Модернизация схемы обвязки аппарата воздушного охлаждения

Аннотация. В статье рассмотрена проблема неравномерного распределения расходов охлаждаемого потока по секциям аппарата воздушного охлаждения.

Ключевые слова: охлаждаемый поток, аппарат воздушного охлаждения, трубопровод, нефтеперерабатывающий комплекс.

I. Введение

На сегодняшний день в Омской области располагается достаточно большой нефтеперерабатывающий комплекс, включающий в себя различные установки и аппараты. Одной из проблем является неравномерное распределение расходов охлаждаемого потока по секциям аппарата воздушного охлаждения.

Аппарат воздушного охлаждения (АВО) предназначен для охлаждения или конденсации технологических потоков газа и конденсата. Эксплуатируется на открытых технологических площадках в районах с умеренным или холодным климатом. Температура технологического потока от −40 до 300 °С, давление до 7,5 Мпа. Теплообменные трубы выполняются длиной от 1,5 до 8 м с оребрением в виде накатанной моно- или биметаллической ленты и компонуются в секции. Коэффициент оребрения (отношение полной поверхности оребренной трубы к наружной поверхности трубы по диаметру основания ребер) 9 или 14,6. Мощность установленных электродвигателей составляет 3–100 кВт, что обеспечивает скорости воздушного потока 5–15 м/с в узких сечениях секций [1].

Одними из весомых преимуществ данных аппаратов являются сокращение эксплуатационных расходов за счет использования воздуха в качестве теплоносителя, экологическая безопасность и высокая износостойкость [5].

II. Постановка задачи

Целью настоящей работы является внесение предложений по решению выявленной проблемы аппарата АВО комплекса ЭЛОУ-АВТ.

Задачи:

• Критический анализ аппарата АВО, расположенного на установке атмосферно-вакуумной трубчатки комплекса ЭЛОУ-АВТ.
• Выявление “узкого места”, отрицательно влияющего на технико-экономические показатели производства.

III. Теория

АВО состоит из одной или нескольких теплообменных секций, установленных на металлоконструкции, 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 оребренных трубок, через которые протекает охлаждаемая среда, и коллекторов, к которым подключаются подающий и отводящий трубопроводы и которые распределяют охлаждаемую среду равномерно по трубкам теплообменника. 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 [2, с. 3].

Основными параметрами при выборе и проектировании АВО являются:

• производительность
• расчетное давление
• расчетная температура
• материал труб теплообменника (зависит от теплоносителя)

Все параметры указываются в конструкторской документации и паспорте на изделие [3].

IV. Результаты исследования

На установке атмосферно-вакуумной трубчатки комплекса ЭЛОУ-АВТ Омского НПЗ располагается рассматриваемый аппарат воздушного охлаждения. Существующая схема подачи охлаждаемого потока в аппарат представляет собой одиночную трубу с секущей задвижкой. Труба после задвижки врезается в коллектор, откуда поток распределяется по секциям аппарата. Схему обвязки коллекторов можно описать как сложный трубопровод, состоящий из элементов с параллельными и разветвленными соединениями [4].

В результате критического анализа АВО был выявлен существенный недостаток такой схемы соединения - неравномерное распределение расходов потока по секциям аппарата.

Это ведет к ряду следствий:

• неравномерность распределения тепловой нагрузки: наибольшая тепловая нагрузка приходится на ближайшие к секущей задвижке секции и уменьшается по мере отдаления от них, таким образом, что самая дальняя секция почти не нагружена.
• различные значения температур потоков на входе в секции: чем ближе секция к следующей задвижке, тем температура на входе больше, что приводит к неизотермическому типу смешения потоков на выходе из АВО, то есть к менее эффективному теплообмену;
• смещение зоны конденсации в конденсаторах воздушного охлаждения для ближайших к секущей задвижке секций в сторону внутренних трубок, а для дальних - в сторону входного коллектора;
• неодинаковая степень коррозионного износа вследствие неодинаковых значений расходов на входе в секциях: ближайшие к секущей задвижке секции подвержены коррозии в большей степени;

Для решения данной проблемы предлагается изменение схемы обвязки коллекторов подачи охлаждаемого потока в АВО с разветвленно-параллельной на последовательно-параллельную, путем монтажа дополнительного участка трубопровода с тремя секущими задвижками. В результате чего возрастет межремонтный пробег аппарата (за счет оптимального распределения коррозионной нагрузки по секциям), произойдет оптимизация теплообмена вследствие равномерной тепловой нагрузки по теплообменным секциям, а также снизятся теплопотери при неизотермическом смешении потоков.

V. Заключение

По итогам проведенной работы можно сделать следующие выводы:

1. На Омском НПЗ существует “узкое место”, связанное с проблемой  неравномерного распределения расходов охлаждаемого потока по секциям аппарата воздушного охлаждения.
2. На основе проведенного анализа работы системы охлаждения на ЭЛОУ-АВТ Омского НПЗ, было предложено возможное решение по устранению проблемы  неравномерного распределения потока по секциям АВО, а именно модернизация схемы обвязки данного аппарата.

Список литературы:
1.    Газпром: Информаторий [Электронный ресурс], URL: http://www.gazprominfo.ru/terms/air-cooler/ (дата обращения 07.11.2020)
2.    Мутугуллина И.А. Устройство и расчет аппаратов воздушного охлаждения (АВО): учебное пособие / И.А. Мутугуллина. – Бугульма:, 2017. – 80 с.
3.    Портал теплообменного оборудования: Аппараты воздушного охлаждения – устройство, принцип работы, особенности выбора и расчета [Электронный ресурс], URL: http://www.teploobmenka.ru/oborud/avo/ (дата обращения 07.11.2020)
4.    Регламент установки ЭЛОУ-АВТ ОНПЗ (дата обращения 07.11.2020)
5.    Торговый дом САРРЗ: Аппараты воздушного охлаждения АВО. URL: https://tdsarrz.ru/produktsiya/apparaty_vozdushnogo_ohlazhdeniya_avo/ (дата обращения 07.11.2020)