Аппарат воздушного охлаждения: описание и классификация, технические характеристики

На многих объектах нефтегазовой и химической промышленности возникает потребность в организации систем охлаждения. Регуляция температурного режима является технологической мерой, чаще всего применяемой для жидкостей и газовых смесей. Подходы к реализации этой процедуры могут быть разными, но оптимальным считается аппарат воздушного охлаждения (АВО). Подбор модели по технико-эксплуатационным параметрам позволит организовать качественное обслуживание целевого ресурса с минимальными энергетическими расходами.

Конструкционное исполнение

Основу аппарата формирует группа теплообменных блоков с вентиляторами. Данные секции располагаются относительно друг друга таким образом, чтобы потоки воздуха могли поступать непосредственно в теплообменник. В качестве несущей конструкции используется металлический каркас на рамной основе. Его характеристики определяются количеством теплообменных секций, которые обслуживает аппарат воздушного охлаждения, а также мощностью вентиляторов. Для приведения в действие последних применяется электродвигатель. Как правило, это компактная установка, силовой потенциал которой составляет 20-30 кВт.

Регуляцию направления воздушных потоков осуществляют диффузоры, представляющие собой цилиндрическую обечайку. Это простейшая базовая конструкция, но в зависимости от модификации аппарат воздушного охлаждения может иметь несколько иное устройство. Обычно отклонения имеют незначительный конструкционный характер, а принципиальные различия в типах будут рассмотрены ниже. Что касается объединяющих характеристик, то к ним можно отнести одинаковый набор применяемых материалов. Коммуникационные элементы, например, изготавливаются из нержавеющих стальных сплавов, меди, титана и никеля. Для выполнения соединений применяют высокоточную сварку, способную обеспечить долговечный герметичный шов.

Принцип работы аппарата

Ключевую функцию выполняет группа теплообменников, по которым и проходят обслуживаемые среды – газы, пары, жидкости и т. д. И здесь надо подробнее рассмотреть сам принцип взаимодействия охлаждающей инфраструктуры и ее функциональных элементов.

Теплообменник представляет несколько проточных каналов, которые разделяются металлическими ребрами. К слову, в изготовлении ребер может применяться алюминий, медь или сталь, но во всех случаях важно наличие оцинкованного покрытия. Перед входом в теплообменные каналы также устанавливается коллектор – он отвечает за распределение между подающими и отводными трубопроводами. В этой же части происходит управление потоками охлаждаемых сред. Вентиляторы также являются важным функциональным звеном, без которого не обходятся аппараты воздушного охлаждения. Работа этого элемента заключается в поддержании циркуляции воздушных масс с целью вывода тепловой энергии, выделяемой в процессе прохождения обслуживаемой среды. Забор тепла как раз выполняется аккумулирующими ребрами, а в целях повышения охлаждающего фона иногда используют специальные технологические добавки для теплообменника.

Средства управления оборудованием

Основным параметром регуляции является объем воздуха, идущего на обеспечение циркуляции с тепловым забором. Для этого используются разные конструкционные средства. Например, жалюзи физически регулирует пропускную способность каналов, с которыми взаимодействуют вентиляторы. В данном случае настройка параметра объема возможна посредством ручного, электронного или пневматического контроля.

В современных конструкциях часто используют автоматизированное управление лопастями вентиляторов. Автоматика позволяет оператору точно подстраивать аппарат воздушного охлаждения с помощью частотного преобразователя. Комплексные системы регуляции предполагают и контроль потоков охлаждаемых сред. Конфигурация расположения клапанов и запорной арматуры зависит от условий применения аппарата, но сегодня такие средства используются даже на небольших предприятиях.

Технические характеристики

Оборудование характеризуется конструкционными параметрами и эксплуатационными показателями. В среднем аппарат воздушного охлаждения может располагать следующими характеристиками:

• Мощность электродвигателя – от 20 до 30 кВт.
• Число секционных блоков теплообменника – обычно 3 шт.
• Уровень давления – диапазон от 0,6 до 5 МПа.
• Число вентиляторных установок – 1 или 2 (зависит от длины трубных контуров).
• Диаметр вентилятора – 2,5-3 м.
• Скорость вращения вентилятора – порядка 400 об/мин.
• Коэффициент оребрения поверхностей труб – 10-20%.
• Длина труб в секциях – 5-8 м.

Классификации аппаратов

Устройства могут иметь разные исполнения по нескольким конструкционным компонентам. В первую очередь это тип камеры распределения. Так, существуют модели со съемной и неразъемной камерой, в которых также предусматриваются разные способы крепления. С точки зрения эксплуатации они отличаются по уровням давления. Например, модели, в которых распределительный блок дополняется плоской крышкой на шпильках, поддерживают давление на 30 Бар. Неразъемные камеры с пробками и вовсе имеют динамичные показатели давления, которые определяются условиями вакуума.

Главная же классификация, по которой разделяются типы аппаратов воздушного охлаждения, относится к способу расположения вентилятора. В соответствии с ним была введена и специальная маркировка оборудования. Теперь стоит подробнее ознакомиться с наиболее популярными типами конструкций.

Тип АВГ

Маркировка АВГ указывает на принадлежность аппарата к группе моделей, дополненных горизонтально расположенным вентилятором. Это типовая установка, используемая в сферах химической, газовой и нефтяной промышленности. Работа в суровых условиях добывающих предприятий организуется с помощью климатических модификаций – это аппарат воздушного охлаждения АВГ в исполнениях У1 и УХЛ1. Существуют и специальные версии для эксплуатации в сейсмоопасных зонах с частыми ураганами.

Что касается места размещения, то аппарат этой категории устанавливается на открытой площадке – без ограничений по взрывоопасным зонам в рамках класса В-1г. В качестве опционального дополнения могут применяться электроприводные системы, увлажнители, средства для очистки труб и оснастка для технического обслуживания. Кстати, для работы с вязкими средами используется аппарат воздушного охлаждения АВГ-В. Данная версия отличается наличием литой крышки на камере распределения и более высокой мощностью двигателя, обеспечивающего скорость прохождения среды от 2 до 10 м2/с.

Тип АВЗ

Аппараты зигзагообразного типа, которые можно применять для охлаждения и конденсации паровых, жидкостных и газовых продуктов. Конструкция формируется шестью трубными секциями, в свою очередь, скомпонованными биметаллическими оребренными трубами. Как видно из названия, особенностью данного вида охладительных аппаратов являются элементы зигзагообразной формы. В такой конфигурации выполняется размещение трубных секций под острым углом относительно друг друга и к несущей площадке.

На практике эксплуатации аппарат воздушного охлаждения АВЗ обеспечивает более эффективное воздействие воздушных потоков на рабочие поверхности. Объясняется это именно спецификой организации межтрубного пространства секций, в которых формируются вихревые потоки циркулирующего воздуха. Системы АВЗ также могут дополняться вспомогательным оборудованием, среди которого устройства рециркуляции нагретого воздуха.

Тип АВМ

С точки зрения функционального наполнения это универсальный аппарат, способный обслуживать все распространенные охлаждаемые среды. Технико-эксплуатационной особенностью представителей этой группы является монопоточность, обеспечиваемая единственным теплообменным блоком. Для его изготовления используется стандартный набор биметаллических сплавов, причем трубы могут устанавливаться горизонтально или вертикально. В качестве опционального наполнения для подобных моделей предлагается защитный каркас к электродвигателю. В случае если применяется аппарат воздушного охлаждения газа, пожаро- и взрывоопасные риски должны минимизироваться разными способами – в том числе посредством усиления рабочей начинки.

Тип БМ

Самая нестандартная конструкция в общем сегменте АОВ, которая представляет собой блочно-модульный агрегат. Специфика устройства в данном случае выражается объединением функциональных элементов в один корпус. Вентилятор устанавливается не как отдельный прибор, который служит для обеспечения сторонней циркуляции воздуха, а как непосредственная часть блока наряду с теплообменниками и распределителями. Из этого вытекают и эксплуатационные особенности, которые устанавливает ГОСТ. Аппараты воздушного охлаждения БМ в соответствии с нормативами радела 51364-99 должен иметь мощность порядка 10 кВт и скорость вращения на уровне 750 об/мин.

Как видно, по сравнению с обычными аппаратами данная разновидность отличается скромными показателями электродвигателя, но зато имеет высокие обороты вентиляционной установки.

Расчет подходящей модели

Обычно базовый расчет осуществляется исходя из коэффициента теплоотдачи. Под него подбирается мощность электродвигателя, количество оборотов вентилятора, площадь охвата труб воздушными потоками и т. д. В расширенном виде расчет аппарата воздушного охлаждения предполагает использование таких показателей, как температура окружающей среды, температура обслуживаемой среды, длина секции теплообменника и т. д. В большинстве случаев для охлаждения сред в условиях атмосферного воздуха –8 °С до 35 °С подходят аппараты со следующими характеристиками: модель горизонтального типа с рабочим давлением 1,6 МПа, оребрением на 9%, силовым потенциалом 20 кВт и длиной труб 4 м.

Обслуживание АВО

Каждый раз перед запуском оборудования должна проверяться его физическая целостность, состояние узлов соединения, электротехническая оснастка и т. д. Особое внимание уделяется вентилятору – он должен быть сбалансирован динамической методикой. Далее в регулярном порядке должны проверяться углы поворота его лопастей, привод и подключение к сети.

Как правило, ремонт аппарата воздушного охлаждения реализуется посредством замены и восстановления отдельных деталей, или же сварочными мероприятиями. Независимо от плана работ, не рекомендуется использовать в ходе ремонта электротехнические приборы и инструменты, работающие с напряжением порядка 36 В и более. Также следует отслеживать состояние теплообменника и силовой установки на предмет переохлаждения. Этот нюанс актуален в зимнее время, когда установки редко вводятся в активную фазу эксплуатации. Чтобы исключить промерзание аппаратов, следует использовать морозостойкие добавки, жидкости и омыватели поверхностей.

Заключение

Системы охлаждения как таковые применяются в более широком диапазоне направлений, чем модели класса АОВ. Но далеко не все из них способны работать с такими средами, как нефть, газ и пар. Для многих агрегатов это проблемные теплоносители, работа с которыми уже в кротчайший срок приводит к разрушению или деформации технических элементов. Почему же с такими нагрузками справляется рассматриваемый аппарат воздушного охлаждения?

Объяснить это можно двумя моментами – простотой самой конструкции и применением высококачественных металлических сплавов. Именно эти характеристики позволяют поверхностям теплообменников, коллекторов и трубопроводов сохранять свои рабочие качества в условиях постоянного контакта с горючими и взрывоопасными смесями.