Аппараты воздушного охлаждения (АВО) – это теплообменное оборудование, в котором охлаждение технологических сред (нефтепродуктов, газа, воды, конденсата) осуществляется за счет обдува воздухом оребренных трубных секций. Применяются как альтернатива водоохлаждаемым теплообменникам в условиях дефицита воды или требований к экологической безопасности.
Классификация аппаратов охлаждения АВО
Аппараты воздушного охлаждения АВО широко используются в составе компрессорных станций магистральных газопроводов для охлаждения газа после компримирования, а также в нефте- и газоперерабатывающей промышленности. Опыт эксплуатации АВО подтверждает высокую эффективность и надежность работы таких аппаратов. Коэффициенты теплопередачи аппаратов составляют 235-582 Вт/(м2К)
Стандартные аппараты воздушного охлаждения в зависимости от конструкции и назначения принято разделять следующим образом:
| Тип | Особенности и применение |
| Горизонтальные | Вентиляторы расположены под трубными пучками. Наиболее распространенный тип для охлаждения жидкостей и конденсата |
| Вертикальные (АВЗ) | Трубные пучки расположены вертикально. Часто применяются для охлаждения газов и в условиях ограниченной площади |
| Наклонные (V-образные) | Комбинация преимуществ горизонтальных и вертикальных конструкций. Высокая компактность |
| С принудительной тягой | Вентилятор нагнетает воздух на пучки. Защита от рециркуляции горячего воздуха |
| С вытяжной тягой | Вентилятор отсасывает воздух от пучков. Более равномерное распределение воздушного потока |
Общее устройство аппаратов воздушного охлаждения
АВО являются основным устройством, применяемым при охлаждении больших потоков газов. Транспортируемый газ охлаждают на КС с целью повышения эффективности и надежности магистральных газопроводов.
При охлаждении газа:
- — увеличивается производительность трубопровода
- — требуется меньшая мощность ГПА
- — снижается температура трубопровода и, следовательно, уменьшается скорость коррозии металла труб
- — повышается срок службы изоляционных покрытий трубопровода
АВО состоит из ряда трубчатых секций, расположенных горизонтально, вертикально, наклонно в виде шатра или зигзагообразно (рис. 1). По трубам секций пропускают охлаждаемый газ. С торцов аппарат закрыт металлическими стенками. Охлаждающий воздух засасывается и продувается через трубчатые секции. Для повышения эффективности аппарата при сравнительно высокой температуре окружающего воздуха на выходе воздуха из вентилятора предусмотрен кольцевой коллектор для увлажнения воздуха с целью снижения его температуры.
Рис. 1. Аппараты воздушного охлаждения:
а, б — горизонтальные соответственно с нижним и верхним размещением вентилятора; в — шатровый; г — вертикальный; д— зигзагообразный; е — на верху ректификационной колонны; ж — трехконтурный; 1 — секция трубчатая; 2 — колесо вентилятора; 3 — диффузор; 4 — электродвигатель; 5 — колонна; 6 — решетка ограждающая; 7—коллектор впрыска химически очищенной воды; 8 — жалюзи; 9 — механизм регулирования угла поворота лопастей; 10 — клиноременная передача
Секция АВО состоит из 4, 6 или 8 рядов труб, которые расположены по вершинам равносторонних треугольников (рис. 2). В АВО применяют трубы длиной от 1,5 до 12 м с внутренним диаметром 21 или 22 мм.
Рис. 2. Секция аппарата воздушного охлаждения:
а — общий вид; б—узлы крепления труб; в — элемент поперечного сечения пучка труб; 1 — решетка; 2 — крышка; 3 — дистанционная прокладка
Через пакет трубопроводов нагнетается или прокачивается воздух вентилятором с относительно низкой частотой вращения вала 160 – 500 об/мин. Поток воздуха может либо нагнетаться в пакет труб, либо вытягиваться из него.
Преимущество нагнетания воздуха заключается в том, что вентилятор и привод находятся в холодном воздухе, что повышает эффективность вентилятора, упрощает крепление вентилятора и привода и облегчает обслуживание. Однако воздушный поток через трубный пучок очень неоднородный и низкая скорость нагретого воздуха при естественной конвекции может стать причиной рециркуляции горячего воздуха и снижения разности температур. Откачивание воздуха обеспечивает высокие скорости и настолько снижает влияние естественной конвекции, что рециркуляция становится маловероятной. Для защиты пакета труб от механических повреждений и дождя или града применяются жалюзи.
Стандартные АВО горизонтального типа имеют три секции и вентиляторы с колесами диаметром 2,8 м. При длине труб 4 м устанавливают 1 вентилятор, при длине 8 м – 2, и при 12 м – 3. При зигзагообразном расположении секций возможно размещение в пределах заданной площади большего числа секций и большей поверхности, чем при их горизонтальном расположении. Например, применяют аппараты с шестью зигзагообразно расположенными секциями из труб длиной 6 м и одним вентилятором.
Для подачи охлаждающего воздуха применяют осевые вентиляторы пропеллерного типа с диаметром колеса от 0,8 до 7 м производительностью до 1,5 млн. м3/час.
Интенсификация процесса теплообмена осуществляется за счет увеличения поверхности теплообмена путем оребрения труб. Оребрение бывает поперечным и продольным. Более эффективным является поперечное оребрение.
Коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя внутри трубы в 10 ÷ 200 раз больше коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха на внешней стороне трубы, поэтому площадь внешней поверхности теплообмена в 15 ÷ 25 раз больше площади внутренней поверхности трубы. Отношение площади внешней поверхности теплообмена к наружной площади трубы называется коэффициентом оребрения.
