Назначение и средства систем охлаждения

 

Одним из важных элементов газотранспортных магистралей является система охлаждения транспортируемого газа, которая позволяет повысить надёжность её и сократить эксплуатационные затраты. При понижении температуры газа пропускная способность газопровода возрастает. Для магистральных газопроводов Западной Сибири, учитывая, что трассы проходят в зоне многолетнемёрзлых грунтов, понижение температуры газа до температуры грунта также является желательным, с целью сохранения устойчивости линейной части и повышения её надёжности.

Для охлаждения потока транспортируемого газа наибольшее или широкое распространение на КС получили АВО, которые имеют ряд преимуществ перед другими типами теплообменных аппаратов: не требуют предварительной подготовки теплоносителей, надёжны в эксплуатации, экологически чисты, имеют простые схемы подключения.

 

Технические характеристики эксплуатирующихся

Систем охлаждения газа

 

Аппараты воздушного охлаждения включают в себя следующие основные узлы и агрегаты: секции оребрёных теплообменных труб различной длины (от 3 до 12 м), вентиляторы с электроприводом, диффузоры и жалюзи для регулировки производительности воздуха, несущие конструкции, в некоторых случаях механизма регулирования. Применяемые для охлаждения газа АВО имеют развитые наружные поверхности и характеризуются коэффициентом оребрения (j) – это отношение площади наружной поверхности по оребрению (Н_р) к площади поверхности гладких труб (Н_тр)

j = Н_р / Н_тр.

Коэффициенты оребрения применяемых аппаратов находятся в пределах от 7, 8 до 21. Это связано с тем, что тепловой поток от газа к материалу трубы значительно выше, чем от наружной поверхности к воздуху. Аппараты воздушного охлаждения малопроточные (АВМ) имеют одну секцию с длиной труб 1, 5 или 3 м. Аппараты воздушного охлаждения горизонтального типа (АВГ) выпускаются с длиной труб 4 и 8 м. Наиболее перспективными аппаратами для охлаждения газа являются аппараты зигзагообразного типа (АВЗ), имеющие большие поверхности охлаждения ( 35000¸ 10200 м² ). Характеристики АВО приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Характеристика аппаратов воздушного охлаждения

Показатели	Тип аппарата
АВЗ	Крезо-Луар	Ничимен
1. Количество передаваемой теплоты, кДж/ч 2. Расчётная температура, °С: газа воздуха 3. Рабочее давление р, МПа 4. Поверхность аппарата, м2: по гладким трубам по оребрению 5. Производительность вентилятора, м3/мин 6. Количество вентиляторов 7. Мощность вентиляторов, кВт 8. Напор вентилятора, Па 9. Размер труб: диаметр внутренний, мм диаметр наружный, мм длина, м диаметр оребрения, мм 10. Число рёбер на 1 м длины трубы 11. Толщина рёбер, мм 12. Высота рёбер, мм 13.Число труб (в секции/в аппарате) 14. Шаг труб по треугольнику, мм 15. Число ходов секции 16. Коэффициент оребрения 17. Площадь поперечного сечения аппарата, м2	5, 72× 106   - - 6, 4   9× 103     0, 85 164/984 14, 6 0, 341	5, 82× 106   90 ¸ 50 -50 ¸ +40 8, 0   441, 2 10× 103     21, 2 26, 4 10, 0 0, 49 15, 8 276/552 63, 5 21, 2 0, 196	5, 82× 106   120 ¸ 50 -50 ¸ +40 7, 5   511, 3 10, 9× 103   50, 8 -   21, 2 25, 4 10, 97 0, 45 15, 8 297/594 61, 0 21, 4 0, 196

 

В настоящее время на КС магистральных газопроводов находят применение АВО фирм «Крезо-Луар» (Франция), «Бронсверк» (Голландия), «Ничимен» (Япония).

Наиболее перспективной является схема аппарата с зигзагообразным расположением секций (АВЗ), она сокращает площади, необходимые для размещения аппаратов, обеспечивает горизонтальное размещение вентилятора, лёгкость монтажа и обслуживания.

 

Особенности теплового и гидравлического расчёта

Тепловой расчёт

 

В теплообменном аппарате (ТА) происходит процесс передачи теплоты от одного теплоносителя (газ, масло, вода) к другому теплоносителю (воздух, вода) через разделяющую их стенку, т.е. осуществляется процесс теплопередачи .

Различают два основных вида теплообменных аппаратов: поверхностные и смесительные. В поверхностных ТА передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через стенку; в смесительных – при непосредственном соприкосновении и перемешивании теплоносителей, имеющих разные температуры.

Поверхностные ТА подразделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах теплота передаётся от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. В регенеративных аппаратах вначале твёрдая поверхность омывается горячим теплоносителем и аккумулирует теплоту, а затем после удаления его поступает холодный теплоноситель, который нагревается за счёт теплоты, аккумулированной твёрдой стенкой. Наибольшее распространение на КС получили поверхностные рекуперативные аппараты, которые могут быть классифицированы по различным признакам:

· По виду агрегатного состояния теплоносителя: газожидкостные, газо-газовые, жидкостно-жидкостные аппараты.

· По компоновке поверхности: теплообменные аппараты типа «труба в трубе», кожухотрубчатые, аппараты воздушного охлаждения.

· По взаимному движению теплоносителя: прямоточные, противоточные, перекрёстные, сложные схемы.

· По числу ходов: одно-, двух- и многоходовые.

Все типы ТА независимо от классификации рассчитываются по одному уравнению. Основным уравнением для расчёта ТА является уравнение теплового баланса и мощности теплообменного аппарата

Q = W₁ D t h = W₂ D t = K H q_m, (8.1)

где W₁, W₂ - соответственно водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей, кДж/с (W₁ = G₁ c_pm1; W₂ = G₂ c_pm2); с_рm1, c_pm2 - удельные теплоёмкости горячего и холодного теплоносителей, кДж/(кг× ^оС); D t, D t - разности температур горячего и холодного теплоносителей, ^оС (D t = t₁ – t₂, D t = t₂ - t₁ ); t₁, t ₁ - начальные температуры горячего и холодного теплоносителей, ^оС; t₂, t ₂ - конечные температуры горячего и холодного теплоносителей, ^оС; h - коэффициент полезного действия теплообменного аппарата (как правило, в расчётах принимается равным единице); КН - водяной эквивалент поверхности теплообмена, кВт/^оС; К - коэффициент теплопередачи, кВт/(м²× ^оС); Н - поверхность теплообмена, м²; q_m - средняя разность температур процесса теплопередачи, ^оС.

Средняя разность температур процесса теплопередачи зависит от большого числа факторов: начальных и конечных температур теплоносителей, расхода теплоносителей, схемы движения потоков теплоносителей. В настоящее время нет общего точного аналитического решения по определению средней разности температур процесса передачи теплоты q_m, позволяющего проводить расчёты 1 и 2 рода.

Имеются частные решения для противоточной и прямоточной схемы движения теплоносителей (уравнение Грасгофа)

	q1 – q2, q1 q2
		(8.2)

q_m =

ln

 

где q₁, q₂ - начальная и конечная разность температур, ^оС (для прямотока q₁ = t₁ - t₁, q₂ = t₂ - t₂; для противотока q₁ = t₁ - t₂, q₂ = t₂ - t₁).

При проведении тепловых расчётов ТА применяются два варианта расчётов: расчёты 1 рода (поверочные) и расчёты 2 рода (конструктивные). В условиях КС, как правило, приходится проводить расчёты 1 рода. При проведении этих расчётов исходными данными являются: расход теплоносителей, температура входа и выхода теплоносителей, тип теплообменного аппарата, его характеристика. Требуется определить необходимую поверхность охлаждения.

Порядок расчёта следующий: вначале определяется тепловой поток из уравнения теплового баланса, затем средняя разность температур, далее оценивается коэффициент теплопередачи – К, вычисляется размер поверхности теплообмена и число теплообменных аппаратов. После этого проверяется принятое значение коэффициента теплопередачи по уравнениям теплообмена.

При расчёте ТА за искомую поверхность, как правило, принимается та, у которой коэффициент теплопередачи «К» меньше. К этой поверхности относится и значение коэффициента теплопередачи – К.

Если за исходную поверхность принимается наружная, то

. (8.3)

В случае плоских стенок Н₂/Н₁ » d₂/d₁ уравнение (8.3) упрощается.

, (8.4)

где a₁ - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя, проходящего внутри труб (газ, масло, вода), к стенке трубы, Вт/ (м²× ^оС); a₂ - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду (воду, воздух), Вт/(м²× ^оС); – суммарное термическое сопротивление стенки трубы (включает в себя загрязнения, отложения на наружной и внутренней поверхности теплообмена).

Значения коэффициентов теплоотдачи определяется по полуэмпирическим уравнениям, полученным на основании теории подобия и размерностей.

В общем случае в стационарных условиях при установившемся тепловом потоке эти уравнения имеют вид

Nu = c Reⁿ Pr^m (Pr_c/Pr_ж)^¦ * Gr^m, (8.5)

где с, n, ¦, m - эмпирические коэффициенты; Рr_c, Рr_ж - критерии Прандтля при температуре стенки и жидкости соответственно; Nu, Gr - критерии Нуссельта и Грасгофа соответственно.

Гидравлический расчет

 

После проведения теплового расчета необходимо выполнить гидравлический расчет и определить затраты мощности, необходимые для прокачки теплоносителя по трубам.

Перепад давления определяется по уравнению

Dр=l_тр(rw² / 2) (l / d) , (8.6)

где l_тр – коэффициент гидравлического трения; r – плотность, кг/м³; w – линейная скорость, м/с; l – длина трубы; d – внутренний диаметр трубы, м.

Гидравлические сопротивления определяются в зависимости от режима движения потока; для ламинарного режима движения, Re £ 2320,

l_тр = 64/Re; (8.7)

для турбулентного, Re = 10⁶ ¸ 10⁴,

l_тр = 0, 3164/Re^{0, 25} ; (8.8)

для зоны шероховатого трения при, Re > 10⁶,

= 21g [d / (2K) + a₀], (8.9)

где К – высота выступов шероховатости; a₀ – коэффициент, выбираемый в зависимости от вида шероховатости.

Гидравлические сопротивления кроме гидравлического трения включают в себя местные сопротивления, возникающие при сужении, расширении или изменении направления потока. Они определяются в зависимости от вида сопротивления и приводятся в справочной литературе.

Целесообразно в уравнение (8.6) ввести приведенный коэффициент гидравлического трения

l_m = l_тр + x_м(l/d), (8.10)

где x_м – местные сопротивления.

После определения перепада давления можно определить значение потенциальной работы и мощность, затрачиваемую на прокачку теплоносителя,

W = или

N = GW = GV Dp = l_m(l/d)(r w²/2) w f = l_mpdlr(w³/4), (8.11)

где w – линейная скорость газа, м/с; G – pасход газа; r – плотность газа, кг/м³; V – удельный объем, м³/кг.

Далее выбирается тип насоса и мощность электродвигателя. Для АВО перепад давления зависит от расположения труб и числа рядов. В случае применения АВО Таллиннского машиностроительного завода целесообразно использовать методику расчета, рекомендованную ВНИИнефтемашем. По указанной методике выбираются также производительность вентилятора, напор, создаваемый вентилятором, гидравлические сопротивления секций. Изменение производительности вентилятора осуществляется изменением угла установки лопастей. Каждый аппарат комплектуется вентилятором с колесами различных диаметров и соответствующим электродвигателем.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Cущность и структура экономических систем
2. D.3. Системы эконометрических уравнений
3. I. Понятие и система криминалистического исследования оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения.
4. I. Является Советский Союз социалистической системой?
5. I.Расчет подающих трубопроводов системы горячего водоснабжения при отсутствии циркуляции.
6. III. Системы теплоснабжения и отопления
7. IV. Движение поездов при неисправности электрожезловой системы и порядок регулировки количества жезлов в жезловых аппаратах
8. V1: 2. Основные этапы становления и развития финансовой системы России
9. V1: Понятие, объект, предмет и система криминологии
10. V2: 2.1 Становление и развитие финансовой системы России до сер. ХIХ в
11. V7: Система линейных одновременных уравнений
12. VII. Системы программирования