способ воздушного охлаждения

Формула изобретения

Способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство, отличающийся тем, что воздух подают в противоположных направлениях на первой и второй по ходу газа половинах трубного пучка, при этом осуществляют синхронное регулирование расхода потоков воздуха, поступающих в каждую половину трубного пучка, с выравниванием температуры газа по рядам на выходе из трубного пучка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам воздушного охлаждения продуктов, изменяющих полностью или частично свое агрегатное состояние при снижении температуры, в том числе «сырого» газа, и может найти применение в газовой, нефтяной и нефтехимической отраслях промышленности.

Известен способ воздушного охлаждения продуктов в аппаратах, осуществляемый подачей охлаждаемых продуктов в трубы трубного пучка, а воздуха в межтрубное пространство (В.И.Володин, А.А.Михалевич, Расчет воздушного охладителя при замерзании теплоносителя в трубах. Теплоэнергетика, 1995, №5, с.52-56), в котором при снижении температуры окружающего воздуха изменяют его расход через трубный пучок, поддерживая температуру продукта на выходе такую, чтобы исключить образование отложений в трубах или его замораживание.

Известный способ позволяет устранять образование отложений только при многоходовом пучке. При одноходовом многорядном пучке, когда продукт движется только в одну сторону, при определенной температуре продукта на выходе из трубного пучка возможно замораживание (загидрачивание) его в первых по ходу движения воздуха рядах труб.

Недостатком данного способа охлаждения является большая разница температур теплообменных труб по рядам секций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство (SU 1044942, МКИ F 28 D 7/00, 23.03.82).

Недостатком данного способа являются повышенные энергетические затраты на прокачку теплоносителей при выравнивании температурного поля теплообменной секции.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат безгидратного охлаждения газа при низких температурах наружного воздуха в аппаратах воздушного охлаждения с одноходовым трубным пучком.

Поставленная задача решается тем, что в способе воздушного охлаждения газа, включающем подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство, согласно изобретению воздух подают в противоположных направлениях на первой и второй по ходу газа половинах трубного пучка, при этом осуществляют синхронное регулирование расхода потоков воздуха, поступающих в каждую половину трубного пучка, с выравниванием температуры газа по рядам на выходе из трубного пучка.

На фиг.1 представлены схема аппарата воздушного охлаждения для реализации предлагаемого способа и схема движения воздушных потоков.

На фиг.2 представлены трубный пучок с потоками газа и воздуха при одностороннем и противоположно направленном движении воздуха и графики изменения температур продукта и стенки труб по длине трубного пучка.

Аппарат воздушного охлаждения сырого газа для реализации предлагаемого способа состоит из трубного пучка 1, собранного из нескольких рядов труб 2, распределительных камер для входа горячего газа 3 и выхода охлажденного газа 4, вентилятора 5, установленного над первой половиной по ходу газа трубного пучка 1 и вентилятора 6, установленного над второй по ходу газа половиной трубного пучка 1.

Описываемый способ реализуют следующим образом.

Горячий сырой газ через распределительную камеру 3 поступает в трубы 2 трубного пучка 1, расположенного под вентилятором 5, где охлаждается в первой половине трубного пучка 1 при контакте с потоками холодного воздуха 7, подаваемого вентилятором 5 снизу вверх, и далее поступает во вторую половину трубного пучка 1, расположенную под вентилятором 6, вступая в теплообмен с потоком воздуха 8, который нагнетается вентилятором 6 сверху вниз, и выводится из аппарата через распределительную камеру 4.

На входе в трубы 2 первой по ходу газа половины трубного пучка 1 газ имеет одинаковую температуру. При перекрестном движении газа по трубам первой половины теплообменной секции 1 и холодного воздуха снизу вверх по межтрубному пространству происходит неравномерное охлаждение газа по рядам труб. На входе во вторую половину трубного пучка 1 температура охлажденного газа распределяется по рядам труб 2 от минимальной в нижних рядах до максимальной в верхних. Во второй половине теплообменной секции 1, где подача воздуха осуществляется сверху вниз, холодный воздух 7 контактирует с трубами 2 верхнего ряда, имеющими максимальную температуру стенки и газа. В результате этого исключается резкое снижение температуры стенки труб и соответственной образование отложений на ее поверхности, а в нижних рядах, где газ имеет минимальную температуру, теплообмен осуществляется с подогретым воздухом, прошедшим через трубный пучок 1, что также предотвращает образование отложений на поверхности труб 2.

Рассмотрим предложенный способ охлаждения газа более подробно (фиг.2). В варианте односторонней подачи воздуха в межтрубное пространство трубного пучка 1 температура газа в трубах 2 первого и последнего по ходу воздуха рядах изменяется по длине и рядам теплообменной секции. Расхождение по температурам газа в первом 7 и последнем 8 рядах по ходу газа увеличивается по длине, достигая максимальной границы на выходе. Расхождение по температурам стенки трубы 2 в нижнем 9 и верхнем 10 рядах также изменяется по длине и достигает максимума на выходе газа из труб 2 трубного пучка 1.

В варианте подачи охлаждающего воздуха в противоположных по отношению друг к другу направлениях, как показали расчеты, при соответствующем подборе соотношения скоростей воздуха в первой и второй половинах трубного пучка 1 удается существенно уменьшить разность выходных температур газа верхнего 11 и нижнего 12 рядов, значение которых приближается к среднему. Соответственно, происходит выравнивание выходных температур стенки труб для нижнего 13 и верхнего 14 рядов труб. Тем самым осуществляется охлаждение продукта только наружным воздухом без рециркуляции. Средняя температура газа и стенки труб поддерживается при этом на уровне выше температуры замерзания (гидратообразования) продукта пропорционально изменению скоростей воздуха в первой и второй половине трубного пучка. Регулирование общего расхода воздуха осуществляется изменением числа оборотов двигателей вентиляторов путем изменения частоты тока (инверторами).

В предложенном способе исключается смешивание потоков нагретого и холодного воздуха, что позволяет вести охлаждение с меньшими затратами энергии на прокачку и смешение теплого воздуха с холодным. По сравнению с известным способом охлаждения наружным воздухом и регулирования его расхода при одной и той же температуре продукта на выходе из трубного пучка температура стенки наиболее охлаждаемых труб получается более высокой (из-за выравнивания температуры по рядам при противоположной по отношению друг к другу подаче воздуха). Это дает возможность осуществления охлаждения продукта до более низкой допустимой температуры.

Расчетная оценка подтверждает снижение на 15÷50% потребление электроэнергии на привод вентиляторов при отрицательных температурах наружного воздуха за счет синхронного регулирования расходов воздуха в первой и второй половине трубного пучка и исключения рециркуляции горячего воздуха.

Пример. Предлагаемый способ прошел экспериментальную проверку на аппарате воздушного охлаждения газа типа «Крезо-Луар». Трубный пучок этого аппарата имеет шесть рядов труб. Охлаждение «сырого» газа с температурой гидратообразования до +2°С осуществлялось двумя вентиляторами.

Специальные измерения показали, что при температуре окружающего воздуха ниже минус 23°С при подаче воздуха двумя вентиляторами «снизу-вверх» в одном направлении температура первых по ходу воздуха труб опускалась до минус 18÷21°С, что однозначно свидетельствовало об отложении внутри труб гидратов. При подаче воздуха в противоположных направлениях по отношению друг к другу, когда первый по ходу газа вентилятор подавал воздух, температура которого была равна 23°С, «снизу-вверх», а второй вентилятор - в обратную сторону («сверху-вниз»), температура наружной поверхности стенки труб наиболее охлаждаемых рядов была равна +4°С, т.е. выше температуры гидратообразования.

Вентиляторы настраивались на расходы воздуха, чтобы температура стенки труб на выходных участках нижнего и верхнего рядов труб была примерно одинакова. При поддерживаемой температуре газа на выходе +18°С температура наружной поверхности стенки труб как нижнего, так и верхнего рядов труб была выше температуры гидратообразования даже при весьма низких температурах окружающего воздуха (до минус 30°С).

Эксперименты проводились при таком направлении ветра, когда осуществлялся снос потоков нагретого воздуха в сторону от входных потоков холодного воздуха, т.е. исключалась рециркуляция нагретого воздуха. В реальных условиях эксплуатации АВО это не всегда возможно, поэтому для реализации предложенного способа необходимо устраивать стенки, разделяющие потоки входящего и выходящего воздуха между двумя вентиляторами как снизу, так и сверху аппаратов.