Аппараты воздушного охлаждения.

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) применяют для конденсации паров и охлаждения сред технологических, энергетических и транспортных систем. Примеры: конденсация водяного пара, охлаждение воды в системах оборотного водоснабжения, конденсация и охлаждение сред в системах транспорта нефти и газа, охлаждение масла в радиаторах автомашин.

Основными узлами АВО являются теплопередающие трубчатые секции, вентиляторов с приводами, аэродинамические элементы (диффузоры), иногда системы увлажнения воздуха, несущие металлоконструкции. Горячая жидкость проходит по трубам с наружным оребрением. Наиболее распространены трубы с накатными, навитыми, напрессованными ребрами различной формы. Пучки труб охлаждаются за счет их обдува воздухом, нагнетаемым вентиляторами.

В зависимости расположения теплопередающих пучков труб (т. н. трубчатых секций) АВО делятся на горизонтальные с нагнетательным (рис. 5.23) и вытяжным вентилятором (рис. 5.24), вертикальные (рис. 5.25), зигзагообразные (рис. 5.26), шатровые (рис. 5.27),

V-образные, замкнутые и др..

Наиболее распространены АВО с горизонтальным расположением теплопередающих секций (см. рис. 5.23). Число секций и их расположение относительно потока воздуха, т. е. схемы тока сред, могут быть любыми. Воздух подаётся вентилятором, соединённым с двигателем как правило клиноременной передачей. Такие АВО занимают бóльшие площади, но имеют более простую конструкцию, облегчающую их монтаж и обслуживание. В них наиболее полно используется подъёмная сила нагреваемого воздуха, что приводит к экономии потребляемой вентиляторами энергии. К тому же они малочувствительны к ветру. Вентиляторы аппаратов нагнетательного типа потребляют при равных массовых расходах воздуха меньше энергии, опорные конструкции их проще, а монтаж легче.

В аппаратах вытяжного типа (рис. 5.24) воздух по поверхности секции распределяется более равномерно, так как скорость воздуха на входе в секции этих аппаратов значительно ниже. Расположение приводов вентиляторов в аппаратах вытяжного типа под секциями несколько усложняет трансмиссию, однако в целом улучшает эксплуатационные качества этих аппаратов. Поэтому такие АВО получают в последнее время всё большее распространение.

Серийно выпускаемые АВО имеют с оребрённые поверхности площадью от 100 до 20000 м², рассчитаны на давление от 0,6 до 1,4 МПа и температуры сред от –40 до 475 °C.

К стандартным АВО общего назначения относятся аппараты типа АВМ (малопоточные, вертикальные секции), АВГ (горизонтальные секции), АВЗ (зигзагообразно расположенные секции, с одним вентилятором) и АВЗ–Д (зигзагообразно расположенные секции, с двумя вентиляторами); к специальным – аппараты для охлаждения воды АВОВ с шатрообразным расположением секций; для охлаждения вязких и высоковязких продуктов – типа АВГ–В и АВГ–ВВ и другие.

Стандартные аппараты компонуются из одной или нескольких секций. Конструктивные характеристики стандартных АВО представлены в табл. 5.6.

Температура охлаждения продукта в АВО ограничена температурой воздуха по сухому термометру, которая в летнее время и особенно в жарких районах может быть довольно высокой. При расчете аппаратов необходимо обоснованно выбирать расчетную (проектную) температуру воздуха. При круглогодичной эксплуатации АВО расчетная температура воздуха должна выбираться из условия получения требуемой температуры охлаждаемого продукта в наиболее жаркий месяц года (средняя в 13 часов дня). Целесообразно принимать в качестве расчетной температуру воздуха, охватывающую 95% общегодового рабочего времени в часах. Этим исключаются наиболее высокие температуры, учёт которых приводит к значительному росту капитальных затрат.

Для снижения температуры воздуха используется его увлажнение впрыскиванием воды в поток воздуха. Минимальный расход воды при отсутствии её потерь могут быть достигнуты при помощи комбинированных охладительных установок с сухими и влажными секциями, через которые циркулирует охлаждаемая вода. В летнее время атмосферный воздух с высокой температурой поступает в секцию градирни, где, контактируя с водой, увлажняется и охлаждается. Охлажденный воздух, насыщенный каплями воды, попадает на каплеотбойник (туманоотделитель), после чего, освободившись от капель воды, просасывается вентиляторами через секции из оребрённых труб. В зимнее время атмосферный воздух поступает непосредственно в секции АВО через шлюзы, расположенные с противоположной стороны установки, минуя градирню. Сухую и влажную секции можно располагать параллельно и, что более экономично, последовательно.

Таблица 5.6. Основные параметры аппаратов воздушного охлаждения

*Коэффициент оребрения 22 - для труб из углеродистой стали с навитым оребрением.

Эффективность применения аппаратов воздушного охлаждения в значительной степени зависит от возможности поддерживать постоянной температуру охлаждаемого продукта в условиях, когда охлаждающий воздух подвержен значительным сезонным изменениям, которые могут достигать 60 – 80 °C. Суточные колебания доходят до 10 – 20 °C.

Поддержание и регулирование теплового режима АВО можно обеспечивать компенсацией изменения температуры охлаждающего воздуха, меняя при этом расход воздуха, подаваемого вентилятором, искусственно стабилизируя его температуру, изменяя поверхность теплосъёма путём отключения отдельных секций или аппаратов или байпасированием части охлаждаемой среды.

Регулирование аппаратов воздушного охлаждения можно осуществлять и другими способами. К их числу относятся реверс электродвигателя, используемый, если необходимо избежать переохлаждения конденсируемой или охлаждаемой среды; байпасирование (рециркуляция) воздуха путем применения внешней или внутренней рециркуляций. При внешней рециркуляции часть нагретого воздуха, прошедшего через секцию, через байпасные жалюзные решётки возвращается на вход вентилятора и смешивается со свежим холодным воздухом, подача которого также регулируется при помощи жалюзи

В системе с внутренней рециркуляцией секция делится вертикальной перегородкой на две части. Часть секции со стороны входа охлаждаемой среды, имеющей наибольшую температуру, омывается свежим холодным воздухом. После нагрева последний поступает на вторую часть секции, температура охлаждаемой среды в котором более низкая. При более точном регулировании температуры часть воздуха после первой половины секции можно вывести из системы, а к оставшейся части добавить свежий холодный воздух