что такое аво газа
Конструкции аппаратов воздушного охлаждения
Описание и назначение АВО
АВО (воздушные холодильники) применяют для осуществления необходимых тепловых процессов, таких как:
По принципу действия АВО относят к поверхностным аппаратам, а по способу передачи теплоты к рекуперативным.
Использование аппаратов воздушного охлаждения в технологических процессах нефтеперерабатывающих заводов широко распространено.
АВО можно отнести к аппаратам поверхностного типа, где в качестве хладагента используют атмосферный воздух. Данные аппараты рассчитаны на работу в широком диапазоне рабочих давлений. Давление аппарата определяет охлаждаемая среда и ее температура.
Типы аппаратов
По конструкции различают следующие типы аппаратов:
Особенности конструкций АВО
АВО состоит из следующих основных частей:
Секции АВО представляют собой пучок из оребренных труб, собранных в трубной решетке и закреплённые методом развальцовки с- или без- обварки. Трубная решетка соединяется с коллектором, к которому в свою очередь подводят трубопроводы, падающие или отводящие охлаждаемую среду.
Секции АВО состоят из труб с оребрением, которое выполняется методом накатки или навивки. На российских НПЗ чаще используют накатные ребра, получаемые выдавливанием ребер из алюминиевой трубы надетой на стальную. Такие трубы имеют увеличенный коэффициент теплопередачи по сравнению с гладкими, что позволяет компенсировать низкую теплоотдачу воздуха.
Система подачи воздуха включает в себя:
Секции аппарата устанавливают на опорные металлоконструкции, система подачи воздуха крепится снизу.
По требованию заказчика для ремонта аппарата могут быть допоставлены отдельные части:
Дополнительно аппарат может быть оснащен:
Принцип действия
Воздух нагнетается лопастями рабочего колеса вентилятора в межтрубное пространство. Лопасти рабочего колеса вентилятора находятся в цилиндрическом коллекторе, который предназначен для направления потока воздуха.
Коллектор соединяется с теплообменной секцией с помощью диффузора. Диффузор представляет собой перевернутую четырехугольную пирамиду и способствует выравниванию скоростей потока воздуха перед входом в секцию.
Диффузор коллектора вентилятора крепится к раме. К этой же раме крепятся теплообменные секции. Вентилятор с двигателем находится на специальной раме.
Воздух, проходя сквозь секцию, нагревается, а продукт в трубах охлаждается или конденсируется.
Для изменения расхода воздуха на секции АВО на вентиляторе устанавливается регулятор скорости вращения лопастей или частотный преобразователь.
Дополнительно регулировать объем подаваемого воздуха можно при помощи изменения угла поворота лопастей вентилятора или установкой специальных устройств – жалюзей. Расположены они сразу после теплообменных секций и регулируется либо вручную либо при помощи электромеханического привода.
Конструкции АВО и количество секций теплообмена могут быть различными но принцип действия всегда остается одним и тем же.
Видео работы аппарата воздушного охлаждения на НПЗ
Аппараты воздушного охлаждения (АВО)
Аппараты воздушного охлаждения (АВО) – специальные теплообменные установки, используются в местах, где применение других систем охлаждения невозможно технически, либо нецелесообразно с экономической точки зрения. Это могут быть расположенные вдали от источников воды крупные предприятия, нуждающиеся в охлаждении паров, газов и технологических жидкостей.
Виды АВО:
Очевидные преимущества АВО:
Устройство аппаратов воздушного охлаждения
АВО состоит из установленных на общей раме теплообменных секций, прокачивающих потоки воздуха через теплообменник вентиляторов, электромоторов.
Вентиляторы установлены в специальных диффузорах. Диффузор предназначен для направления воздушного потока и повышения его эффективности, он представляет собой обечайку цилиндрической формы, внутри которой расположен вентилятор.
Теплообменная состоит из трубок, по которым протекает охлаждающая среда, и коллекторов с подключенными к ним подающим и отводящим трубопроводами. Коллекторы распределяют охлаждающую среду равномерно по трубкам теплообменника.
Для увеличения площади поверхностей, через которые происходит передача тепла, применяются трубки с внешним оребрением. Трубки и ребра соединяются методом дорнования – это обеспечивает надежный контакт и эффективную передачу тепла. Тепло передается от жидкости к трубкам и далее к ребрам, а затем к воздуху, отводящему тепло от теплообменника в окружающую среду.
Типы аппаратов воздушного охлаждения.
АВО подразделяются на следующие типы:
АВО горизонтального типа
Основные параметры АВО
При выборе и проектировании АВО основными параметрами являются:
Значимые параметры при выборе АВО:
Параметры указываются в конструкторской документации и паспорте на изделие.
Исполнение АВО по способу прокачивания воздуха через теплообменник
Аппараты воздушного охлаждения исполняются двумя способами – аппараты с естественной конвекцией воздуха через теплообменник и аппараты с принудительной циркуляцией воздуха, осуществляемой с помощью вентиляторов.
АВО с принудительной циркуляцией применяются чаще, их эффективность намного выше.
Теплообменники с естественной конвекцией применяются в случаях, где технологические процессы требуют обеспечения небольших скоростей воздуха, например в некоторых типах холодильных камер.
АВО с принудительной циркуляцией имеют два принципиальных конструктивных исполнения:
Вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник:
При горизонтальном исполнении обеспечивается легкий доступ к вентилятору и электромотору для техобслуживания, также исключается влияние нагретого воздуха на эти элементы.
Взаимное расположение вентиляторов и теплообменника обеспечивает нагнетание воздушных масс на теплообменную секцию. При этом достигается высокая турбулентность воздушного потока на входе в теплообменник и как следствие более эффективная теплопередача.
Из-за небольшой скорости воздушных масс повышается вероятность рециркуляции теплого воздуха на выходе, и производительность аппарата снижается.
Для достижения производительности требуется применение более мощных вентиляторов или увеличение теплообменных поверхностей.
Проблема горизонтального исполнения АВО – незащищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов – снег, град и т. п. Это ограничивает его применение в некоторых климатических зонах.
Вентиляторы протягивают воздух через теплообменник:
Расположение вентиляторов обеспечивает протягивание воздуха через теплообменную секцию, что обеспечивает высокие скорости воздуха на выходе и исключает вероятность рециркуляции нагретых воздушных масс. У таких аппаратов достигается хорошая защищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов, т. к. теплообменник расположен под кожухами и вентиляторами.
Протягивание воздуха вентилятором через теплообменник энергозатратно, но это компенсируется благодаря более равномерному распределению воздушного потока по площади теплообменника.
Материалы для производства АВО
Ключевыми факторами для выбора материала труб является тип и давление окружающей среды. Такими материалами являются медь, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, титан, медно-никелевый сплав.
Ребра изготавливают из меди, алюминия и углеродистой стали, покрытой методом горячего цинкования.
АВО, установленные в зонах воздействия агрессивных сред (морской климат, промышленные зоны), нуждаются в дополнительной защите поверхностей. Для этого применяются различные покрытия ребер или теплообменных секций в целом. Высокие давления охлаждаемых сред требуют повышенного внимания к качеству соединений труб. Для соединения стальных труб применяется высокоточная сварка, медные трубы соединяются методом пайки.
Трубы теплообменника с внешним оребрением
Расчет АВО
Методика расчета АВО аналогична расчету кожухотрубных теплообменных аппаратов. Конфигурация теплообменного блока выбирается на основе коэффициента теплопередачи с учетом значений основных параметров. Затем выполняются корректирующие тепловые и гидравлические расчеты, в результате которых предварительная конфигурация блока обретает необходимый вид. Важным предварительным шагом в расчете аппарата воздушного охлаждения является выбор температуры воздуха на выходе. Этот параметр оказывает существенное влияние на стоимость АВО. Повышение температуры воздуха на выходе из аппарата с воздушным охлаждением уменьшает количество необходимого воздуха, что снижает мощность вентилятора и, следовательно, эксплуатационные расходы.
Аппараты воздушного охлаждения: назначение, особенности, устройство
Аппараты воздушного охлаждения или сокращённо АВО уже далеко не первое десятилетие применяются в современной тяжёлой промышленности, специализирующейся в области добычи и переработки нефтегазового сырья. Максимальное давление рабочей среды должно составлять не более 16 МПа, а температурный режим не должен превышать 400 градусов по Цельсию. Стоит отметить, что реально такие показатели в указанных выше сферах индустрии практически не встречаются. Данный факт указывает на весьма высокие эксплуатационные характеристики оборудования, ввиду чего оно очень востребовано как в Российской Федерации, так и за рубежом. НПО «Спецнефтехиммаш» занимается разработкой, проектированием и непосредственно производством аппаратов воздушного охлаждения различных типов и модификаций, созданных для конкретных условий использования устройств в нужной рабочей среде.
Конструкция АВО
Сложное технологическое строение приборов требует обязательного предварительного расчёта мощностей АВО для его дальнейшей правильной эксплуатации. В соответствии с государственными стандартами РФ и общепринятыми схемами строения, механизм аппарата воздушного охлаждения содержит в конструкции следующие части:
АВО предусматривает функцию рециркуляции воздуха. В основном это делается с целью минимизации риска переохлаждения продукта в холодное время года. По данному признаку устройства подразделяются на следующие типы:
Расчёт АВО
Для того, чтобы всё оборудование функционировало правильно, необходимо провести точный расчёт аппаратов воздушного охлаждения. Основными сложностями этой задачи являются комплексные инженерные вычисления, которые под силу провести только опытным и квалифицированным специалистам. Среди объектов измерения главным образом будет фигурировать мощность, корректность настройки, а также установки устройства. Посредством применения множества формул и точных алгоритмов осуществляется безошибочный расчёт АВО. Только после завершения данных действий возможно запускать оборудование без вероятности возникновения аварийных ситуаций на целевом производстве. Важно добавить, что необходимо учитывать рабочую мощность приборов — при неправильной настройке или эксплуатации они просто не будут обеспечивать терморегулирующую функцию, ввиду чего может возникнуть ряд крайне неприятных обстоятельств.
Аппараты воздушного охлаждения – устройство, принцип работы, особенности выбора и расчета
Аппараты воздушного охлаждения в основном используются там, где применение других систем охлаждения технически не возможно или не целесообразно с экономической точки зрения. Крупные производственные предприятия различных отраслей промышленности, расположенные вдали от природных источников воды, нуждаются в охлаждении технологических жидкостей, паров и газов. Для этих целей применяются специальные теплообменные установки – аппараты воздушного охлаждения (АВО). В зависимости от назначения АВО подразделяются на конденсаторы, охладители газа, охладители жидкости, маслоохладители.
Как правило, стоимость аппаратов воздушного охлаждения выше, чем у теплообменников, которые охлаждаются водой. Однако при охлаждении воздухом отсутствуют проблемы с коррозией и загрязнением, связанные с применением охлаждающей воды, а также отсутствует вероятность смешивания воды с охлаждаемой технологической жидкостью. Таким образом, затраты на техническое обслуживание аппаратов воздушного охлаждения ниже.
Очевидными преимуществами аппаратов воздушного охлаждения являются:
– Сохранение чистоты охлаждаемых сред благодаря замкнутым контурам;
– Возможность установки практически в любых климатических и природных зонах;
– Относительно невысокие эксплуатационные затраты;
– Экологичность (практически отсутствует воздействие на окружающую среду);
Устройство аппаратов воздушного охлаждения (АВО)
Аппарат воздушного охлаждения состоит из одной или нескольких теплообменных секций, установленных на общей раме, вентиляторов, которые прокачивают потоки воздуха через теплообменник и приводов вентиляторов (электромоторов). Вентиляторы устанавливаются в специальных диффузорах, которые предназначены для повышения эффективности и направления воздушного потока. Диффузор вентилятора представляет собой обечайку цилиндрической формы, внутри которой размещен сам вентилятор. Теплообменная секция состоит из трубок, через которые протекает охлаждаемая среда, и коллекторов, к которым подключаются подающий и отводящий трубопроводы и которые распределяют охлаждаемую среду равномерно по трубкам теплообменника. Для увеличения площади поверхностей, через которые происходит передача тепла, часто применяют трубки с внешним оребрением или на трубки насаживаются специальные пластины, которые называются ребрами или ламелями. Соединение трубок и ребер производится методом дорнования, что обеспечивает надежный контакт и эффективную теплопередачу. Технологическая среда, которую требуется охладить, поступает в трубки теплообменника. Тепло передается от жидкости к трубкам, а от трубок к ребрам и далее к воздуху, который отводит тепло от теплообменника в окружающую среду.
Типы аппаратов воздушного охлаждения (АВО)
Аппараты воздушного охлаждения в зависимости от расположения теплообменной секции подразделяются на следующие типы:
– горизонтальные
– вертикальные
– V-образные
– зигзагообразные
Аппарат воздушного охлаждения горизонтального типа
Основные параметры аппаратов воздушного охлаждения
Основными параметрами при выборе и проектировании АВО являются:
– производительность
– расчетное давление
– расчетная температура
– материал труб теплообменника (зависит от теплоносителя)
Также при выборе АВО значение имеют такие параметры как:
– объем внутреннего контура (объем заправки)
– площадь поверхности теплопередачи
– диаметр и тип подключений теплоносителя
– массогабаритные характеристики
Все параметры указываются в конструкторской документации и паспорте на изделие.
Исполнение АВО по способу прокачивания воздуха через теплообменник
Существует два исполнения аппаратов воздушного охлаждения – аппараты с естественной конвекцией воздуха через теплообменник и аппараты с принудительной циркуляцией воздуха, которая осуществляется с помощью вентиляторов. Аппараты воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха применяются значительно чаще, т.к. их эффективность намного выше. Теплообменники с естественной конвекцией применяются в специальных случаях, где технологические процессы требуют обеспечения небольших скоростей воздуха, например в некоторых типах холодильных камер.
Аппараты воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха имеют два принципиальных конструктивных исполнения:
1. Вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник
Взаимное расположение теплообменника и вентиляторов обеспечивает нагнетание воздушных масс на теплообменную секцию. При этом достигается высокая турбулентность воздушного потока на входе в теплообменник и как следствие более эффективная теплопередача. При горизонтальном исполнении обеспечивается легкий доступ к электромотору и вентилятору для проведения технического обслуживания, а также исключается влияние нагретого воздуха на данные элементы.
Однако из-за относительно небольшой скорости воздушных масс на выходе повышается вероятность рециркуляции теплого воздуха, из-за которой производительность аппарата снижается. Таким образом для достижения необходимой производительности требуется применение более мощных вентиляторов или увеличение теплообменных поверхностей. Также важной проблемой горизонтального исполнения является незащищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов (снег, град), что ограничивает его применение в некоторых климатических зонах.
2. Вентиляторы протягивают воздух через теплообменник
Расположение вентиляторов обеспечивает протягивание воздуха через теплообменную секцию, что обеспечивает высокие скорости воздуха на выходе и исключает вероятность рециркуляции нагретых воздушных масс. У аппаратов с горизонтальным исполнением достигается хорошая защищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов, т.к. теплообменник расположен под кожухом и вентиляторами.
При протягивании вентилятором воздуха через теплообменник требуется больше энергии, чем при нагнетании на теплообменник, т.к. объемный расход нагретого воздуха выше. Однако данный недостаток компенсируется благодаря более равномерному распределению воздушного потока по площади теплообменника.
Материалы для производства аппаратов воздушного охлаждения (АВО)
Тип охлаждаемой среды и её давление являются ключевыми факторами для выбора материала труб аппарата воздушного охлаждения. Для изготовления труб применяются такие материалы как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, медь, медно-никелевый сплав, титан. Ребра изготавливаются из алюминия, меди и углеродистой стали, покрытой методом горячего цинкования. Аппараты воздушного охлаждения, которые устанавливаются в зонах, где имеется воздействие агрессивных сред (морской и влажный климат, промышленные зоны), нуждаются в дополнительной защите поверхностей. Для этого применяются различные покрытия ребер (ламелей) или теплообменных секций в целом. Высокие давления охлаждаемых сред требуют повышенного внимания к качеству трубных соединений. Для соединения стальных труб применяется высокоточная сварка, медные трубы соединяются методом пайки.
Труба теплообменника с внешним оребрением
Расчет аппаратов воздушного охлаждения (АВО)
В целом методика расчета аппарата воздушного охлаждения аналогична расчету кожухотрубных теплообменников. Предварительная конфигурация теплообменного блока выбирается на основе общего коэффициента теплопередачи с учетом значений основных параметров, которые приведены ниже. Далее выполняются корректирующие тепловые и гидравлические расчеты, в результате которых предварительная конфигурация блока обретает необходимый вид. Важным предварительным шагом в расчете аппарата воздушного охлаждения является выбор температуры воздуха на выходе. Этот параметр оказывает существенное влияние на стоимость АВО. Повышение температуры воздуха на выходе из аппарата с воздушным охлаждением уменьшает количество необходимого воздуха, что снижает мощность вентилятора и, следовательно, эксплуатационные расходы. Однако, это также уменьшает коэффициент теплопередачи со стороны воздуха, что приводит к увеличению теплообменника, а следовательно и капитальных вложений.
Выбор диаметра и материала труб теплообменника должен осуществляться на основе свойств и температуры охлаждаемой жидкости с учетом антикоррозионных свойств материалов.
Распределение воздушного потока
Чтобы получить равномерное распределение потока воздуха по всей площади теплообменника, площадь вентилятора должна составлять не менее 40% от площади теплообменной секции. Отношение длины секции к ширине должно быть в пределах 3-3,5. Кроме того желательно иметь не менее четырех трубок в глубину для эффективного использования площади теплообменника. Максимальное количество трубок зависит от статического сопротивления, при котором может работать вентилятор. Обычно эти данные указаны в паспорте вентилятора.
Температура окружающей среды
Расчет аппарата воздушного охлаждения должен быть произведен при температуре воздуха в условиях летнего периода. Однако, использование для расчетов самой высокой температуры воздуха приводит к увеличению размеров теплообменного блока, что сильно увеличивает стоимость аппарата. Обычно на практике принимают значения температуры, которые преобладают в данном регионе в течение 90-95% летнего времени.
Температура воздуха на выходе
При расчетах температура воздуха на выходе из аппарата должна ограничиваться примерно 100°С для того, чтобы предотвратить повреждение лопастей вентилятора и подшипников. Тем не менее, эти части могут быть подвержены воздействию высоких температур в случае неисправности вентилятора.
Скорость воздушного потока
Скорость воздушного потока обычно составляет 3-6 м/с. Значения в этом диапазоне, как правило, обеспечивают разумный баланс между теплопередачей с воздушной стороны и падением давления.
Стандарты проектирования
Большинство аппаратов воздушного охлаждения для промышленного применения производятся в соответствии с ГОСТ Р 51364-99 «Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические условия». В стандарте нормирует основные параметры и размеры АВО, требования к безопасности, правила приемки и методы контроля, а также содержит указания по эксплуатации и проектированию.
Аппараты воздушного охлаждения
1.1 Назначение аппаратов воздушного охлаждения.
Аппараты воздушного охлаждения (АВО) в силу своей универсальности и экономичности имеют достаточно широкую область применения. Они работают в установках синтеза аммиака, крекинга и реформинга углеводородов, в производстве метанола, хлорорганических продуктов, в производстве метанола и многих других. В данном случае рассматривается аппарат, используемый для охлаждения газа после его компримирования.
1.2 Классификация АВО.
Аппараты воздушного охлаждения 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 обозначать следующим образом:
2. Общее устройство АВО.
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.
Для подачи охлаждающего воздуха применяют осевые вентиляторы пропеллерного типа с диаметром колеса от 0,8 до 7 м производительностью до 1,5 млн. м 3 /час.
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.
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.