняя боковая часть камеры входа или выхода газа образована преимущественно внешней доской, которая выполнена с отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске, а коллекторы подвода или отвода газа сообщены с соответствующими камерами входа или выхода газа патрубками, причем входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу, патрубки для соединения с камерами входа газа и камерами выхода газа снабжены фланцами, преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами патрубков камер входа или выхода газа выполнены с прокладками.

15. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что он 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 стандартные параметры температуры, составляющей 20°С и давления, составляющего 0,101325 МПа, в качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций, а в качестве вентиляторов - лопастные вентиляторы, конструкция труб и камер входа и выхода охлаждаемого газа, образующая сосуд, работающий под давлением, выполнена на рабочее давление газа, составляющее 7,00-9,00 МПа, преимущественно 7,36 МПа, 8,35 МПа и 8,92 МПа, диаметр оребрения труб по внешнему контуру ребер труб R=57 мм, шаг труб в ряду составляет 69±2 мм, шаг рядов труб в пучке - 57,2 мм, шаг дистанцирующих элементов по длине труб - 1323 мм, ширина дистанцирующего элемента 30±2 мм, толщина его 10 мм, а радиус R вогнутых участков составляет 28,5 мм, причем каждая теплообменная секция выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов труб, расположенных по высоте панели, составляет от 4 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы выполнены преимущественно биметаллическими, с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью преимущественно из алюминиевого сплава, причем аппарат смонтирован на опорной пространственной конструкции, которая 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, установленных на опорных площадках, подвешенных на жестких растяжках, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными, трехветвевыми, состоящими из вертикальной ветви и примыкающих к ее нижней части двух наклонных ветвей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а промежуточные - плоскими, V-образными.

16. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что каркас каждой теплообменной секции снабжен верхними и нижними балками, а отверстия во внешней доске выполнены сквозными и снабжены съемными заглушками, причем отверстия в трубных досках расположены рядами по высоте секции с шагом в осях в ряду, составляющим (0,95-1,35)·d и шагом в осях, смежных по высоте рядов, составляющим (0,91-1,21)·d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб, при этом отверстия в каждом ряду расположены со смещением относительно отверстий в смежных по высоте рядах на величину 0,4-0,6 шага в осях отверстий в ряду, число рядов труб в направлении вектора потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, составляет от 3 до 14, а в ряду число труб по ширине секции превышает в 4-9 раз число рядов труб, расположенных последовательно на пути упомянутого потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, при этом, по крайней мере, одна из камер входа или выхода газа оперта на стены каркаса подвижно с возможностью проскальзывания и компенсации разности температурных деформаций пучка труб и стен каркаса, при этом общее число отверстий в каждом четном ряду в досках, считая снизу, на одно больше, чем в каждом нечетном ряду, или общее число отверстий в каждом нечетном ряду в досках, считая снизу, на одно больше, чем в каждом четном ряду, или общее число отверстий в досках в каждом нечетном ряду - четное, а в каждом четном ряду - нечетное, или общее число отверстий в досках в каждом нечетном ряду - нечетное, а в каждом четном ряду - четное, пристенные вытеснители потока внешней охлаждающей среды выполнены протяженными и ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем в ряду размещено от 12 до 125 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы в пучке размещены преимущественно горизонтальными рядами, расположенными друг над другом со смещением труб в каждом ряду относительно труб в смежных по высоте пучка рядах, причем число рядов труб в пучке принято четным или нечетным, а, по крайней мере, часть труб пучка выполнены не менее чем двухслойными из материалов с различной теплопроводностью, предпочтительно внешний слой труб выполнен из материала с большей теплопроводностью, чем внутренний слой или внутренние слои, предпочтительно, по крайней мере, часть труб пучка выполнены биметаллическими, или внешние слои, по крайней мере, части труб и их оребрение выполнены из высокотеплопроводного металла или сплавов, преимущественно из алюминиевого сплава с коэффициентом теплопроводности не менее чем на 5% превышающим теплопроводность материала внутреннего слоя трубы, в качестве которого использована предпочтительно сталь, или внешний слой, по крайней мере, части труб и/или их оребрение выполнены из меди или медьсодержащих сплавов, или, по крайней мере, внешний слой, по крайней мере, части труб и/или их оребрение выполнены из стойкого к агрессивным факторам межтрубной среды материала, преимущественно из титана или титансодержащих сплавов, или, по крайней мере, внешняя поверхность труб и их оребрение покрыты высокотеплопроводным и стойким к агрессивным средам материалом, например слоем алюминия или меди, нанесенным анодированием, или напылением, или плакированием, при этом оребрение труб выполнено в виде спирали из навитой на трубы и прикрепленной к корпусу трубы металлической ленты или в виде ребер, образованных накаткой внешнего слоя трубы, внешний диаметр труб до основания ребер составляет от 15 до 45 мм, толщина стенки труб составляет от 0,9 до 3,5 мм, полная высота ребер труб составляет от 0,27d₁ до 0,85d₁, где d₁ - внешний диаметр тела трубы без оребрения, мм, при этом ребра труб выполнены толщиной по внешнему диаметру, составляющей от 0,3 до 2,5 мм, а в зоне сопряжения с внешней поверхностью трубы - от 0,5 до 3,5 мм, причем в этой зоне ребро сопряжено с трубой по кривой, радиус которой не меньше половины толщины ребра в зоне сопряжения, причем пучок труб зафиксирован наборными диафрагмами, каждая из которых включает расположенные между рядами труб аэродинамически непрозрачные дистанцирующие элементы, установленные преимущественно в одной плоскости с верхней и нижней балками каркаса, которые совместно с замыкающими их боковыми стенами каркаса и вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, образуют обойму, охватывающую пучок труб, а каждая оребренная труба пучка труб аппарата воздушного охлаждения газа содержит собственно тело трубы и наружное оребрение, создающие в поперечном охлаждающем потоке внешней теплообменной среды участки с различной аэродинамической прозрачностью в условной плоскости, нормальной к вектору упомянутого потока внешней теплообменной среды и проходящей через центральную продольную ось трубы: участок полной аэродинамической непрозрачности, соответствующий площади проекции на указанную плоскость единицы длины собственно тела трубы без учета оребрения, и участок неполной аэродинамической прозрачности, соответствующий суммарной площади проекций на указанную плоскость участков оребрения единицы длины оребренной трубы, ограниченных с каждой стороны условной прямой, проведенной по вершинам ребер, за вычетом из нее площади полной аэродинамической непрозрачности, создаваемой телом трубы без учета оребрения, при этом отношение площадей проекций на указанную плоскость участков разной аэродинамической прозрачности к их сумме составляет соответственно (0,30-0,80):1 и (0,21-0,79):1, причем средняя по радиусу оребрения удельная площадь аэродинамической непрозрачности на участках проекции оребрения на указанную плоскость на единицу длины трубы составляет 0,08-0,55.

17. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что оребренные трубы последовательно размещены в ряду с шагом в осях, составляющим 1,7-3,4 диаметра тела трубы без учета диаметра ребер, причем оребрение каждой трубы выполнено поперечным относительно центральной продольной оси трубы или расположенным под углом к упомянутой оси.

18. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что каждая трубная доска выполнена в виде пластины, имеющей форму параллелепипеда, преимущественно прямоугольного, с образующей трубную решетку системой сквозных отверстий под концы труб пучка, причем отверстия расположены рядами по высоте доски с шагом в осях в ряду, составляющим (1,7-3,5)d₂, шагом рядов по высоте доски, составляющим (1,6-3,4)d₂, где d₂ - диаметр отверстий и со смещением отверстий в смежных рядах на 0,35-0,65 величины шага в ряду, при этом площадь каркаса решетки в проекции на среднюю плоскость доски в 4-12,5 раз превышает суммарную площадь пустот решетки в проекции на ту же плоскость, минимальная толщина каркаса решетки трубной доски между отверстиями ряда не меньше, чем в 1,5 раза превышает диаметр отверстий, а по периметру трубной доски расположен участок сплошного сечения, образующий пояс жесткости трубной доски, площадь которого составляет 16,0-45,0% площади трубной доски, причем трубная доска выполнена с параметрами L, Н и δ, где L - длина трубной доски, принимаемая в интервале от 1,5 до 3,01 м, Н - высота трубной доски, принимаемая в интервале от 0,25 до 0,98 м, δ - толщина трубной доски, принимаемая в интервале от 0,015 до 0,075 м.

19. Аппарат по п.18, отличающийся тем, что камера входа или выхода газа выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, имеющего боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки и не менее двух, имеющих сквозные отверстия, силовых перегородок между боковыми стенками, причем сосуд, работающий под давлением, выполнен длиной, соответствующей ширине аппарата или секции аппарата, боковая стенка, обращенная к трубам, выполнена в виде трубной доски с образующими решетку, расположенными рядами по высоте отверстиями под концы труб пучка, а другая боковая стенка камеры входа или выхода газа выполнена в виде внешней доски с отверстиями, также образующими решетку, расположенными соосно отверстиям в трубной доске, а, по крайней мере, в одной из стенок образованы отверстия под патрубки для соединения камеры входа газа или камеры выхода газа соответственно с коллектором подвода газа или коллектором отвода газа, при этом отверстия под патрубки, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют трехступенчатую систему для сообщения секции аппарата воздушного охлаждения газа с газопроводом с количеством отверстий на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа, при этом первая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности, превышающей не менее чем на 5,9% суммарную пропускную способность не менее чем 2/3 труб, соединенных с трубной доской, при этом отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют трехступенчатую систему ввода газа в аппарат с количеством отверстий на ступенях, последовательно возрастающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N':N₁:N₂, где N' - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, составляющее от 2 до 4, N₁ - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N₂ - количество отверстий в трубной доске, причем N₂=а·в, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, в - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7d₂ до 3,5d₂, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6d₂ до 3,4d₂, где d₂ - диаметр отверстия в трубной доске, отверстия в трубной доске, отверстия в силовых перегородках и отверстия под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа образуют трехступенчатую систему отвода газа из аппарата с количеством отверстий на ступенях, последовательно убывающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N₂:N₁:N'', где N'' - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа, составляющее от 2 до 4, отверстия во внешней доске выполнены с проходным диаметром, превышающим диаметр отверстий в трубной доске не менее чем на 3,5%, причем заглушки выполнены предпочтительно резьбовыми, при этом камера выполнена высотой в свету, превышающей в 1,9-3,2 раза ширину в свету силовых перегородок и ширину в свету верхней и нижней стенок, при этом силовые перегородки между боковыми стенами камеры входа или выхода газа установлены в высотном диапазоне, составляющем ±1/4 высоты камеры входа или выхода газа, считая от средней горизонтальной плоскости по высоте камеры входа или выхода газа, преимущественно в пределах средней трети высоты камеры входа или выхода газа в свету, и выполнены с одинаковой пропускной способностью по ходу движения газа, или вторая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности не менее ¹/₂ пропускной способности первой по ходу движения газа силовой перегородки, а отверстия в трубной доске выполнены под трубы диаметром 12-36 мм и расположены рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40-60% их шага относительно отверстий в смежных рядах, предпочтительно в каждом ряду в трубной доске выполнено 38-45 отверстий, а количество рядов отверстий составляет 4-8, отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа образованы в нижней и/или верхней стенке камеры входа или выхода газа, предпочтительно отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа образованы в нижней стенке камеры входа или выхода газа и выполнены диаметром 120-156 мм.

20. Аппарат по п.12, отличающийся тем, что коллектор подвода или отвода газа выполнен в виде сосуда, работающего под давлением, включающего цилиндрический корпус с торцевыми участками двоякой кривизны, центральным патрубком для соединения с подающим или отводящим газопроводом и патрубками для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменных секций аппарата воздушного охлаждения газа, причем цилиндрический корпус выполнен из технологических секций, центральная из которых выполнена преимущественно в виде единого предпочтительно цельнотянутого элемента с центральным патрубком, а патрубки для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменных секции аппарата воздушного охлаждения газа преимущественно симметрично расположены по обе стороны от центральной технологической секции и число этих патрубков с каждой стороны составляет от 2 до 8, при этом суммарная площадь поперечного сечения в свету патрубков для соединения с камерой входа или выхода газа каждой теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа составляет 0,37-0,62 площади поперечного сечения в свету цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, при этом площадь поперечного сечения в свету центрального патрубка составляет 0,7-1,0 площади поперечного сечения в свету цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, а каждый патрубок для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа выполнен состоящим из цилиндрической части и примыкающего к ней фланца, преимущественно воротникового, при этом в зоне примыкания к цилиндрической части патрубка внутренний диаметр фланца совпадает с внутренним диаметром цилиндрической части патрубка, а наружный диаметр цилиндрической части патрубка составляет 0,27-0,59 от наружного диаметра цилиндрической части корпуса коллектора подвода или отвода газа, причем центральное отверстие воротникового фланца в зоне примыкания к стыкуемому с ним элементу камеры входа или выхода газа теплообменной секции выполнено с коническим расширением с углом наклона образующей к контактной плоскости фланца, составляющим (72-87)°, длина центральной технологической секции корпуса коллектора подвода или отвода газа составляет 0,45-0,74 от расстояния между осями ближайших к ней патрубков для соединения с камерами входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа, а наиболее удаленный от центральной технологической секции корпуса коллектора подвода или отвода газа патрубок для соединения с соответствующей камерой входа или выхода газа теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа расположен на расстоянии его оси от ближайшего к нему торца технологической секции, в которой он размещен, не меньшем диаметра цилиндрической части этого патрубка, при этом расстояние между осями крайних патрубков, предназначенных для соединения с камерой входа или выхода газа одной теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа не превышает 0,81 ширины теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа.

21. Аппарат по п.15, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена с отсеками, число которых составляет от четырех до восьми, причем в каждом отсеке в каждом узле соединения продольного и поперечного пояса установлен дополнительный диагональный элемент жесткости, прикрепленный концами к соединяемым поясам, а соответствующая жесткая растяжка прикреплена к диагональному элементу жесткости.

22. Аппарат по п.15, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена с отсеками не менее чем под шесть вентиляторов и при этом снабжена не менее чем одной промежуточной стойкой, расположенной под горизонтальной решетчатой конструкцией, по крайней мере, по одной ее внешней продольной стороне, причем расстояние между верхними концами каждой плоской промежуточной стойки и концами расположенных в той же продольной плоскости пары ветвей каждой пространственной стойки равно шагу отсеков под вентиляторы, а верхние концы наклонных ветвей двух угловых стоек, расположенных в торцевой плоскости пространственной опорной конструкции, объединены общим узлом в зоне пересечения торцевого поперечного и промежуточного продольного ригелей, при этом расстояние от вершин вертикальных ветвей каждой пространственной стойки до центра пересечения осей наклонных их ветвей друг с другом и с осями торцевого поперечного и промежуточного продольного поясов соответствует ширине теплообменной секции аппарата, а каждая промежуточная стойка образует с соответствующим участком продольного пояса опорной конструкции, треугольный диск, при этом расстояние l₁ между концами ветвей стойки соответствует расстоянию между смежными опорными площадками отсека под вентилятор, опирающегося на ветви стойки, и составляет l₁=L₁:К, где L₁ - длина секции аппарата, м; К - число отсеков под вентиляторы, расположенных по длине секции, а угловая стойка опорной конструкции аппарата воздушного охлаждения газа выполнена пространственной, трехветвевой и состоит из вертикальной ветви и примыкающих к ее нижней части двух наклонных ветвей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, причем угол α между наклонной и вертикальной ветвями опоры определен зависимостью

, где l_n - длина отсека под вентилятор по соответствующему продольному или поперечному поясу опорной конструкции аппарата, м; h - высота вертикальной ветви стойки опорной конструкции аппарата, м.

Images