ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОХЛАДИТЕЛЬНЫХ ГОФРА ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АВО-101 НА ГПЗ

АННОТАЦИЯ

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) играют ключевую роль в технологических процессах газоперерабатывающих заводов (ГПЗ), обеспечивая эффективное охлаждение газовых потоков. Эффективность работы АВО напрямую влияет на стабильность и экономичность производственных процессов. Однако в условиях жаркого климата, особенно в летний период, эффективность стандартных АВО может снижаться из-за высокой температуры окружающего воздуха. Для решения этой проблемы внедряются различные методы, одним из которых является повышение эффективности АВО с применении охладительных гофра панелей. В данной статье рассматриваются особенности эксплуатации и оптимизации работы АВО-101 на ГПЗ, а также перспективы совершенствования данных аппаратов с использованием гофра панелей.

ABSTRACT

Air-cooled heat exchangers (ACH) play a key role in the technological processes of gas processing plants (GPP), ensuring efficient cooling of gas flows. The efficiency of ACH directly affects the stability and cost-effectiveness of production processes. However, in hot climates, especially during the summer period, the efficiency of standard ACH units may decrease due to high ambient air temperatures. To address this issue, various methods are implemented, one of which is enhancing ACH efficiency through the use of cooling corrugated panels. This article examines the operational features and optimization of ACH-101 at GPP, as well as prospects for improving these units using corrugated panels.

Ключевые слова: аппараты воздушного охлаждения (АВО), газовый поток, гофра-панели, оребренные трубы, адиабатическое охлаждение.

Keywords: air-cooled heat exchangers (ACH), gas flow, corrugated panels, finned pipes, adiabatic cooling.

Введение

В условиях современного газоперерабатывающего производства, аппараты воздушного охлаждения (АВО) являются неотъемлемым элементом, обеспечивающим поддержание оптимального температурного режима технологических потоков. Их надежная и эффективная работа – залог стабильности и рентабельности всего предприятия. В то же время, эксплуатация АВО в регионах с жарким климатом сопряжена с трудностями, обусловленными снижением их производительности под воздействием высоких температур окружающей среды. Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является модернизация АВО с применением охладительных гофра панелей. Данная работа посвящена изучению практических аспектов эксплуатации и поиску путей оптимизации работы АВО-101 на газоперерабатывающем заводе, а также исследованию возможностей повышения эффективности этих аппаратов посредством интеграции гофра панелей.

Материалы и методы

АВО-101 представляет собой аппарат воздушного охлаждения, в котором тепло от охлаждаемой среды передается окружающему воздуху. Аппараты воздушного охлаждения состоят из трубчатых теплообменных секций, вентиляторов, рамы и опорных конструкций.  В модели АВО-101 используются алюминиевые оребренные трубы, которые повышают коэффициент теплоотдачи и способствуют более эффективному охлаждению [1]. Принцип работы основан на принудительной циркуляции воздуха, обеспечиваемой вентиляторами. Охлаждаемая среда, проходя по трубчатым секциям, отдает тепло окружающему воздуху, который нагнетается через теплообменные элементы. В результате температура газа или жидкости снижается до заданных параметров перед подачей в дальнейшие процессы [2]. Эффективность работы аппаратов воздушного охлаждения зависит от нескольких факторов:

- температура окружающей среды: в жаркие периоды эффективность теплообмена снижается, что требует дополнительных решений [3];

-  скорость воздушного потока: недостаточная скорость воздушного потока приводит к снижению теплоотвода;

- загрязнение теплообменных поверхностей: наличие отложений на трубках снижает теплоотдачу и требует регулярной очистки [4];

- расположение оборудования: установка АВО в зонах с высокой запыленностью может привести к снижению КПД вентиляторов;

- расход охлаждаемой среды: несоответствие расхода охлаждаемой среды расчетному значению может привести к перегреву или переохлаждению;

- техническое состояние оборудования: износ вентиляторов, насосов и других элементов снижает надежность и эффективность работы АВО.

Для увеличения производительности и надежности работы АВО-101 применяются следующие методы:

- регулярная очистка и техническое обслуживание: контроль за состоянием теплообменных трубок и вентиляторов предотвращает снижение КПД.  [5];

- оптимизация режима работы вентилятора: регулирование скорости вентилятора позволяет снизить энергопотребление;

- модернизация трубного пучка: замена трубного пучка на более современный с улучшенными характеристиками теплообмена;

- автоматизация процессов управления: использование датчиков температуры и скорости воздушного потока позволяет оптимизировать работу оборудования в зависимости от условий эксплуатации [6];

- использование адиабатического охлаждения: предварительное охлаждение воздуха позволяет повысить эффективность работы АВО в жаркое время года. А применение гофра-панелей с водяным охлаждением позволяет снизить температуру входящего воздуха и повысить эффективность охлаждения.

Внедрение охладительных гофра панелей для аппаратов воздушного охлаждения АВО-101 на газоперерабатывающих заводах является эффективным решением для повышения производительности и энергоэффективности в условиях повышенных температур окружающей среды. Охлаждающие гофра-панели представляют собой конструкцию из тонких металлических листов с гофрированной поверхностью, которая устанавливается перед теплообменными секциями АВО.  Принцип их действия основан на следующем:

1. Увеличение площади теплообмена: гофрированная поверхность значительно увеличивает площадь контакта воздуха с теплообменником, что приводит к более эффективной теплопередаче.

2. Турбулизация воздушного потока: гофрированная структура создает турбулентные потоки воздуха, которые интенсифицируют теплообмен и препятствуют образованию застойных зон.

3. Предварительное охлаждение воздуха: гофра панели частично охлаждают входящий воздух за счет конвективного теплообмена с окружающей средой, снижая нагрузку на основные теплообменные секции АВО.

Внедрение охладительных гофра панелей на АВО-101 на ГПЗ может принести ряд значительных преимуществ:

• за счет более эффективного теплообмена снижается температура охлаждаемой среды на выходе из АВО, что позволяет увеличить производительность технологических установок;
• улучшение теплообмена приводит к снижению нагрузки на вентиляторные установки АВО, что снижает энергопотребление и, следовательно, эксплуатационные затраты;
• поддержание оптимальной температуры охлаждаемой среды снижает термические нагрузки на технологическое оборудование, продлевая срок его службы;
• снижение энергопотребления приводит к сокращению выбросов парниковых газов, способствуя улучшению экологической обстановки в регионе.

Исходя из вышерассмотренного, можно сказать, что аппараты воздушного охлаждения АВО-101 играют важную роль в технологическом процессе газоперерабатывающих заводов, обеспечивая охлаждение газа и жидкостей. Эффективность их работы зависит от множества факторов, включая температуру окружающей среды, чистоту теплообменных элементов и мощность вентиляторов.

Результаты и обсуждение. Для совершенствования процесса используются различные технологические решения, такие как автоматизированное управление и адиабатическое охлаждение. Перспективы развития АВО связаны с внедрением новых технологий и материалов, позволяющих повысить эффективность и надежность данных аппаратов. Именно, поэтому нами было предложено применение охладительных гофра-панелей для повышения эффективности АВО, а также для обеспечения их работы на полной мощности. Данная система позволила снизить температуру внешнего сухого горячего воздуха на выходных частях агрегатов ГХА-100 и ГХА-200, а также на теплообменниках охлаждения (АВО-001А, АВО-001В) и установках очистки наружного воздуха (ВОУ).  В результате чего снизилось давление на входе в магистральные газопроводы, что привело к увеличению добычи природного газа и дополнительному извлечению газового конденсата.  Ниже приведена таблица работы АВО-101 с применением охладительных гофра панелей (табл. 1). Таблица содержит данные о работе трех аппаратов воздушного охлаждения (АВО) модели 101 (АВО-101/1, АВО-101/2 и АВО-101/5) на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ). Данные представлены для работы АВО как без использования, так и с использованием охладительных гофра-панелей.  Измерения проводились в одно и то же время (14:00) при одинаковой внешней температуре воздуха (38°C).

Таблица 1.

Эффективность работы АВО-101 на ГПЗ с применением охладительных гофра панелей

Таблица демонстрирует, что применение охладительных гофра-панелей значительно повышает эффективность работы АВО-101 на ГПЗ, обеспечивая существенное снижение температуры выходящего потока.

Положительная оценка эффективности применения гофра панелей на АВО-101 была проведена на основе следующих показателей:

1. Снижение температуры охлаждаемой среды на выходе из АВО.

2. Увеличение производительности технологической установки.

3. Снижение энергопотребления вентиляторами АВО.

Заключение

Таким образом, применение охладительных гофра панелей на аппаратах воздушного охлаждения АВО-101 на ГПЗ представляет собой перспективный способ повышения эффективности работы оборудования, снижения энергопотребления и улучшения экологических показателей.  Результаты оценки эффективности внедрения гофра панелей на АВО-101, основанные на данных мониторинга и анализа технологических параметров, позволят оценить целесообразность их широкого применения на других объектах ГПЗ.

Список литературы:

1. Шишкин Б. В. Аппараты воздушного охлаждения: учебное пособие. – Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2022. – 101 с.
2. Давлетов К. М., Кононов В. И. Аппарат воздушного охлаждения сырого газа с внешней рециркуляцией воздуха. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. – 284 с.
3. Шибитова Н. В., Шибитов Н. С., Голованчиков А. Б. Аппараты воздушного охлаждения. – Волгоград, 2019. – 96 с.
4. Зеттлер Х. У. Влияние свойств поверхности и распределения потока на загрязнение поверхностей теплообмена. – СПб.: Страта, 2014. – 449 с.
5. Акулов К. А., Голик В. В., Пономарёва Т. Г. Очистка аппаратов воздушного охлаждения газа // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12-3. – С. 453–456.
6. Артюхов И. И. Автоматическое управление аппаратами воздушного охлаждения на объектах ГПЗ // Автоматизация и управление. – 2003. – № 1. – С. 33–36.