СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОСЪЕМА ОДНОХОДОВОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F28D5/00 

Изобретение относится к способам регулирования теплосъема теплообменников воздушного охлаждения и может быть использовано для охлаждения перекачиваемого природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Известен способ регулирования теплосъема теплообменника с использованием как воздушного, так и водоиспарительного охлаждения (1). При этом через теплообменник, представляющий собой пучок труб с ребрами охлаждения, пропускают охлаждаемую среду, а ребра охлаждения омываются окружающим воздухом и равномерно орошаются охлаждающей жидкостью. Расход жидкости выбирается таким, чтобы обеспечивалось ее полное испарение на поверхности теплообменника. Несмотря на то, что этот способ позволяет повысить теплосъем теплообменника, недостатком известного способа является большой расход орошающей жидкости.

Известен способ регулирования теплосъема одноходового теплообменника воздушного охлаждения путем орошения водой, причем орошение производят равномерно по всему поперечному сечению потока воздуха, т.е. по всей поверхности труб на входе воздуха в трубчатый пакет (2).

Недостатком этого способа является то, что при высокой температуре атмосферного воздуха при орошении труб теплообменников воздушного охлаждения водой вначале значительно более интенсивно реализуется водоиспарительное охлаждение, а затем, после полного ее испарения, - воздушное охлаждение. Поэтому впрыскиваемая на относительно горячие части труб вода используется нерационально, т.к. на более горячих участках труб могло быть еще достаточно эффективным охлаждение потоком воздуха. Такой способ приводит к излишним затратам воды, которая в условиях станций магистральных газопроводов дефицитна. К тому же вода является дорогостоящим продуктом, поскольку она должна быть предварительно обессолена, что является одним из важнейших требований к качеству воды, используемой для орошения теплообменников воздушного охлаждения.

Задача изобретения - повышение эффективности теплосъема и сокращение расхода воды, используемой для орошения теплообменников.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе регулирования теплосъема, включающем воздушное и водоиспарительное орошение при помощи оросительных форсунок, новым является то, что орошение производят только в зоне, примыкающей к выходному концу трубного пучка теплообменника воздушного охлаждения. Это связано с тем, что температура перекачиваемого природного газа интенсивно снижается в начале трубного пучка, где, учитывая большую разницу температур охлаждаемого газа и охлаждающего воздуха, теплосъем за счет воздушного охлаждения сравнительно велик, а затем, в направлении к выходному концу трубного пучка, практически отсутствует. Для достижения достаточно глубокого охлаждения перекачиваемого газа при высокой температуре атмосферного воздуха водоиспарительное охлаждение целесообразно применять в выходной части трубного пучка, где воздушное охлаждение уже практически не работает. Орошение по предлагаемому способу производят путем последовательного подключения, начиная от выходного конца трубного пучка, такого количества оросительных форсунок, использование которых обеспечивает получение на выходе трубного пучка заданного диапазона температур охлаждаемого газа. Причем каждую последующую форсунку подключают после достижения предыдущей форсункой производительности, обеспечивающей полное испарение воды с поверхности теплообменника. Для контроля за полным испарением воды на выходе из трубного пучка в потоке отводимого вентилятором воздуха установлены индикаторы наличия в нем капель воды. Индикаторы могут быть выполнены в виде известных устройств, в которых по изменению электрического сопротивления или емкости регистрируется наличие капель воды. При попадании капель воды на рабочую поверхность датчика меняется сопротивление или емкость в цепи электрического тока. Индикаторы расположены напротив каждой форсунки и регистрируют наличие капель в той части потока воздуха, которая орошается данной форсункой. При орошении водой одноходовых теплообменников воздушного охлаждения приведенным способом расход дефицитной в условиях станций магистральных газопроводов и дорогостоящей обессоленной воды значительно уменьшается. В целом зона орошения вдоль по длине трубного пучка не превышает 4-5% общей его длины.

На фиг. 1 схематически изображен теплообменник воздушного охлаждения для реализации предложенного способа.

На фиг. 2 представлена схема включения датчика наличия капель в потоке воздуха за теплообменником воздушного охлаждения.

На фиг. 3 представлена зависимость температуры перекачиваемого природного газа за теплообменником воздушного охлаждения от расхода орошающей воды.

Для реализации предложенного способа можно рассмотреть конструкцию теплообменника воздушного охлаждения, изображенного на фиг. 1. Теплообменник состоит из пучков теплообменных труб 1, поддерживаемых опорами 7, установленных над вентилятором 4, расположенным внутри диффузора 3. Вентилятор 4 снабжен приводом 5, установленным на фундаменте 6. Над вентилятором расположены оросительные форсунки 2. На фиг. 1 представлены также входной и выходной коллекторы охлаждаемого газа 8 и 9 соответственно и индикаторы наличия капель воды 10. Реализация предлагаемого способа производится следующим образом. Перед поверхностями теплообменника воздушного охлаждения на входе в трубчатый пакет 1 находятся форсунки 2, через которые подается вода для орошения. Форсунки могут включаться раздельно автоматическим приводом или вручную. Они позволяют смачивать поверхности теплообменника воздушного охлаждения от выходного конца пучка труб 9 до заданной длины пучка в направлении ко входу 8 охлаждаемого газа в трубный пучок 1 теплообменника воздушного охлаждения. Для осуществления орошения указанным способом первоначально открывается форсунка, расположенная непосредственно у выходного коллектора охлаждаемого газа. Расход воды через нее определяется по показаниям прибора для определения сопротивления или емкости электрической цепи. Для этого используют схему, изображенную на фиг.2, которая состоит из датчика 11 и прибора для определения сопротивления или емкости электрической цепи 12. По мере увеличения расхода воды с появлением уноса капель параметры цепи - сопротивление или емкость - резко падают. В этом случае необходимо прекратить дальнейший рост подачи воды и измерить температуру охлаждаемого газа. Если она остается выше требуемого предела, то аналогичным образом включается соседняя форсунка и т.д. Таким образом выдерживается заданная температура газа при различных режимах работы теплообменника воздушного охлаждения (температуре наружного воздуха, расходах газа, степени загрязнения поверхности труб и т.п.) и экономном расходе воды.

Для достижения одной и той же величины снижения температуры природного газа за теплообменником воздушного охлаждения в предложенном способе тратится приблизительно втрое меньше воды. На фиг.3 представлены графики, отражающие результаты расчетов температуры природного газа за теплообменником воздушного охлаждения применительно к ГПА - 16 "Нева" в зависимости от расхода орошающей воды для двух случаев: орошение по предлагаемому способу - кривая 1 и орошение равномерно по всей поверхности теплообменника воздушного охлаждения - кривая 2.

Источники информации
1. Патент Швейцарии N 686532, кл. F 28 С 01/00, публ. 15.04.96 г.

2. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. Под ред. д. т. н. проф. В.Б. Кунтыша и к.т.н. А.Н. Бессонного, СПб, "Недра", 1996, стр. 57-58, 84 (прототип).

Изобретение предназначено для регулирования теплосъема при охлаждении перекачиваемого природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Цель изобретения - повышение эффективности теплосъема и сокращение расхода воды, используемой для орошения одноходового теплообменника воздушного охлаждения. Орошение производят только в зоне, примыкающей к выходному концу трубного пучка теплообменника и регулируют его путем последовательного подключения оросительных форсунок, начиная от выходного по охлаждаемому газу конца трубного пучка. Каждую последующую форсунку подключают после достижения предыдущей производительности, обеспечивающей полное испарение воды с поверхности теплообменника. Количество подключаемых форсунок определяют, контролируя соответствие температуры охлаждаемого газа на выходе из трубного пучка заданному диапазону температур. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регулирования теплосъема одноходового теплообменника воздушного охлаждения, включающий воздушное и водоиспарительное охлаждение, отличающийся тем, что орошение производят в зоне, примыкающей к выходному по охлаждаемой среде концу трубного пучка, и регулируют путем последовательного подключения оросительных форсунок, причем начало зоны орошения совпадает с выходным по охлаждаемой среде концом трубного пучка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждую последующую форсунку подключают после достижения предыдущей форсункой производительности, обеспечивающей полное испарение воды с поверхности теплообменника. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество подключаемых форсунок определяют, контролируя соответствие температуры охлаждаемой среды на выходе из трубного пучка заданному диапазону температур.