Оглавление
Аппарат воздушного охлаждения – функциональная теплообменная установка. Работает по принципу естественного охлаждения рабочей массы с помощью потока атмосферного воздуха. Применяется для обработки жидкостей, газов, парожидкостных сред.
Устройства воздухоохлаждения отличаются надежностью, износостойкостью и практичностью. Они автономны, не требуют подпитки водой, химической подготовки, сложного технического обслуживания.
Аппараты экологичны и не загрязняют воздух и почву, подходят для разных регионов, обеспечивают безопасность труда персонала и эксплуатации оборудования. Установки разнообразны по размерам, типам, конструктивному исполнению, служат не менее 25 лет при грамотном проектировании и монтаже. Благодаря своим функциональным качествам, они широко применяются в разных областях:
- В нефтегазовой промышленности – для охлаждения углеводородов на месторождениях, реакторов, труб нефтяных производств, крекинговых и реформинговых установок, технологических линий.
- В энергетике – их задействуют при работе газопоршневых машин, для пароконденсации из газа в жидкость и повторного применения в энергопроцессе, для терморегуляции турбин и генераторов, систем вентиляции ТЭЦ.
- В пищевой промышленности – для поддержания терморежима в холодильных установках.
- В металлургии – для охлаждения печей, литейных машин, станков проката.
- В химическом производстве – для конденсации аммиачных и отвода хлористых паров, охлаждения трубопроводов, рекуперации тепла, охлаждения реакторов, при выпуске метанола, хлорорганических продуктов.
АВО востребованы, если технически невозможно или экономически нецелесообразно использовать другие охлаждающие аппараты, когда требуется максимально надежная и простая система для безопасного охлаждения.
Принцип работы
АВО снижают температуру технологических сред путем принудительного воздухообмена, что позволяет поддержать оптимальный терморежим и предупредить перегрев оборудования. Принцип работы аппарата воздушного охлаждения выглядит так:
Рабочие лопасти вентилятора нагнетают нагретую рабочую массу и направляют в межтрубное пространство теплообменника.
Технологический поток охлаждается за счет непрерывного обдува вентиляторами, прохода через теплообменные секции и оребренные трубы.
Охлажденная среда транспортируется из трубопроводной магистрали, в производственный цикл, воздух – направляется в окружающее пространство.
В зависимости от типа установки, масса может конденсироваться.
В данной схеме роль охладителей выполняют вентиляторы, создаваемые воздушные потоки, а также оребренные элементы теплообменника.
Для коррекции скорости потока вентилятора и интенсивности охлаждения дополнительно устанавливается частотный преобразователь. Регуляция может происходить в ручном режиме, а также с помощью электромеханического привода.
Устройство и конструкция АВО
В общую конструкцию аппаратов воздушного охлаждения включен корпус из стальных листов, секции теплообменника, трубы с оребрением, вентиляционная система, опоры и короб, рециркуляционное и дополнительное оборудование:
Теплообменник
– кожух с пучками труб, дополненными по всей поверхности поперечными ребрами. Предназначен для транспортировки рабочей среды, обеспечивает ее терморегуляцию. В теплообменниках бывают биметаллические трубы и в монометаллическом исполнении – с накатанным спиральным ребром. Как правило, их компонуют по вершинам равностороннего треугольника. Трубчатые секции могут располагаться горизонтально, вертикально, диагонально или зигзагообразным путем. Решетки труб дополняют крышками для перераспределения охлаждаемого потока.
Вентилятор
– используется один или несколько модулей с электродвигателями. В зависимости от типа теплообменного оборудования, вентиляторы бывают вытяжными, нагнетающими, имеют от четырех до восьми лопастей. Винты для защиты закрывают цилиндрическим коллектором, который через диффузор соединяется с теплообменными секциями, что позволяет скорректировать поток. Работу вентилятора обеспечивает привод – он бывает с валом электродвигателя, редукторным или с клиноременной передачей.
Опорные конструкции
– это продольные и поперечные балки из металла. Имеют косынки, усиленные ребра жесткости для повышенной устойчивости системы, монтируются на фундамент и фиксируются анкерами.
Рециркуляторы
Некоторые виды аппаратов воздушного охлаждения производят с системами рециркуляции воздуха для принудительной или естественной конвекции. Они состоят из переточных и рециркуляционных камер, жалюзийных решеток. Могут включать боковые, верхние и переточные жалюзи на ручной регулировке или с пневмоприводом. В систему также может входить подогреватель и увлажнитель воздуха. Чтобы исключить гидратообразование, плавно и точно регулировать температуру, жалюзи оснащаются поворотным механизмом.
Дополнительные элементы
В их числе подогреватели для повышения температуры воздуха, поступающего в теплообменники и исключения конденсации. Также используются увлажнители для снятия пиковых нагрузок в жаркий сезон, вибропреобразователи, чтобы «превратить» механические колебания в электрические.
- У аппарата воздушного охлаждения схема может отличаться, исходя из типа устройства, наличия дополнительного оборудования.
Типы и классификация аппаратов воздушного охлаждения
Существуют разные АВО. Они различаются с учетом назначения, особенностей исполнения, по способам конвекции, расположения секций и иным признакам.
В зависимости от типа циркуляции, бывают:
- С естественной конвекцией с помощью теплообменника. Подходят для систем, где рабочая среда подается с низкой скоростью.
- С принудительной циркуляцией. Аппараты оснащаются вентиляторами для нагнетания воздушной массы. Используются чаще, обладают высокой эффективностью. Бывают нагнетательными – с взаимным расположением теплообменника и вентиляторов, а также вытяжными.
По расположению теплообменных модулей есть следующие типы аппаратов воздушного охлаждения:
- Горизонтальные – наиболее распространенные модели с секциями, установленными по горизонтали.
- Вертикальные – используются на ограниченных пространствах за счет более компактных размеров.
- Зигзагообразные – оснащены Z-секциями, относительно компактны и практичны в использовании.
- V-образные – за счет расположения блоков отличаются более эффективной конвекцией воздуха.
Существуют малопоточные аппараты – односекционные модели, предназначены для минимальных объемов.
- В зависимости от назначения, различают охладители газа и жидкости, конденсаторы, маслоохладители.
АВО могут быть в стандартном исполнении – для обработки типовых технологических сред, а также в специальном – для работы с высоковязкими веществами, для высокого давления, для климатических зон с суровыми условиями.
Устройства производят с внутренней конвекцией и внешним коробом воздухообмена, без рециркуляции. Также существует классификация аппаратов воздушного охлаждения по особенностям камер теплообменников:
- С разъемными модулями. Рассчитаны на предельное давление до 6,2 МПа включительно.
- С цельносварными секциями не более 10 МПа.
- С камерами трубчатого типа, рассчитанными на давление свыше 10 МПа.
Применение АВО в нефтегазовой промышленности
Установки воздушного охлаждения востребованы в нефтегазовой промышленности – применяются в добывающих комплексах и разработках нефтяных месторождений, компрессорных станциях, на газоперерабатывающих заводах, НПЗ и других. АВО служат:
- Для охлаждения газа, бензина, дизельного топлива, мазута перед их хранением или промпереработкой.
- Для снижения температуры технической воды и газообразных сред, которые циркулируют в производственных системах нефтеперерабатывающей промышленности.
- Для термообработки паров углеводородов на нефтебазах, терминалах.
В некоторых случаях аппараты воздушного охлаждения нефтегазовой отрасли могут использоваться в дополнении к водяным теплообменникам.
Например, АВО применяют для гидроудаления конденсатов перед подачей нефтепродуктов, задействуют для охлаждения продувочных газов, которые пропускают через трубопроводную магистраль газопереработки для осушения и профилактики коррозии.
Основные технические характеристики
Аппараты оснащаются электродвигателями мощностью 0.55–100 кВт. Они функционируют в широком диапазоне температур рабочей среды – от -40 до +400 °С. Рассчитаны на эксплуатацию при давлении до 32 МПа.
Устройства комплектуются теплообменными секциями на 4, 6 или 8 рядов. Они дополняются трубами длиной в пределах 0.8-16 м с накаткой или навивкой, коэффициент оребрения которых находится в диапазоне 5.5-22.
Для обустройства конструкций применяют коррозионностойкие стали, углеродистые сплавы, отдельные элементы в некоторых аппаратах выпускают из латуни, меди.
Герметичность модулей теплообменника, работающих под давлением, находится на уровне не ниже 4 и 5 класса.
Конструкции подходят для регионов с сейсмичностью до 7 баллов и предельным напором ветра по IV географическому району. Возможно климатическое исполнение УХЛ 1 и У1.
Преимущества и ограничения АВО
Благодаря простой конструкции, эффективности, аппараты воздушного охлаждения обладают высоким коэффициентом полезного действия. В зависимости от типа оборудования, условий эксплуатации, показатель может достигать 70-85%. При этом установки автономны и не зависят от водоподачи. Также они обладают еще рядом достоинств:
- Надежность. При грамотном проектировании, точном расчете и применении качественных материалов АВО выдерживает интенсивное использование, система не подвержена разгерметизации, поломкам и сбоям.
- Безопасность. Аппараты воздушного охлаждения не создают угрозу для обслуживающего персонала даже при работе в терморежиме от -40С до 400 °С.
- Простота сервиса. Все элементы конструкции удобно расположены, находятся в зоне доступа для обслуживания. Очистка и ремонт оборудования выполняются в короткий срок.
- Экономичность. Обслуживание АВО связано с относительно невысокими затратами, что исключает дополнительные издержки предприятия.
- Стойкость к коррозии. Металл постоянно находится в циркулирующей среде, что снижает риск появления ржавчины как внутри магистралей, так и на наружных частях конструкции.
- Экологичность. Система обеспечивает чистоту охлаждаемых веществ за счет замкнутого контура, работает без применения опасных технологических компонентов, не выделяет вредных веществ при охлаждении носителя. Она неопасна для природы и человека.
- Универсальность. Устанавливать аппараты воздушного охлаждения АВО возможно в разных климатических зонах – как с критически низкими, так и высокими сезонными температурами. Они востребованы на предприятиях легкой промышленности, на химических, нефтяных и иных производствах.
Однако у конструкций есть и особенности:
- Оборудование зависит от температуры окружающего воздуха. При повышении показателей может снижаться эффективность теплообмена, чтобы этого избежать, вентиляторам требуется работать интенсивнее и нагнетать большие объемы воздуха.
- Если аппарат воздушного охлаждения имеет большое количество теплообменных блоков и вентиляционного оборудования, то и габариты у него соответствующие. В таком случае установку проблематично размещать на ограниченной территории объекта.
- При работе устройств воздушного охлаждения возникает определенный шумовой фон. Это аэродинамические звуки вращения вентиляторов. Также это может быть и механический шум от лопастей при их износе.
- Чтобы аппарат воздушного охлаждения газа был функциональным, его проектирование, установка и обслуживание должны проводиться профессионалами. Они правильно рассчитают нагрузку, учтут ограничения по площади, шуму и другие характеристики. И это позволит нивелировать минусы и усилить достоинства.
Расчет и подбор АВО
Проектирование установок регламентируется положениями внутрироссийских и международных стандартов, технологическими требованиями и нормативами. В их числе ГОСТ Р 51364-99, ГОСТ ISO 13706-2011 и другие.
При разработке проекта проводят:
- Тепловые расчеты, чтобы определить отводимое количество тепловой энергии при расчетных температурных значениях и проанализировать характеристики теплоносителя.
- Гидравлические расчеты, чтобы выявить сопротивление, возникающее на пути транспортировки энергоносителя.
- Аэродинамические расчеты для определения сопротивления, которое возникает при прохождении воздушного потока через секцию.
При разработке учитывают основные критерии:
- Теплообменную площадь.
- Скорость потока воздуха и его температуру.
- Давление воздуха и рабочей среды.
- Плотность, вязкость и другие физико-химические параметры охлаждаемой массы.
- Предельный показатель уровня охлаждения.
- Температуру теплообменных поверхностей.
- Теплопотери при работе АВО.
- Уровень шума установки при эксплуатации.
При расчете проектной температуры исходят из среднего термопоказателя – за основу берут среднее значение сухого воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца календарного года. Занижать показатель нельзя – это приводит к уменьшению производительности летом, завышать тоже – это увеличит необоснованные капитальные затраты.
При определении общего аэродинамического сопротивления внутреннего рабочего потока суммируют все потери на трение и местное сопротивление.
Также при проектировании эксперты рассчитывают размеры и нагрузку металлических опор, коллекторов, готовят эскизные чертежи и затем утверждают проект после согласования с заказчиком.
Эксплуатация и обслуживание
Аппараты воздушного охлаждения эксплуатируются при высоких нагрузках. Каждая установка рассчитывается под определенные региональные и производственные условия, что позволяет снизить негативное воздействие нагрузки, поддерживать эффективность работы и оптимальное энергопотребление. Например, для северных широт требуется усиленное климатическое исполнение, чтобы аппараты выдерживали постоянные минусовые температуры.
Однако даже при соответствии внешних условий расчетным мощностям, у моделей могут возникать типичные поломки:
- Разгерметизация системы при нарушении целостности трубопровода, повреждении сварных соединений, смещении элементов.
- Выход редуктора из строя из-за перегрузок вентилятора или неправильной регулировки зацепления конической пары.
- Засорение магистрали при работе с нечистыми средами.
- Деформация или поломка лопастей вентилятора из-за старения, неправильной настройки, влияния внешних факторов.
- Механические повреждения элементов от вибрационного воздействия.
- Коррозия вследствие постоянного присутствия влаги или транспортировки агрессивных сред.
Обратите внимание!
Многих поломок можно избежать, если АВО проектируют, рассчитывают, устанавливают и затем обслуживают опытные технические специалисты.
Чтобы поддержать необходимый уровень теплопроизводительности и исключить сбои, установки воздушного охлаждения жидкостей и газов регулярно обслуживают. Рекомендуемый сервисный регламент – один раз в месяц, однако периодичность может корректироваться с учетом особенностей производства, специфики рабочей среды.
Комплексное обслуживание включает ряд процедур:
Все элементы конструкции снаружи и внутри очищают от посторонних загрязнений, удаляют коррозию, промывают, просушивают.
Специалисты детально осматривают систему, чтобы определить ее состояние, выявить возможные дефекты. Особенно тщательно проверяют работоспособность вентиляторов, герметичность, состояние изоляции, заземления, крепежей, соединений.
Если в процессе обслуживания выявили недостатки, то их устраняют. А после ремонтных работ тестируют, производят пуско-наладку аппарата.
Важно!
При проверке АВО исходят из предельного допуска износа деталей. Если комплектующие изношены выше предельных норм, то решается вопрос – возможно ли ремонтировать или требуется полная замена по регламенту
Состояние конструкций проверяют не только визуально, но и инструментально – при обслуживании оборудования задействуют ультразвуковые методы или рентген. К примеру, коррозию, трещины, сорванную резьбу можно визуализировать без дополнительного оснащения. А внутренние дефекты выявляют только инструментальными способами неразрушающего контроля.
Очистка проводится механическим, химическим, термическим путем, с помощью абразивов, в зависимости от состояния аппаратов.
- Профилактическое обслуживание позволяет на ранней стадии выявить дефекты, устранить их, стабилизировать функционал АВО и повысить производительность теплообменного оборудования. Это помогает избежать серьезных поломок и финансовых затрат.
Заключение
Аппарат воздушного охлаждения – функционален, надежен, подходит для разных рабочих сред, применяется в широких областях промышленности, нефтегазовом, химическом и других производствах. Принцип работы установки основан на использовании атмосферного воздуха, что делает охлаждение надежным и эффективным.
Существуют разные типы АВО, каждая модель обладает собственной спецификой. Но все они экологичны, безопасны, экономически оправданы и нетребовательны при эксплуатации. Однако, чтобы аппарат воздушного охлаждения был производительным, действовал без сбоев, поручите работу опытному изготовителю. Заказывайте оборудование у компании с собственным конструкторским бюро и профильными инженерами, практическим опытом реализации сложных и индивидуальных проектов, гарантией не менее, чем на год.
Например, покупатели доверяют производителю NCT – он выпускает оснащение на собственных линиях по стандартам системы качества ISO 9000, применяет современные испытательные программы, чтобы гарантировать надежность и долговечность.
