Аппараты воздушного охлаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 66.013

Иркутский государственный технический университет,

Аппараты воздушного охлаждения

А.В. Копарчук

Е.М. Астафьева

В последние десятилетия аппараты воздушного охлаждения нашли широкое применение в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической отраслях промыш-ленности, теплоэнергетике, электроэнергетике, металлургии.

Особенно широко распространены АВО в газовой промышленности: так, на установках подготовки и транспорта газа эксплуатируются свыше шести тысяч АВО газа различных типов.

АВО относятся к поверхностным рекуперативным теплообменникам и предназначены для охлаждения и конденсации паро-, газообразных и жидких сред (общий вид АВО представлен на рисунке).

Широкое распространение АВО в промышленности обусловлено рядом причин, основной из которых является использование в качестве охлаждающей среды самого доступного, дешевого и экологически чистого хладагента - воздуха. воздушный охлаждение энергетический вентилятор

АВО имеют ряд преимуществ по сравнению с водяными конденсаторами и холодильниками:

- простота конструкции;

- простота обслуживания;

- снижение эксплуатационных затрат;

- сокращение на 60-70 % потребления воды на технические нужды;

- возможность размещения установок в местах, удаленных от источников водоснабжения;

- исключение затрат на охлаждение, очистку, рециркуляцию оборотной воды;

- снижение трудоемкости и стоимости очистных, ремонтных работ, диагностирования;

- отсутствие коррозии (практически не загрязняются наружные поверхности труб);

- снижение количества загрязненных стоков.

Несмотря на все вышеперечисленные преимущества, АВО имеет ряд недостатков, основным из которых является высокое энергопотребление.

В последнее время, в связи с удорожанием энергоресурсов, вопрос повышения энергетической эффективности АВО (снижения энергопотребления) является особо актуальным.

Одним из направлений повышения энергетической эффективности АВО является совершенствование конструкции вентиляторного блока АВО газа.

Экспериментальными данными [2, 3] установлено, что для модернизации конструкции вентиляторного блока необходимо применять:

1. Аэродинамически совершенные рабочие колеса вентилятора, при этом рабочее колесо вентилятора должно быть расположено на значительном удалении от трубного пучка, чтобы неоднородный воздушный поток успел выровняться.

2. Воздушный тракт (коллектор, диффузор) с плавными контурами:

- коллектор плавного входа, для исключения возможности «срыва» воздушного потока с острых краев горловины диффузора, что фактически уменьшает ее диаметр;

- диффузор с небольшим углом раскрытия (до 12°) для обеспечения безотрывного обтекания, и максимально возможным диаметром горловины.

Кроме того, в [2] была отмечена целесообразность снижения массы электродвигателей путем уменьшения их мощности и увеличения их числа.

Увеличение количества вентиляторов в многовентиляторных АВО обеспечит более равномерный обдув теплообменной поверхности и более высокую точность в достижении требуемого температурного уровня.

Еще одним способом повышения энергетической эффективности АВО является внедрение преобразователей частоты (ПЧ), регулирующих скорость вращения рабочих колес вентилятора АВО, вместо дискретного способа регулирования (ДР) температуры охлаждаемого продукта. ДР («включение-выключение» вентиляторов в сочетании с сезонным регулированием угла атаки лопастей вентилятора), применяемый в настоящее время на большинстве АВО, не позволяет добиться необходимой точности поддержания заданной температуры.

Сезонное регулирование угла атаки лопастей, необходимое для снижения энергопотребления в зимний период и обеспечения максимальной охлаждающей способности в летний, является тру-доемким и травмоопасным процессом.

К недостаткам применения ДР так же относится неравномерность обдува теплообменной поверхности, поскольку в многовентиляторных АВО одновременно работает, как правило, часть вентиляторов, а учитывая, что вентиляторы работают на номинальной частоте с максимальной охлаждающей способностью, то некоторые секции переохлаждаются, а некоторые совсем не задействованы. Также наблюдается эффект рециркуляции нагретого воздуха через «неработающие» вентиляторы, что снижает тепловую эффективность АВО и отрицательно влияет на пуск двигателя в противофазе, поскольку при определенной плотности рециркулирующего потока воздуха «неработающие» вентиляторы начинают вращаться в обратную сторону. ПЧ позволяет регулировать частоту вращения вентилятора в автоматическом режиме по сигналу от термодатчика, установленного в выходном коллекторе АВО.

Применение ПЧ обеспечит поддержание заданной температуры в пределах ± 0,5 оС (независимо от температуры охлаждаемого воздуха), существенно снизит энергозатраты в холодное время года и обеспечит максимальную охлаждающую способность в летний период времени.

К достоинствам системы частотного регулирования скорости вращения вентилятора относятся:

- плавный пуск и разгон вентиляторов без пусковых забросов по току, что снижает нагрузку на электродвигатель и увеличивает срок его службы;

- исключение операций по сезонной переустановке угла атаки рабочих колес вентиляторов;

- дополнительная защита двигателей и электрических сетей за счет использования встроенной в преобразователи частоты системы диагностики;

- отсутствие эффекта рециркуляции охлаждающего воздуха.

При этом наблюдаются некоторые негативные явления для двигателей АВО и для остальных потребителей электроэнергии, привносимые ПЧ в систему электроснабжения, а именно: появление гармоник напряжения и тока высших порядков; снижение охлаждающего эффекта самовентиляции двигателей; ухудшение электромагнитной обстановки (которые компенсируются применением фильтров для снижения радиопомех); установка дросселей на входе и выходе ПЧ; экранирование соединительных кабелей. В дальнейшем проблема электромагнитной совместимости ПЧ с другими элект-роприемниками может быть решена применением активных фильтров - компенсаторов высших гармоник.

Внедрение в производство ПЧ, широко применяемых в последние годы на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов, до недавнего времени сдерживалось высокой ценой преобразователей и относительно низкими тарифами на электроэнергию.

Впервые регулирование режимов работы АВО (2АВГ-75С) с помощью ПЧ введено в 2006 г. на компрессорной станций «Новокомсомольская» ООО «Газпромтрансгаз Югорск», в результате выявлено, что экономия электроэнергии составила около 40 % в месяц [4].

По результатам исследований [5], а так же расчетов установлено, что применение ЧП для многовентиляторных АВО (на АВГ-85МГ с 6 вентиляторами) может обеспечить экономию электроэнергии, однако не будет иметь столь очевидных преимуществ, как для двухвентиляторных АВО (2АВГ-75С).

Библиографический список

1. Кунтыш В.Б., Бессонный А.Н. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. - СПб: Недра, 1996. - 278 с.

2. Алимов С.В., Лифанов В.А., Миатов О.Л. Аппараты воздушного охлаждения газа: опыт эксплуатации и пути совершенствования // Газовая промышленность. - 2006. - №6. - С. 54-57.

3. Драник С.П., Иванов В.Я., Палей Б.С., Щеникова О.И. Создание высокоэффективных аппаратов воздушного охлаждения газа // Газовая промышленность. - 2011. - № 11. - С. 47-50.

4. Загоринцкий Э.Е., Гулиенко А.И. Эффективность применения частотно-регулируемых приводов в АВО газа на КС // Газотурбинные технологии. - 2007. - № 9. - С. 32-35.

5. Крупников А.В., Ваняшов А.Д., Январев И.А. Анализ эффективности регулирования режимов работы аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2010. - № 1. - С. 19-23.

Аннотация

Представлены перспективные пути совершенствования аппаратов воздушного охлаждения (АВО), позволяющие повысить их энергетическую эффективность.

Ключевые слова: аппараты воздушного охлаждения; преобразователь частоты; энергоэффективность; вентиляторный блок.

The paper presents the perspective ways to upgrade air-cooling devices that enable to improve their energy efficiency.

Keywords: air-cooling devices; frequency converter; energy efficiency; fan module

Размещено на Allbest.ru