Обладнання газопроводів

Размещено на http://www.allbest.ru

ОДОРІЗАЦИЯ ГАЗУ

Природний газ, очищений від сірководня, не має ні кольору, ні запаху. Тому виявити витік газу досить важко Щоб забезпечити безпеку транспорту і використання газу його одорируют, тобто додають йому різкий і неприємний запах Для цієї мети в газ вводять спеціальні одоранты, і продукти їх згорання повинні бути фізіологічно нешкідливими, достатньо летючими (низька температура кипіння), не повинні викликати корозію, хімічно взаємодіяти з газом, поглинатися водою або вуглеводневим конденсатом, сильно сорбувати грунтом або предметами, що знаходяться в приміщеннях. Одоранти повинні бути недорогими. Цим вимогам в найбільшій степіні задовольняє етілмеркаптан (С₂Н₅SH). Однак при використанні етілмеркаптана слід враховувати властиві йому недоліки. Так, по токсичності він рівноцінний сірководню; якщо газ йде на хімічну переробку, то необхідно очищати його від меркаптана, так як останній отруює катализатори. Етілмеркаптан хімічно взаємодіє з окислами металу, тому при транспорті одорірованного газу запах його поступово слабшає.

В якості одарантів можливо використовувати: сульфан; метилмеркаптан; пропилмеркаптан; калодорант; пенталарам; суміш меркаптанов, які одержані при очищуванні природного газу з високим змістом сірки і сірнистих сполучень. Одарізацію здійснюють на головних спорудах газопроводу і газорозподільних станцій, в основному з допомогою одарізаційних установок типов АОГ-30 і УОГ-1.

Концентрація пари одоранта в газі повинна бути такою, щоб різкий запах відчувався при об'ємній контрации газу, такій, що не перевищує 1/5 від нижньої межі взрываемости. Середньорічна норма витрати етілмеркаптана складає 16 г на 1000 м³ газу. У літній час витрата одоранта приблизно в 2 рази менша, ніж взимку. одоризація газ газопровід теплообмінник

Пристрої, за допомогою яких одорант вводять в потік газу, називаються одоризаторами. Вони бувають краплинні, випарні і барботажні. Краплинними одоризаторами одорант вводиться в газопровід краплями або тонким струменем. Одоризатор діє за рахунок перепаду тиску, що створюється діафрагмою. Одорант з поплавцевої камери проходить через діафрагму, оглядове скло і по трубці поступає в газопровід. У поплавцевій камері весь час зберігається постійний рівень.

Витрату одоранта можна змінювати за допомогою змінної діафрагми. Найбільше розповсюдження мають випарні (гнітючі) і барботажні одоризатори (рис. 40). У резервуар з одорантом частково занурені фланелеві смуги. Над поверхнею одоранта між смугами фланелі проходить газ і насищається одорантом. Резервуар забезпечений підігрівачем (на схемі не показаний). Температура одоранта, від якої залежить інтенсивність випаровування (а отже, і ступінь одоризации), підтримується терморегулятором.

Рис. 40. Випарний (гнітючий) одоризатор:

1 -- діафрагма; 2 -- газопровід; 3 -- резервуар; 4 -- вертикально підвішений гніт; 5 -- регулювальний вентиль; 6 -- мірне скло.

У барботажний одоризатор з газопроводу частина газу потрапляє в барботажну камеру, в якій відбувається насичення газу одорантом, що поступає з витратного бака. За допомогою поплавцевого регулятора в барботажній камері підтримується постійний рівень. Звідси газ проходить через ємкість одоризатора, входить в газопровід позаду діафрагми, що створює перепад тиску для проходження газу через одоризатор. Краплі їй з одоранта, що парився, захоплювані газом з барботажної камери, осідають на дно ємкості. Одорант, що накопичився там, зливається через кран. Регулювання ступеня одоризации здійснюється вентилем.

Проте для розглянутих одоризаторів характерна відсутність прямої пропорційної залежності витрати одоранта від витрати газу, оскільки введення одоранта відбувається під дією змінного стовпа рідини, не залежного від кількості газу, що проходить. При коливанні витрати протягом доби часто доводиться міняти режим роботи установки. Регулювання виконують вручну голчатим вентилем, тому точність дозування залежить від досвідченості обслуговуючого персоналу.

На деяких газорозподільних станціях упроваджені напівавтоматичні установки одоризации газу, які прості по конструкції, надійні в роботі і забезпечують практично повну пропорційну залежність витрати одоранта від витрати газу. Установка працює таким чином. На шляху газового потоку в газопроводі встановлена діафрагма, на якій створюється певний перепад тиску залежно від витрати газу. Газ з тиском р₁ до діафрагми поступає в бачок з одорантом і створює тиск на стовп одоранта, рівне р₁ - Н₀·с?g. Одорант з бачка через фільтр і калібрувальне сопло уприсується в газопровід за діаграмою з тиском р₂. Тиск уприскування міняється залежно від кількості газу, що проходить через діаграму, і цим досягається пропорційність витрати одоранта і газу. Рівнем ерное стекло використовується для спостереження за витратою одоранта. Ємкість призначена для заповнення бачка одорантом, забезпечена запобіжним клапаном. Тиск заповнення бачка підтримується редуктором і контролюється по манометру. При монтажі фланець з соплом кріпиться до фланця засувки, що дозволяє замінювати і чистити сопла. Діаметр сопла підбирається по формулі

D={4·G / [ р?ц?(2·g·p_и)^0,5]}



де G -- витрата одоранта на 1000 м³; ц-- коефіцієнт закінчення, ц=0,82; р_и -- тиск витікання одоранту.

Зміна ступеню одоризации досягається за рахунок зміни діаметру сопла. Ступінь одоризации визначається хроматографічними методами.

КОНДЕНСАТОЗБІРНИКИ

Газ, що транспортується по магістральних газопроводах, може містити в собі конденсат, воду, метанол, винесене з рідинних пиловловлювачів соляровое масло, які за певних умов можуть випадати і скупчуватися в найбільш низьких місцях газопроводу, зменшуючи його перетин. Для їх уловлювання на трасі газопроводу в місцях найбільш вірогідного скупчення встановлюють лінійні конденсатосборники.

На рис. 41 показана схема конденсатосборника.

1 2 3 4

5 6

Конденсатосборник складається із збірки 6, встановлюваного під газопроводом 1, сполучених з ним конденсатовідводів 5, продувальної труби 4 із замочною арматурою 3 і пристрої автоматичного видалення рідини. Лінія 2 служить для вирівнювання тиску.

Рідина, випадна з газу, накопичується в збірці 6, звідки періодично її видаляють по трубі 4 в наземну ємність. Як тільки рівень в збірці досягне верхнього заданого рівня, командний прилад відкриває клапан зливу на продувальній лінії і рідина зливається в наземну ємність. При пониженні рівня рідини до нижнього заданого рівня командний прилад закриває клапан зливу і скидання її припиняється. Для автоматичного видалення рідині застосовують пневматичні комплекси "Пуск-1М", які складаються з щита автоматики, трьох сигналізаторів рівня рідині і сопел трьох модифікацій. За допомогою щита автоматики задається ритм опиту, обробляється та, що поступає в нього від сигналізаторів рівня і сопел інформація і видаються команди на відкриття або закриття клапанів слива.

Найбільшого поширення набув конденсатосборник типу "розширювальна камера" (див. рис. 42), що уловлює дію якого засновано на випаданні з потоку газу крапельок рідини під дією сили тяжіння при зниженні швидкості газу унаслідок його розширення в камері. Газ при русі в газопроводі своїм потоком захоплює тонку плівку конденсату по стінках труби.

Рис. 42. Конденсатосборник типу "розширювальна камера":

1 -- газопровід; 2 -- розширювальна камера; 3 -- ребра жорсткості; 4 -- конденсатоотводная трубка

Когда потік газу потрапляє в "розширювальну камеру", швидкість його руху зменшується і краплинна рідина, що знаходиться усередині потоку, випадає. Плівка ж конденсату при певному куті перехідного патрубка I (зазвичай рівному 9-12 °С), не розриваючись, продовжує рухатися по стінках камери 2 до протилежного кінця. Завдяки тому, що вихідний патрубок 3 входить всередину камери, створюється тупикова ділянка, яка зупиняє рух конденсатної плівки, і конденсат, збираючись в нижній частині камери, стікає по конденсатоотводу в підземну ємність.

Конструктивні розміри "розширювальної камери" приймають залежно від діаметру і параметрів роботи газопроводу. Діаметр камери приймають в 1,4 -- 1,6 разу більше діаметру газопроводу, а іноді і більш. Довжина, визначувана розрахунковим шляхом, повинна бути більше довжини траєкторії осадження крапельок рідини. Довжина траєкторії осадження крапельок рідини оцінюється по формулі

L=W{ф+D³ / [D²_k·g·ф?(1-с_г / с_ж)]

де ф = d² (с_ж - с_г ) / (18 м )

W-- швидкість газу на вході в конденсатосборник; D -- діаметр газопроводу; D_k -- діаметр розширювальної камери; с_ж -- густина рідини; м-- в'язкість газу.

Іноді по яких-небудь причинах не вдається повністю видалити конденсат з газопроводу. В цьому випадку в передбачуваному місці його скупчення вмонтовують дренажний пристрій, який є патрубком, вваренный всередину газопроводу, із замочним пристроєм і продувальним трубопроводом. Роботи по його врізанню в газопровід можна проводити без звільнення газопроводу від газу.

Розрахунок і випробування на міцність лінійних конденсатозбірників проводять відповідно до вимог, що пред'являються до ділянок газопроводу категорії I.

Найбільш ефективний спосіб видалення з газопроводу різних забруднень -- періодичне очищення за допомогою пропуску по ньому очисних пристроїв, що дозволяє звести до мінімуму або ліквідовувати повністю конденсатозбірники на трасі.



ТЕПЛООБМІННИКИ

Сучасна нафтова і газова промисловість оснащена складним устаткуванням, призначеним для здійснення різноманітних процесів -- нагріву, охолоджування, конденсації, масопередачі, перекачування, компримирування, фільтрації і ряду інших операцій з нафтою, газом і продуктами їх переробки.

Залежно від технологічної необхідності в схемі хімічного або нафтопереробного підприємства або технологічної установки застосовують різні апарати, причому значну їх частку (20-45 % загальної ваги апаратури і установок} складають теплообмінні і конденсаційно-холодильні.

Серед всієї номенклатури машин і апаратів, від яких залежить ефективна і оптимальна їх експлуатація, значну частину складають апарати повітряного охолоджування.

Технологічні процеси нафтової, газової і нафтохімічної промисловості пов'язані з нагріванням і охолоджуванням. У одних випадках тепло підводиться ззовні, в інших, навпаки, потрібно відводити тепло.

У одних технологічних процесах потрібний можливо інтенсивніший теплообмін (нагрівальні або холодильні пристрої), в інших, навпаки, зменшення і запобігання непродуктивним втратам тепла, тобто теплоізоляція апаратів.

Процеси, швидкість протікання яких визначається швидкістю підведення або відведення тепла, називаються тепловими, здійснюються вони в теплообмінних апаратах. Рушійною силою теплообміну є різниця температур.

Теплообмінним називається апарат, в якому відбувається обмін тепла між двома теплоносіями, тобто передача його від гарячого середовища до холодного.

Теплообмінні апарати класифікують по багатьом ознакам, зокрема, за способом передачі тепла, цільовим призначенням, конструкцією, залежно від температурних подовжень трубок і корпусу.

За способом передачі тепла теплообмінники ділять на:

змішувачі;

поверхневі.

У апаратах змішувачів тепло передається при безпосередньому перемішуванні робочих середовищ. Теплообмінники змішувачів по конструкції простіше поверхневих, тепло в них використовується повнішим, але вони придатні лише в тих випадках, коли можливе перемішування теплообменивающихся середовищ.

У поверхневих теплообмінниках робочі середовища обмінюються теплом через стінки з теплопровідного матеріалу. У свою чергу, поверхневі теплообмінники ділять на рекуперативних і регенеративних.

У рекуперативних апаратах теплообмін між різними теплоносіями відбувається через розділові стінки. При цьому тепловий потік в кожній точці стінки зберігає один і той же напрям. У регенеративних теплообмінниках теплоносії поперемінно стикаються з однією і тією ж поверхнею нагріву. При цьому напрям теплового потоку в кожній точці стінки періодично міняється. Найбільш поширеними рекуперативними теплообмінними апаратами безперервної дії є кожухотрубчатые теплообмінники.

У регенеративних апаратах одна і та ж поверхня (з високою теплоакумулюючою здатністю) по черзі омивається то гарячим, то холодним теплоносієм. При протіканні гарячого теплоносія поверхня апарату нагрівається, а при протіканні холодного теплоносія поверхня віддає теплоту. Регенеративні апарати незамінні при нагріві до високих температур (1000 °С і більш), наприклад при підігріві повітря.

По цільовому призначенню теплообмінні апарати підрозділяються на: теплообмінники; конденсатори; випарники.

По конструкції теплообмінні апарати підрозділяються на наступні типи: кожухотрубні, апарати «труба в трубі»; заглибні; зрошувальні; повітряного охолодження; пластинчасті; спіральні.

Один з видів теплообмінного устаткування -- апарати повітряного охолоджування (АПО). Їх відмітна особливість полягає в тому, що одним з теплообмінувающих середовищ завжди є повітря. Ці апарати широко застосовуються в нафтовій і газовій промисловості.

Апарати повітряного охолоджування широко використовують у складі станцій магістральних газопроводів для охолоджування газу після компримирования, а також в нафто- і газопереробній промисловості. Досвід експлуатації АПО підтверджує високу ефективність і надійність роботи таких апаратів. Коефіцієнти теплопередачі апаратів складають до 500 Вт/(м² К).

Стандартні апарати повітряного охолоджування залежно від конструкції і призначення прийнято позначати таким чином:

АВГ -- горизонтальні;

АВЗ -- із зигзагоподібним розташуванням секцій;

АВГ-Т - трьохконтурні;

АВМ - для малих потоків;

АВШ - шатрові.

Поверхня теплообміну цих апаратів вказана в табл. 19.

Таблиця 19. Поверхня теплообміну стандартних апаратів повітря охолоджування

Тип	Поверхня теплообміну труб, м2
	внутрішня (труби біметалічні)	зовнішня по обребренню при коефіцієнті обребрення
		9	14,6	22
АВГ	58 - 300	875-3500	1250 - 5100	1620 - 6600
АВЗ	170-440	2650 - 5300	3750-7500	4900-9800
АВМ	8-42	105-440	150-600	200-780
АВГ-Т	460-1200	7060-14000	10000 - 20400	13000-26500

Апарат повітряного охолоджування складається з ряду трубчастих секцій, розташованих горизонтально, вертикально, похило у вигляді шатра або зигзагоподібно. По трубах секцій пропускають охолоджуване або конденсоване середовище (рис. 43). З торців апарат закритий металевими стінками. Повітря, що охолоджує, засмоктується і продувається через трубчасті секції. Для підвищення ефективності апарату при порівняно високій температурі навколишнього повітря (у жаркий літній час) на виході повітря з вентилятора передбачений кільцевий колектор для зволоження повітря з метою зниження його температури. Для запобігання відкладенню накипу на трубах для зволоження потрібно використовувати хімічно очищену воду. У деяких конструкціях апаратів повітряного охолоджування повітря подається вентилятором, що створює розрідження.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

Рис.43 Принципові схеми апаратів повітряного охолодження:

а) горизонтальні з нижнім розташуванням вентилятора; б) горизонтальні з верхнім розташуванням вентилятора; в) шатровий; г) вертикальний; д) трьохконтурний; е) зиґзаґоподібний; ж) на верху ректифікаційної колони.

Секція апаратів повітряного охолоджування складається зазвичай з чотирьох, шести або восьми рядів труб, які розташовані по вершинах рівносторонніх трикутників і закріплені розвальцьовуванням, а у ряді випадків подальшим приварюванням в двох трубних гратах, що мають кришки (рис. 44).

Рис. 44. Секція апарату повітряного охолоджування:

а -- загальний вигляд; б--узлы кріплення труб; в -- елемент поперечного перетину пучка труб; 1 -грати; 2 -- кришка; 3--дистанційна прокладка.

У АПО застосовують труби завдовжки від 1,5 до 12 м з внутрішнім діаметром 21 або 22 мм. Секції можуть бути багатоходовими по трубному простору

Через пакет обребрених труб нагнітається або прокачується повітря вентилятором з щодо низькою частотою обертання валу. Потік повітря може або нагнітатися в пакет, або витягуватися з нього.

Перевага нагнітання повітря полягає в тому, що вентилятор і привід знаходяться в холодному повітрі, що підвищує ефективність вентилятора {а це може понизити його вартість), спрощує кріплення вентилятора і приводу і полегшує обслуговування. Проте повітряний потік через трубний пучок дуже неоднорідний, і низька швидкість нагрітого повітря при природній конвекції може стати причиною рециркуляції гарячого повітря і зниження різниці температур. Відкачування повітря забезпечує високі швидкості і настільки знижує вплив природної конвекції, що рециркуляція стає маловірогідною. Для захисту пакету труб від механічних пошкоджень і дощу або граду застосовуються жалюзі. Для запобігання взаємному зсуву труб в пучку між ними передбачені дистанційні прокладки з алюмінієвої стрічки шириною 15 мм. Такі секції випускають на умовний тиск від 0,6 до 6,4 МПа.

Застосовують також конструкції секцій з цільнозварними нероз'ємними розподільними камерами. В цьому випадку для чищення внутрішньої поверхні труб в зовнішній стінці камери проти кожної труби передбачають отвір з різьбовою пробкою на прокладці.

Для подачі повітря, що охолоджує, застосовують осьові вентилятори пропелерного типу з діаметром колеса від 0,8 до 7 м продуктивністю до 1,5 млн. м³ у годину. Колеса вентиляторів виготовляють зварними з алюмінію, з колесом діаметром 5 м або з двома вентиляторами з колесом діаметром 2,8 м.

Ще компактніші апарати трьохконтурного типу при розміщенні секцій горизонтальними рядами в три яруси. У середній і верхній ряди (контури) секцій повітря поступає, пройшовши між секціями нижнього контура, і виводиться з верху апарату, З секцій нижнього контура нагріте повітря виводиться збоку у вікна торцевих стінок апарату. Таким чином, всі секції продуваються паралельними потоками свіжого повітря. Для організації руху повітря простору між секціями сусідніх контурів відокремлені листами з теплоізоляцією. Секції виготовлені з труб завдовжки 8 або 12 м. Повітря нагнітається відповідно чотирма або шістьма вентиляторами з діаметром колеса 2,8 м, як і в апаратах горизонтального типу. Апарати повітряного охолоджування для високого тиску (10 МПа і вище) мають нероз'ємні трубчасті пучки. Пучки полягають з колекторів, виконаних з товстостінних труб, в які вварены обребрені теплообмінні труби.

Апарати повітряного охолоджування для малих потоків мають порівняно невелику поверхню теплообміну. Секції цих апаратів по конструкції аналогічні секціям апаратів горизонтального типу, але виконані з труб завдовжки 1,5 або 3 м; при цьому встановлюють відповідно один або два вентилятори меншого діаметру. Колеса вентиляторів кріплять безпосередньо на валу електродвигуна.

При використанні тихохідних електродвигунів колесо вентилятора можна кріпити безпосередньо до валу електродвигуна. Зазвичай частота обертання 160 - 500 об/мин.

Для зниження шуму і зменшення дії вібрацій фундамент приводу апаратів повітряного охолоджування доцільно виконувати окремо від фундаменту, до якого кріпиться апарат. У ряді випадків на вентиляторах можна встановлювати пристрої, що сигналізують або відключають двигун при виникненні надмірних вібрацій. При використанні клиноременной передачі і порівняно невеликій потужності електродвигуна привід можна вмонтовувати безпосередньо на металоконструкції апарату без спеціального фундаменту.

Розглянемо окремо основні типи апаратів повітряного охолоджування.

Стандартні апарати повітряного охолоджування горизонтального типу мають три секції і вентилятори з діаметром колеса 2,8 м. При довжині труб 4 м встановлюють один вентилятор, при довжині 8 м -- два, при довжині 12 м -- три вентилятори. Для апаратів горизонтального типу доцільне деяке збільшення діаметру вентилятора, наприклад до 3,2 м.

При зигзагоподібному розташуванні секцій можливе розміщення в межах заданої площі більшого числа секцій і більшої поверхні, чим при їх горизонтальному розташуванні, Наприклад, застосовують апарати з шістьма зигзагоподібно розташованими секціями з труб завдовжки 6 м і одним вентилятором.

Для виготовлення коліс і дифузора доцільне застосування склопластиків. Вентилятор приводиться через редуктор або клиноремінну передачу.

Один з шляхів збільшення теплового навантаження процесу -- збільшення поверхні теплообміну. Цього можна досягти шляхом обребрення труб. Обребрення буває поперечним і подовжнім, на практиці зазвичай використовують поперечне як ефективніше.

Оскільки коефіцієнт тепловіддачі з боку теплоносія усередині труби зазвичай в 10 -- 200 разів більше, представляється доцільним використовувати поверхню теплообміну з високим відношенням площі, що контактує з повітрям, до площі, омиваної іншим теплоносієм. Труби з високими ребрамі задовольняють цим вимогам (площа поверхні в 15 ч 25 разів більша, ніж площа поверхні внутрішньої труби).

Ребра, зазвичай алюмінієві, можуть бути просто запресовані в неглибокі пази на зовнішній поверхні труби, яка виготовлена з будь-якого металу, не схильного до корозії. При цьому, проте, із-за корозії погіршується зчеплення ребра з трубою з можливим істотним зниженням теплопередачі переважніші ребра з відбортовкою, оскільки при цьому забезпечується кращий контакт з трубою і кращий захист від дії атмосфери. Для суцільних ребер, які виготовляють з товстостінної алюмінієвої труби механічною обробкою, проблеми корозії не існує. Усередині обребреної труби може бути встановлена внутрішня труба з будь-якого потрібного для теплоносія матеріалу, при цьому забезпечується щільна посадка вкладиша в трубі. Для всіх типів оребренных труб існують граничні температури, при перевищенні яких порушується контакт між трубою, що несе, і вкладишем і виникає контактний термічний опір.

Коефіцієнт обребрення, рівний відношенню поверхні обребреної труби до зовнішньої поверхні гладкої труби по підставі ребер, складає 9 ч 23. Оребрення виконують глибокою спіральною накаткою труб з алюмінієвого сплаву, що деформується, а також завальцовкой в спіральну канавку на трубі або приварюванням металевої стрічки або напресовкою ребер (рис. 45).



Рис. 45. Труби з поперечним обребренням:

а -- накатаним; б -- завальцованным; в -- напресованим

Широко застосовують біметалічні труби з накатаним обребренням, у яких, залежно від корозійної активності і температури охолоджуваного середовища, внутрішню трубу виконують із сталі вуглецевою або легованою, або з латуні. Наприклад, для конденсаторів бензину, що містить хлористий водень і сірководень, внутрішні труби виготовляють з латуні ЛОМш70-1-0,05. В цьому випадку трубні грати з боку продукту наплавляють шаром латуні завтовшки 6-8 мм, а кришки захищають бакелітовим лаком, тонким шаром титанового сплаву і ін. Кришки також можна виготовляти цілком з коррозійно стійких сплавів, наприклад з титану. Для захисту від атмосферної корозії труби з обребренням з вуглецевої сталі оцинковують зовні. Внутрішня труба біметалічних труб має розмір 25 х 2 мм.

З метою підвищення ефективності і надійності магістральних газопроводів на компресорних станціях газ, що транспортується, охолоджують в апаратах повітряного охолоджування. Ці апарати мають конструктивні особливості: відрізняються числом трубних секцій, завдовжки, обребренням і розташуванням труб в секціях, числом і розташуванням вентиляторів (верхнє -- над трубними секціями, нижнее -- під трубними секціями), потужністю електродвигунів вентиляторів і т. д.

При охолоджуванні газу збільшується продуктивність трубопроводу, потрібно менше енергії установок компримирова- ния на транспорт газу, знижується температура трубопроводу і, отже, зменшується швидкість корозії металу труб, підвищується термін служби ізоляційних покриттів трубопроводів.

АПО є основним пристроєм, вживаним при охолоджуванні великих потоків газу. При транспорті великих потоків газу потрібні великі поверхні охолоджування, тому доцільно використовувати АПО з одиничною поверхнею до 25000 м² і з коефіцієнтами обребрення 14,6 і 22. Охолоджування газу на КС здійснюється в апаратах повітряного охолоджування 2АВГ-75, АВЗ-Д-9, 2АВГ-100 і ін. АПО газу на КС зазвичай підключають по паралельній схемі.

Для охолодження газу високого тиску (до 16 МПа) створені спеціальні апарати АВГП-160, АВГ-125, АВГ-160/6-3-8, які застосовують на компресорних станціях підземних сховищ і в установках комплексної підготовки газів на газокондесатних родовищах. Технічні характеристики цих апаратів наведені у таблицях.

Рис.46. Апарат повітряного охолодження АВГ-75

1- панели металоконструкцій; 2- крестові зв'язки між панелями; 3 - двигун; 4 - колесо вентилятору; 5 - дифузор з коллектором; 6 - трубна секція АПО.



Таблиця 20 Характеристики окремих вузлів АПО типу 2АВГ-75

Вузіл	Число	Габаритні розмирі,мм	Маса, т
Панелі типу П-1	3	6000 х 4100	1
Крестові зв'язки	2	-	-
Колесо вентилятора	2	5000	1
Дифузор з колектором	2	5750х6000	1,5
Трубна секція	3	11800х2000	12
Двигун	2	-	6

Таблиця 21 Характеристики АПО типу 2АВГ-100

Показник	Одиниця виміру	Значення
Робочий тиск	МПа	8,3
Поверхня теплообміну по оребренню	м2	9930
Кількість труб в апараті	шт	528
Кількість рядів труб	шт	6
Кількість теплообмінних секцій	шт	2
Коефіціент оребрення труб	-	20
Площа перетину труб по газу	м2	0,183
Установлена потужність електроприводів	кВт	37
Кількість двигунів на апарат	шт	2
Габарити апарату:	мм
довжина		12520
ширина		6190
висота		4930
Маса апарата	кг	38010
Ресурс до капремонту, не менш	години	28000

Таблиця 22 Характеристики АПО типу АВГП-160

Показник	Одиниця виміру	Значення
Число вентиляторів	шт	8
Діаметр колеса вентилятора	м	0,8
Витрата по газу	м3 / годину	20850
Поверхня охолодження	м2	960
Коефіціент оребрення труб	-	9
Тиск	МПа	16,0
Температура газу:	оС
на вході в апарат		90
на виході з апарату		45
Температура повітря	оС	30
Сумарна потужність електродвигунів	кВт	24
Габаритні розміри	м	5,45х3,04х1,81
Маса	кг	760

Таблиця 23 Характеристики АПО типу АВГ-125

Показник	Одиниця виміру	Значення
Діаметр колеса вентилятора	м	5
Витрата по газу	м3 / годину	1670000
Поверхня охолодження	м2	2700
Коефіціент оребрення труб	-	9
Тиск	МПа	16,0
Температура газу:	оС
на вході в апарат		100
на виході з апарату		65
Температура повітря	оС	45
Сумарна потужність електродвигунів	кВт	90
Габаритні розміри	м	6,55х64,3х4,75
Маса	кг	22400

Таблиця 24 Характеристики АПО типу АВГ-160/6-3-8

Показник	Одиниця виміру	Значення
Число вентиляторів	шт	4
Діаметр колеса вентилятора	м	2,8
Витрата по газу	м3 / годину	5000000
Поверхня охолодження	м2	7920
Коефіціент оребрення труб	-	14,6
Тиск	МПа	16,0
Сумарна потужність електродвигунів	кВт	160
Габаритні розміри	м	11,1х8,9х4,5
Маса	кг	4500

ПРИКЛАД ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ АПАРАТА ПОВІТРЯНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ

Теплообмінник призначений для охолодження потоку паливного природного газу перед камерою згоряння газотурбінної установки з двигуном ДГ-90. Теплообмінник забезпечує зниження температури газу до заданого рівня, обумовленого паспортними характеристиками двигуна. Охолодження газу здійснюється потоком атмосферного повітря.

Загальна характеристика систем холодженняо природного газу

Витрата газу максимальна, 5600 (4032)

Температура газу на вході максимальна, ^оС 125

Температура газу на виході максимальна, ^оС 55

Тиск газу на вході в теплообмінник номінальний, МПа 2,5

Витрата охолодного повітря номінальна, 32947

Кількість вентиляторів, шт. 2

Температура повітря в зимовий період, ^оС мінус 13

Температура повітря в літній період, ^оС 40

Кількість секцій теплообмінника в системі охолодження, шт 2

Схема руху потоків газу і повітря поперечноточна

Настановна потужність електродвигунів вентиляторів, кВт 2,8

Габарити системи охолодження, м, не більш 4,0х1,7х2,7(h)

Тепловая нагрузка, кВт, не более 197,0 5

Характеристика трубчасторебристого теплообмінника

Секція трубчасторебристого теплообмінника приведена на рис.47.

Ескіз елемента оребреної труби показана на рис. 48 з указівкою характерних розмірів.

Характеристики трубчасторебристої поверхні.

Зовнішній діаметр сталевий труби , мм 25

Внутрішній діаметр сталевий труби, , мм 20

Товщина стінки сталевий труби, , мм 2,5

Діаметр ребра, , мм 65

Діаметр основи ребра, , мм 28

Висота ребра, , мм 18,5

Рис.47 Схема однієї секції теплообмінника

Рис. 48 Ескіз елемента оребренної труби

Товщина ребра у основи, , мм 1,8

Товщина ребра у вершини, , мм 0,8

Товщина шару алюмінію, наплавленого на сталеву трубу,, мм 1,5

Довжина оребреної частини труби, , мм 3500

Шаг оребрення, , мм 4,5

Габарити секції теплообмінника, , мм 4000х830х380

Кількість ребер на одному погонному метрі труби, п₁, шт. 222

Внутрішня поверхня одного погонного метра труби, , м² 0,0659

Середня товщина ребра, , мм 1,3

Площа поверхні ребер на одному погонному метрі труби,, м² 1,258

Міжреберна зовнішня поверхня одного погонного метра труби,, м² 0,0528

Зовнішня поверхня одного погонного метра оребреної труби, , м² 1,3108 Зовнішня поверхня одного погонного метра гладкої сталевої труби,,, м² 0,08792 Коефіцієнт оребрення, віднесений к внутрішньої поверхні труби, 19,9 Коефіцієнт розвитку зовнішньої поверхні (коефіцієнт оребрення, віднесений

к зовнішньої поверхні сталевої труби), 14,9

Маса одного погонного метра сталевої труби, , кг 1,38

Маса алюмінію на одному погонному метрі оребреної труби, , кг 2,44

Маса одного погонного метра оребреної труби, , кг 3,82

Маса, алюмінію, що приходиться на один квадратний метр оребреної

поверхні, , кг 1,86

Маса оребреної труби, що приходиться на один квадратний метр

оребреної поверхні, , кг 2,91

Кількість труб в однієї секції, , шт. 46

Кількість труб в двох секціях, , шт. 92

Поперечний шаг труб, , мм 68

Подовжній шаг труб, , мм 57

Загальна поверхня оребренных труб одной секции, , м² 211

Загальна поверхня оребренных труб двух секций, , м² 422

Загальна довжина труб в однієї секції, , м 161

Загальна довжина труб в двох секціях, , м 322

Загальна довжина вставок сталевої проволоки (), м 330

Маса оребренних труб в однієї секції, , кг 615

Маса оребренних труб в двох секціях, , кг 1230

Характеристики теплообменника

1.Маса однієї секції, кг 935

2.Маса дв0х секцій, кг 1870

3.Габарити однієї секції, м 4,0х0,83х0,38(h)

4.Габарити двох секцій, м 4,0х1,68х0,38(h)

5.Умовний діаметр приєднувального фланца, мм 150

6.Число ходів, шт 2

7.Число рядів труб по кожному ходу потоку повітря, шт 2

8.Розташування труб в пучку шахове

9.Кількість труб в першому ході, шт 23

10.Кількість труб во другому ході, шт. 23

11.Кількість вставок для труб, шт 46

Дійсний розрахунок є перевірочним. Його метою є визначення відповідності, розглянутої конструкції теплообмінника гідравлічним і тепловим навантаженням на систему охолодження природного газу.

Рис.49 Схема руху потоків природного газу і повітря через секції теплообмінника

Властивості природного газу, використовувані в розрахунках

Характеристика	На вході	На виході	Після першого ходу
Р, МПа	2,5	2,45	2,475
t, оС	125	55	77
, кг/м3	12,808	15,230	14,418
ср, кДж/кг К	2,604	2,419	2,477
, Вт/м К	0,0419	0,03579	0,0377
, м2/с	1,069	0,768	0,863
Pr	0,855	0,791	0,811
Z	0,96	0,96	0,96
, Па с	13,7	11,7	12,33
а, м2/с	1,256	0,971	1,061

де р - абсолютний тиск; t - температура; - густина; с_р- питома теплоємність; - коефіцієнт теплопровідности; - коефіцієнт кінематичної в'язкості; Pr - число Прандтля; Z - коефіцієнт стисливості; - коефіцієнт динамічної в'язкості; а - коефіцієнт температуропровідности.

1. Теплова потужність двохсекційного теплообмінника по рівнянню балансу природного газу

де =1,12 кг/с - масова витрата природного газу через теплообмінник;

- середня питома теплоємність,

індекси ` і `` позначають значення параметра на вході і виході з теплообмінника.

2. Об'ємна витрата стиснутого газу на вході в труби теплообмінника



3. Об'ємна витрата охолодженого газу на виході з труб теплообмінника

4. Площа прохідного перетину труб в двохрядному пучкі

де =12+11=23 тр. - загальне число труб в двох рядах однієї секції.

5. Припустимо, що ступінь охолодження природного газу неоднакова в першому і в другому ходах теплообмінника за різних потенціалів рушійних сил. Приймаємо в першому наближенні, що в першому ході від газу відводится 134 кВт, а в другому ході 63 кВт.

6. Температура газу на виході з труб першого ходу:

,

де =;

кВт - тепловідвод в рядах труб першого ходу.

7. Температура повітря на виходе з теплообмінника

,



де =40 ^оС - температура повітря на вході в теплообмінник;

32947 м³/ч - витрата повітря по паспорту вентиляторів при спільної їх роботі;

кг/м³ - густина повітря при 40 ^оС;

с_В=1,005 кДж/кг К - питома теплоємність повітря при 40 ^оС.

8. Температура повітря на виходе з пучка труб другого ходу:

.

9. Середній температурний напір при умовному противоточному руху газу і повітря в пучку труб першого ряда.

t = 125 - 59 = 66 ^оС

t_м = 77,4 - 46,1 = 31,3 ^оС

t / t_м = 66/31,3 = 2,11 > 1,7

10. Поправочний коефіцієнт для обліку відхилення потоків від протиточного руху

Р = (t_В2 - t_В2) /(t_Г2 - t_В1) = (59 - 46,5) / (125 - 46,5) = 0,159;

R = (t_Г - t_Г1) /(t_В - t_В1) = (125 - 77,4) / (59 - 46,5) = 3,808

11. По розрахованим значенням Р і R на графіку П14 [ 2 ] знаходим значення поправочного коефіцієнта для пучка труб першого хода

₁ = 0,95

12. Середний температурний напір при перехресному потокові газу і повітря в пучку труб першого ходу

13. Середній температурный напор при умовному протиточному руху потоків в пучку труб другого ходу

t = 77,4 - 46,1 = 31,3 ^оС

t_м = 55 - 40 = 15 ^оС

t / t_м = 31,3/15 = 2,09 > 1,7

14. Поправочний коефіцієнт для обліку відхилення потоків від протиточного руху

Р = (t_В2 - t_В) /(t”_Г1 - t_В) = (46,1 - 40) / (77,4 - 40) = 0,163;

R = (t”_Г1 - t_Г) /(t_В2 - t_В) = (77,4-55) / (46,1-40) = 3,672

15. По розрахованим значенням Р і R на графіку П14 [ 2 ] знаходим значення поправочного коефіцієнта для пучка труб другого ходу

₁ = 0,95

16. Середний температурний напір при перехресному потокові газу і повітря в пучку труб другого ходу

17. Коефіцієнт теплопередачі для пучка труб першого ходу



кВт/м² К,

де м² - теплообмінна поверхня пучка труб першого ходу.

18. Коефіцієнт теплопередачі для пучка труб другого ходу

кВт/м² К,

де м² - теплообмінна поверхня пучка труб другого ходу.

Вивод: Отримані значення коефіцієнтів теплопередачі практично рівні, що говорить о вірності розподілу теплових навантажень між пучками труб першого і другого ходів. Рівність коефіцієнтів теплопередачі обумовлено також тим, що лімітуючий термічний опір теплопередачі знаходиться зі сторони охолодного повітря.

19. Швидкість газу в трубах першого ходу:

20. Швидкість газу в трубах другого ходу:

21. Число Рейнольдса газу в трубах першого хода



22. Число Рейнольдса газу в трубах другого хода

23. Число Нуссельта газу в трубах першого ходу

24. Число Нуссельта газу в трубах другого ходу

где - число Прандтля газа при 59 ^оС;

=0,775 - число Прандтля газа при 40 ^оС;

при

25. Коефіцієнт тепловіддачі від газу к трубам першого ходу

Вт/м² К

26. Коефіцієнт тепловіддачі від газу к трубам другого ходу

Вт/м² К

27. Площа захаращення оребренними трубами поперечного перетину теплообмінника

F_з = [d_{o op} + _ор 2 h_р n¹ _ор] Z¹_тр 2=

= 0,028 3,5 + 0,0013 2 0,0185 222 3,5 12 2 = 3,249 м².

28. Площа поперечного перетину теплообмінника в месці оребрення

F_с = a _op=(2 0,82) 3,5 = 5,74 м².

29. Площа живого перетину теплообмінника для проходу повітря

F_ж.c. = F_т - F_з = 5,74 - 3,249 = 2,491 м²

Доля живого перетину

f_ж.с. = F_ж.c. / F_т = 2,491 / 5,74 = 0,434 ( 43,4 %)

30. Властивості повітря при середніх його температурах в пучках труб першого і другого ходів

= 52,5 ^oC = 43 ^oC

_В1 = 17,99 10^-6 м²/с ; _В2 = 17,92 10^-6 м²/с ;

_В1 = 0,0285 Вт/м² К ; _В2 = 0,0278 Вт/м² К ;

_В1 = 1,085 кг/м³ ; _В2 = 1,117 кг/м³.

31. Швидкість повітря в пучку труб першого ходу



32. Швидкість повітря в пучку труб другого ходу

,

де =1,1283 кг/м³ - густина повітря при 40 ^оС.

33. Число Рейнольдса для повітря в пучку труб першого хода

34. Число Рейнольдса для повітря в пучку труб другого хода

35. Коефіцієнт, враховуючий нерівномірність тепловіддачі по висоті ребра

де - коефіцієнт тепловіддачі к повітрю зі сторони ребра, прийнятий в першому наближенні.

36. Діагональний шаг труб в шаховому пучку

37. Поправка, враховуюча компоновку шахового пучка труб

38. Поправка на кількість рядов труб, обумовлена при допомоги рис. 6.6 [ 2 ]

39. Число Нуссельта повітря для шахового пучка труб першого хода

,

де с=0,223; п=0,65 - коефіцієнт і показник ступеня для шахового пучка труб.

40. Число Нусельта повітря для шахового пучка труб другого хода

.

41. Допоміжний коефіцієнт тепловіддачі к повітрю для пучка труб першого хода

Вт/м² К

42. Допоміжний коефіцієнт тепловіддачі к повітрю для пучка труб другого хода

Вт/м² К

43. Коефіцієнти тепловіддачі зі сторони повітряного потоку, віднесені к повної оребренної поверхні пучків труб першого і другого ходів:

44. Критерій Био для пучків труб першого і другого ходів

45. Допоміжні комплекси для пучків першого і другого ходів

46. Допоміжне відношення:

47. Коефіцієнти ефективності круглих ребер визначаємо по графику рис.П8 [ 2 ]

для пучків першого і другого ходів.

48. Коефіцієнти тепловіддачі зі сторони повітря, приведені к повної оребренної поверхні пучків труб першого і другого ходів

49. Коефіцієнти теплопередачі через ребристі стінки для пучків труб першого і другого ходів

50. Розрахунковий тепловідвід з пучка труб першого хода

51. Розрахунковий тепловідвід с пучка труб другого хода

52. Сумарний тепловідвід з теплообмінника

Вивод: Розрахунковий тепловідвід пропонованого теплообмінника виявився на 21,2 кВт менше необхідного (на 10,7%). Тому необхідно інтенсифікувати коефіцієнт тепловіддачі зі сторони природного газу установкою усередині труб витеснителя зі сталевий проволоки діаметром 8 мм. оребренна трубка d=20 мм

витеснитель d = 8 мм

Рис. 50 Схема кільцевого каналу

53. Швидкості газа в кільцевих каналах першого і другого ходів

,

де - діаметр проволоки.

54. Числа Рейнольдса газа в кільцевих каналах першого і другого пучків

55. Числа Нусельта газа при його течії в порожній трубі

56. Числа Нуссельта газа при його течії в кільцевих каналах

57. Коефіцієнти тепловіддачі від газа к стінкам

Вт/м² К

Вт/м² К

58. Коефіцієнти теплопередачі через ребристу стінку

59. Розрахунковий тепловідвід

60. Сумарний тепловідвід з теплообмінника

Вивод: Теплообмінник задовольняє умовам технічного завдання



ЛІТЕРАТУРА

1. Тугунов П.И. Машины и оборудование газонефтепроводов. - Уфа: Уфим.нефт.ин-т, 1990. - 185 с.

2. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена. - Учебн. Пособие для ВУЗов.- М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

3. Машины и оборудование газонефтепроводов: Учебное пособие для вузов/ Ф.М. Мустафин, Н.И. Коновалов, Р.Ф. Гильметдинов и др. - Уфа: Монография, 2002. - 384 с.

4. Коршак А.А., Новосёлова Л.П. Нефтеперекачивающие станции: Учебное пособие. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2008. - 384 с.

5. Експлуатаційникові газонафтового комплексу. Довідник /В.В. Розгонюк, Л.А. Хачикян, М. А. Григель, О.С. Удалов, В.П. Нікішин. - Київ: Росток, 1998. - 432 с.

6. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. - Уфа: ООО “ДизайнПолиграфСервис”, 2002. - 658 с.

Размещено на Allbest.ru