аппарат воздушного охлаждения газа

Формула изобретения

1. Аппарат воздушного охлаждения газа, характеризующийся тем, что он содержит вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает работающий под давлением сосуд для внутритрубной среды, преимущественно газа, выполненный в виде многорядного одноходового пучка оребренных труб, сообщенных с камерами входа и выхода газа и через них с коллекторами подвода и отвода газа, причем оребренные трубы расположены в пучке со смещением в каждом ряду относительно труб в смежных рядах, а ряды труб отделены друг от друга дистанцирующими элементами, выполненными в виде складчатых пластин с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми участками, образующими опорные площадки под трубы смежных по высоте пучка рядов, причем конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков размещены относительно плоскости, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков элемента, в высотном диапазоне величин: от превышения на величину ₁ над этой плоскостью на часть толщины дистанцирующего элемента, составляющую ₁=-А, где А - амплитуда складки, до расположения ниже упомянутой плоскости на величину ₂0,11d, а шаг n складок по длине дистанцирующего элемента составляет n=(1,01-1,75)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая секция корпуса аппарата выполнена в виде имеющего каркас сосуда для внешней охлаждающей среды с продольными боковыми стенами, поперечными торцевыми стенами, образованными камерами входа и выхода внутритрубной среды, и днищем, образованным корпусами диффузоров вентиляторов, которые установлены под теплообменными секциями.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в него с рабочим давлением от 5 до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций преимущественно магистральных газопроводов, при этом при двух теплообменных секциях аппарат выполнен на пропуск 150000-500000 м³/ч охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С, и давление, составляющее 0,101325 МПа, в качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций, а в качестве вентиляторов - лопастные вентиляторы.

4. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что конструкция труб и камер входа и выхода охлаждаемого газа, образующая сосуд, работающий под давлением, выполнена на рабочее давление газа, составляющее 7,00-9,00 МПа, преимущественно 7,36; 8,35 и 8,92 МПа.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из материала, не теряющего своих прочностных свойств при работе в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже -60°С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответствующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что теплообменные секции размещены горизонтально или с уклоном от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего опорную пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций установлены на пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть дистанцирующих элементов выполнена по длине составной из отдельных, не соединенных между собой частей, установленных по ширине пучка соосно друг с другом.

8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выпуклые и вогнутые участки, по крайней мере, части дистанцирующих элементов очерчены по примыкающим друг к другу дугам окружности, радиус R которой со стороны контакта с ребрами труб составляет R=(1,0-1,12)d, ширина дистанцирующего элемента m=(0,15 -2,8)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

9. Аппарат по п.8, отличающийся тем, что диаметр оребрения труб по внешнему контуру ребер труб R=57 мм, шаг труб в ряду составляет (69±2) мм, шаг рядов труб в пучке - 57,2 мм, шаг дистанцирующих элементов по длине труб -1323 мм, ширина дистанцирующего элемента (30±2) мм, толщина его 10 мм, а радиус R вогнутых участков составляет 28,5 мм.

10. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что под каждой секцией установлено от одного до шести вентиляторов, причем каждый вентилятор размещен в аэродинамическом защитном кожухе, содержащем диффузор и коллектор плавного входа, при этом коллектор плавного входа выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате и преимущественно круглым в плане, причем входное устье кожуха в зоне перехода коллектора в диффузор выполнено диаметром, составляющим 0,6-0,95 ширины теплообменной секции, а диффузор кожуха каждого из вентиляторов выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции с конфигурацией контура выходной кромки, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции.

11. Аппарат по п.10, отличающийся тем, что вентиляторы выполнены преимущественно двух- или трехлопастными и с регулируемым изменением угла поворота лопастей, с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным от тихоходного электродвигателя мощностью, составляющей предпочтительно 2,5-12,0 кВт, и номинальной частотой вращения предпочтительно 290-620 мин^-1.

12. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что продольные стены каркаса секции снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем каждая теплообменная секция выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов труб, расположенных по высоте панели, составляет от 4 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы выполнены преимущественно биметаллическими с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

13. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, и содержит образующую переднюю боковую часть трубную доску, в которую заделаны концы труб пучка, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской, которая выполнена с отверстиями, соосными с отверстиями в трубной доске.

14. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что коллекторы подвода или отвода газа сообщены с соответствующими камерами патрубками, причем входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу.

15. Аппарат по п.14, отличающийся тем, что патрубки для соединения с камерами входа и камерами выхода снабжены фланцами преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами камер входа и выхода выполнены с прокладками.

16. Аппарат по п.15, отличающийся тем, что фланцы выбраны под прокладки.

17. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что аппарат смонтирован на пространственной металлоконструкции, которая установлена на фундаменты с креплением к ним преимущественно анкерными болтами и выполнена из стержневых элементов - стоек и ригелей, причем ригели образуют плоскую в плане преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными и поперечными поясами, образующими опорные участки не менее чем под две теплообменные секции аппарата и отсеки не менее чем под четыре вентилятора, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными трехветвевыми, а промежуточные - плоскими V-образными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым, в частности, для охлаждения природного газа.

В общем случае АВО представляет собой аппарат, состоящий из двух основных частей: поверхности охлаждения (теплообменные секции) и системы подачи воздуха.

Основные конструктивные различия АВО заключаются в пространственном расположении теплообменных секций и взаимном расположении теплообменных секций и вентилятора. По виду взаимного направления движения теплоносителей АВО выполнены как аппараты перекрестного типа, в которых теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Охлаждающий воздух совершает однократный ток через пучок труб, а горячий технологический продукт, например газ, движется внутри труб.

Известен аппарат воздушного охлаждения газа, содержащий теплообменные секции, закрепленные в трубных решетках, с камерами подвода и отвода теплоносителя, вентиляторы с приводом и опорную металлоконструкцию (RU 2075714).

Известны аппараты воздушного охлаждения с горизонтальным расположением теплообменных секций нагнетательного типа, в которых вентилятор расположен до теплообменной секции по ходу движения воздуха (RU 2200907). Аппараты такого типа являются более простыми и удобными в обслуживании, но занимают большие площади, являются более металлоемкими и потребляют много энергии.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату заявляемого устройства является аппарат воздушного охлаждения природного газа с коллекторами подвода и отвода продукта 2АВГ-75(100), предназначенный для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов (см. В.Б.Кунтыш, А.Н.Бессонный и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. - СПб.: Недра, 1996, с.84-85, рис.2.37). Аппарат состоит из горизонтально расположенных секций коллекторного типа, собранных из оребренных биметаллических труб, которые обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого снизу осевыми вентиляторами с приводами от тихоходных электродвигателей. Теплообменные секции включают камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб. Материал труб: внутренних - сталь, оребрения - алюминий.

Недостатками известных АВО являются большое энергопотребление, значительная металлоемкость и трудоемкость изготовления, что делает их дорогими в изготовлении и эксплуатации. Большая протяженность труб, а также большие габариты и вес аппарата в целом приводят к большому расходу материала. Значительно высокая потребляемая мощность привода вентилятора вызвана большим аэродинамическим сопротивлением воздуха при движении его через пучок труб. Кроме этого воздух, набегающий на трубный пучок, имеет неравномерное скоростное поле, что не позволяет эффективно использовать всю теплообменную поверхность. Низкая скорость нагретого воздуха на выходе из теплообменных секций может привести к рециркуляции, то есть к обратному току воздушного потока в зону разрежения на всасе вентилятора и, следовательно, к энергетическим потерям. К значительным потерям мощности на перемещение теплоносителя (охлаждаемого природного газа) по трубам также приводит увеличение гидравлического сопротивления при распределении газа по трубам пучка из камеры его подвода. Работа отдельных узлов АВО, а именно коллекторов подвода и отвода газа, трубных камер и собственно пучка оребренных труб под давлением приводит к чрезмерным нагрузкам на элементы конструкции, расположенные в областях высокого давления, и к дополнительным гидравлическим потерям, связанным с неравномерностью потока газа, подаваемого на охлаждение. Работа в условиях агрессивных сред также требует использования в АВО коррозионно-стойких материалов, обеспечивающих его работоспособность в этих условиях.

Теплообменные секции АВО газа, выполненные из многорядного одноходового пучка оребренных труб, расположенных параллельно в горизонтальном направлении, являются эффективными средствами, обеспечивающими взаимодействие большой поверхности теплообмена с охлаждающим теплоносителем, преимущественно воздухом, движущимися в перекрестном направлении. Проблема, существующая с трубными пучками в таких аппаратах, заключается в необходимости обеспечивать надлежащую опору для индивидуальных труб с тем, чтобы трубы сохраняли свою конструкционную целостность в условиях действующих сил со стороны набегающего на трубный пучок охлаждающего воздуха. В этих условиях трубный пучок испытывает большие вибрации, которые усиливаются также и дополнительной турбулизацией охлаждающего теплоносителя (воздуха). Кроме того, для пучков труб, имеющих большие габариты и массу, большое значение имеет оптимизация параметров теплообменных элементов и их компактное размещение в теплообменной секции без ухудшения тепловой эффективности АВО.

Расположение труб в пучке, либо классически с шагом по равностороннему треугольнику, либо с увеличенным поперечным шагом, позволяет в значительной мере уменьшить потери напора на стороне воздуха. Увеличение длины труб до 18 м при традиционном их выполнении, способствуя повышению аппаратной тепловой мощности в связи с увеличением площади теплообмена, приводит к уменьшению жесткости и устойчивости пучка, значительным прогибам в вертикальной плоскости, зацеплению ребер труб смежных рядов, нарушению равномерного проходного сечения для воздуха, при этом ухудшаются гидродинамические условия обтекания трубного пучка и снижаются теплоаэродинамические характеристики аппаратов против расчетных.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности АВО как при изготовлении, так и в эксплуатации за счет снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления, а также уменьшения энергопотребления при одновременном увеличении надежности и улучшении ремонтопригодности конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что аппарат воздушного охлаждения газа, согласно изобретению, содержит вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным, с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями, каждая из которых включает работающий под давлением сосуд для внутритрубной среды, преимущественно газа, выполненный в виде многорядного одноходового пучка оребренных труб, сообщенных с камерами входа и выхода газа и через них с коллекторами подвода и отвода газа, причем оребренные трубы расположены в пучке со смещением в каждом ряду относительно труб в смежных рядах, а ряды труб отделены друг от друга дистанцирующими элементами, выполненными в виде складчатых пластин с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми участками, образующими опорные площадки под трубы смежных по высоте пучка рядов, причем конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков размещены относительно плоскости, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков элемента, в высотном диапазоне величин: от превышения на величину ₁ над этой плоскостью на часть толщины дистанцирующего элемента, составляющую ₁=-А, где А - амплитуда складки, до расположения ниже упомянутой плоскости на величину ₂0,11d, а шаг n складок по длине дистанцирующего элемента составляет n=(1,01-1,75)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

Каждая секция корпуса аппарата может быть выполнена в виде имеющего каркас сосуда для внешней охлаждающей среды с продольными боковыми стенами, поперечными торцевыми стенами, образованными камерами входа и выхода внутритрубной среды и днищем, образованным корпусами диффузоров вентиляторов, которые установлены под теплообменными секциями.

Аппарат может быть выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в него с рабочим давлением от 5 до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций преимущественно магистральных газопроводов, при этом при двух теплообменных секциях аппарат может быть выполнен на пропуск 150000-500000 м³/час охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С, и давление, составляющее 0,101325 МПа, в качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций, а в качестве вентиляторов - лопастные вентиляторы.

Конструкция труб и камер входа и выхода охлаждаемого газа, образующая сосуд, работающий под давлением, может быть выполнена на рабочее давление газа, составляющее 7,00-9,00 МПа, преимущественно 7,36, 8,35 и 8,92 МПа.

Кроме того, аппарат может быть выполнен из материала, не теряющего своих прочностных свойств при работе в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже -60°С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответствующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

Теплообменные секции могут быть размещены горизонтально или с уклоном от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб к коллектору подвода или отвода газа и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего опорную пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию, при этом каркасы теплообменных секций могут быть установлены на пространственной конструкции поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса секции.

По крайней мере, часть дистанцирующих элементов может быть выполнена по длине, составной из отдельных не соединенных между собой частей, установленных по ширине пучка соосно друг другу.

Выпуклые и вогнутые участки, по крайней мере, части дистанцирующих элементов могут быть очерчены по примыкающим друг к другу дугам окружности, радиус R которой со стороны контакта с ребрами труб составляет R=(1,0-1,12)d, ширина дистанцирующего элемента m=(0,15-2,8)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

Диаметр оребрения труб по внешнему контуру ребер труб R=57 мм, шаг труб в ряду может составлять 69±2 мм, шаг рядов труб в пучке - 57,2 мм, шаг дистанцирующих элементов по длине труб - 1323 мм, ширина дистанцирующего элемента 30±2 мм, толщина его 10 мм, а радиус R вогнутых участков может составлять 28,5 мм.

Под каждой секцией может быть установлено от одного до шести вентиляторов, причем каждый вентилятор может быть размещен в аэродинамическом защитном кожухе, содержащем диффузор и коллектор плавного входа, при этом коллектор плавного входа может быть выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате, и преимущественно круглым в плане, причем входное устье кожуха в зоне перехода коллектора в диффузор может быть выполнено диаметром, составляющим 0,6-0,95 ширины теплообменной секции, а диффузор кожуха каждого из вентиляторов может быть выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции с конфигурацией контура выходной кромки, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции.

Вентиляторы могут быть выполнены преимущественно двух- или трехлопастным и с регулируемым изменением угла поворота лопастей, с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным от тихоходного электродвигателя, его мощностью, составляющей предпочтительно 2,5-12,0 кВт и номинальной частотой вращения предпочтительно 290-620 мин^-1.

Продольные стены каркаса секции могут быть снабжены протяженными пристенными вытеснителями потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции, причем каждая теплообменная секция может быть выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели, число рядов труб, расположенных по высоте панели, может составлять от 4 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб в секции от 6 до 24 м, причем трубы могут быть выполнены преимущественно биметаллическими, с внешним слоем и оребрением из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

Каждая камера входа или выхода охлаждаемого газа может быть выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции аппарата, и содержит трубную доску, образующую переднюю боковую часть, в которую заделаны концы труб пучка, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской, которая может быть выполнена с отверстиями, соосными отверстиям в трубной доске.

Коллекторы подвода или отвода газа могут быть сообщены с соответствующими камерами патрубками, причем входной патрубок коллектора подвода газа и/или выходной патрубок коллектора отвода газа могут быть выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу.

Патрубки для соединения с камерами входа и камерами выхода могут быть снабжены фланцами, преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами камер входа и выхода могут быть выполнены с прокладками.

Фланцы могут быть выбраны под прокладки.

Аппарат может быть смонтирован на пространственной металлоконструкции, которая установлена на фундаменты с креплением к ним преимущественно анкерными болтами и выполнена из стержневых элементов - стоек и ригелей, причем ригели образуют плоскую в плане, преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными и поперечными поясами, образующими опорные участки не менее чем под две теплообменные секции аппарата и отсеки не менее чем под четыре вентилятора, а стойки выполнены угловыми и промежуточными, причем угловые стойки выполнены пространственными, трехветвевыми, а промежуточные - плоскими, V-образными.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в повышении эффективности теплообмена и увеличении теплопроизводительности аппарата, а также повышении срока службы аппарата за счет обеспечения жесткости и устойчивости пучка при одновременном исключении зацепления ребер труб смежных рядов и отсутствия нарушения равномерности проходного сечения для охлаждающего воздуха за счет предотвращения нарушения геометрии пучка в результате прогиба труб и оптимизации параметров теплообменных элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен АВО газа, вид сбоку;

на фиг.2 - то же, вид с торца;

на фиг.3 - теплообменная секция АВО газа, вид сбоку;

на фиг.4 - то же, вид по А-А на фиг.3;

на фиг.5 - узел Б на фиг.3, отображающий крепление оребренной трубы в трубной доске;

на фиг.6 - узел В на фиг.4, отображающий оребренные трубы пучка, разделенные дистанцирующими элементами;

на фиг.7 - пространственная металлоконструкция для установки теплообменных секций и вентиляторов в АВО газа, вид сбоку;

на фиг.8 - то же, вид сверху;

на фиг.9 - камера входа или выхода охлаждаемого газа АВО газа, вид с торца;

на фиг.10 - вид по Г- Г на фиг.9;

на фиг.11 - коллектор подвода или отвода газа АВО газа, вид сбоку;

на фиг.12 - дистанцирующий элемент - вариант с расположением опорных площадок под трубы в верхних вогнутых участках с превышением над условной плоскостью на величину ₁;

на фиг.13 - дистанцирующий элемент - вариант с расположением опорных площадок под трубы в верхних вогнутых участках ниже условной плоскости на величину ₂.

Аппарат воздушного охлаждения газа содержит вентиляторы 1 для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус 2 аппарата.

Вентиляторы могут быть выполнены преимущественно двух- или трехлопастным и с регулируемым изменением угла поворота лопастей, с приводом колеса вентилятора преимущественно прямым, безредукторным от тихоходного электродвигателя, его мощностью, составляющей предпочтительно 2,5-12,0 кВт, и номинальной частотой вращения предпочтительно 290-620 мин^-1.

Каждая секция 3 корпуса 2 аппарата может быть выполнена в виде имеющего каркас сосуда низкого давления с продольными боковыми стенами 4, поперечными торцевыми стенами 5, образованными камерами входа 6 и выхода 7 внутритрубной среды и днищем 8, образованным корпусами диффузоров 9 вентиляторов 1, которые установлены под теплообменными секциями 3.

Под каждой секцией 3 может быть установлено от одного до шести вентиляторов 1. Каждый вентилятор 1 может быть размещен в аэродинамическом защитном кожухе 10, содержащем диффузор 9 и коллектор плавного входа 11. Коллектор плавного входа 11 может быть выполнен в продольном сечении переменной кривизны с конфигурацией, по крайней мере, со стороны внутренней поверхности, например, по лемнискате, и преимущественно круглым в плане. Входное устье кожуха 10 в зоне перехода коллектора 11 в диффузор 9 может быть выполнено диаметром, составляющим 0,6-0,95 ширины теплообменной секции 3, а диффузор 9 кожуха 10 каждого из вентиляторов 1 может быть выполнен в своей верхней части в зоне примыкания к элементам каркаса теплообменной секции 3 с конфигурацией контура выходной кромки, обеспечивающей возможность присоединения к соответствующим элементам контура каркаса секции.

Аппарат может быть выполнен для охлаждения природного газа, подаваемого в него с рабочим давлением от 5 до 15 МПа, создаваемым компрессором или компрессорами в системе компрессорных станций преимущественно магистральных газопроводов (на чертеже не показаны), при этом при двух теплообменных секциях 3 аппарат может быть выполнен на пропуск 150000-500000 м ³/час охлаждаемого природного газа в пересчете на температуру, составляющую 20°С, и давление, составляющее 0,101325 МПа. В качестве внешней охлаждающей среды использован преимущественно наружный воздух, подаваемый в межтрубное пространство секций 3, а в качестве вентиляторов 1 - лопастные вентиляторы.

Аппарат может быть выполнен с учетом работы в климатических районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки не ниже - 60°С, с сейсмичностью до 7 баллов и скоростным напором ветра, соответстующим IV географическому району по геофизическому районированию территории.

Теплообменные секции 3 могут быть размещены горизонтально или с уклоном от 0,002 до 0,009 в осевом направлении труб 12 к собирающему 13 или раздаточному 14 коллектору и установлены на опорах, выполненных в виде стержневого каркаса, образующего опорную пространственную металлическую или металлопластовую конструкцию 15, при этом каркасы 2 теплообменных секций 3 могут быть установлены на пространственной конструкции 15 поверху и закреплены с возможностью компенсации температурных деформаций каркаса 2 секции 3.

Трубы 12 выполнены оребренными и расположены рядами 16 с образованием многорядного одноходового пучка 17 оребренных труб 12. Ряды 16 труб 12 отделены в пучке 17 дистанцирующими элементами 18.

По крайней мере, часть дистанцирующих элементов 18 может быть выполнена по длине составной из отдельных не соединенных между собой частей, установленных по ширине пучка 17 соосно друг другу.

Выпуклые и вогнутые участки, по крайней мере, части дистанцирующих элементов 18 могут быть очерчены по примыкающим друг к другу дугам окружности, радиус R которой со стороны контакта с ребрами труб составляет R=(1,0-1,12)d, ширина дистанцирующего элемента m=(0,15-2,8)d, где d - диаметр оребрения по внешнему контуру ребер труб.

Диаметр оребрения труб 12 по внешнему контуру ребер труб R=57 мм, шаг труб 12 в ряду 16 может составлять 69±2 мм, шаг рядов 16 труб 12 в пучке 17-57,2 мм, шаг дистанцирующих элементов 18 по длине труб 12-1323 мм, ширина дистанцирующего элемента 18-(30±2) мм, толщина его 10 мм, а радиус R вогнутых участков может составлять 28,5 мм.

Продольные боковые стены 4 каркаса секции 3 могут быть снабжены протяженными пристенными вытеснителями 19 потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам 12 секции 3, причем каждая теплообменная секция 3 может быть выполнена в виде преимущественно прямоугольной панели 20, число рядов 16 труб 12, расположенных по высоте панели 20, может составлять от 4 до 14, а в ряду размещено от 21 до 98 труб при номинальной длине труб 12 в секции от 6 до 24 м, причем трубы 12 могут быть выполнены преимущественно биметаллическими, с внешним слоем 21 и оребрением 22 из материала с более высокой относительно внутреннего слоя теплопроводностью, преимущественно из алюминиевого сплава.

Каждая камера входа 6 или выхода 7 охлаждаемого газа может быть выполнена длиной, соответствующей ширине теплообменной секции 3 аппарата, содержащая трубную доску 23, образующую переднюю боковую часть, в которую заделаны трубы 12 пучка 17, а задняя боковая часть камеры образована преимущественно внешней доской, которая может быть выполнена с отверстиями 25, соосными отверстиям 26 в трубной доске 23.

Коллекторы подвода 27 или отвода 28 газа могут быть сообщены с соответствующими камерами патрубками 29 и 30, причем входной патрубок 29 коллектора подвода 27 газа и/или выходной патрубок 30 коллектора отвода 28 газа могут быть выполнены с разделкой кромок для присоединения преимущественно сваркой к газопроводу.

Патрубки 29 и 30 для соединения с камерами входа 6 и камерами выхода 7 могут быть снабжены фланцами 31 и 32, преимущественно воротникового типа, а соединения с фланцами 33 и 34 камер входа 6 и выхода 7 могут быть выполнены с прокладками.

Фланцы 31-34 могут быть выбраны под прокладки.

Аппарат может быть смонтирован на пространственной металлоконструкции 15, которая установлена на фундаменты (на чертеже не обозначены) с креплением к ним преимущественно анкерными болтами 35 и выполнена из стержневых элементов - стоек 36 и ригелей 37, причем ригели 37 образуют плоскую в плане, преимущественно горизонтальную конструкцию с продольными 38 и поперечными 39 поясами, образующими опорные участки 40 не менее чем под две теплообменные секции 3 аппарата и отсеки 41 не менее чем под четыре вентилятора 1, а стойки 36 выполнены угловыми 42 и промежуточными 43, причем угловые стойки 42 выполнены пространственными, трехветвевыми, а промежуточные 43 - плоскими, V-образными.

Корпус 2 аппарата выполнен секционированным, с, по крайней мере, двумя теплообменными секциями 3, каждая из которых включает сосуд высокого давления 44 для внутритрубной среды, преимущественно газа.

Сосуд высокого давления 44 может быть выполнен в виде многорядного одноходового пучка 17 оребренных труб 12, сообщенных с камерами входа 6 и выхода газа 7 и через них с коллекторами подвода 27 и отвода 28 газа.

Конструкция труб 12 и камер входа 6 и выхода 7 охлаждаемого газа может быть выполнена на рабочее давление газа, составляющее 7,00-9,00 МПа, преимущественно 7,36 МПа (75 кгс/см ²), 8,35 МПа (85 кгс/см²) и 8,92 МПа (100 кгс/см²).

Оребренные трубы 12 могут быть расположены со смещением в каждом ряду 16 относительно труб 12 в смежных рядах 16.

Ряды 16 труб 12 отделены друг от друга дистанцирующими элементами 18, выполненными в виде складчатых пластин 45 с чередующимися по длине пластины выпуклыми и вогнутыми, образующими опорные площадки 46 под трубы смежных по высоте пучка рядов, участки.

Конфигурация складчатого дистанцирующего элемента принята такой, что поперечные линии верхних вогнутых участков 47 размещены относительно плоскости 49, проходящей через соответствующие поперечные линии нижних вогнутых участков 48 элемента 18 в высотном диапазоне от превышения на величину ₁ над этой плоскостью на часть толщины дистанцирующего элемента 18, составляющую ₁=-А, где А - амплитуда складки, до расположения ниже упомянутой плоскости 49 на величину ₂0,11d, а шаг n складок по длине дистанцирующего элемента 18 составляет n=(1,01-1,75)d, где d - диаметр оребрения 22 по внешнему контуру ребер труб 12.

Изобретение обеспечивает жесткость и устойчивость пучка труб теплообменной секции аппарата, исключает нарушение равномерности проходного сечения для рабочей среды. Это повысит теплопроизводительность АВО газа, а также увеличит прочностные характеристики теплообменных секций аппарата, работающих под давлением.

Число рядов труб в пучке, их количество в ряду и длина труб в указанных диапазонах обеспечивает наилучший достигаемый результат по эффективности теплообмена при минимальной металлоемкости конструкции за счет обеспечения плотности упаковки труб в пучке. Нижние пределы в заявленных диапазонах предназначены для малогабаритных АВО, верхние - для крупногабаритных установок. При этом увеличивается коэффициент теплоотдачи поверхности оребренных труб со стороны охлаждающего воздуха за счет выполнения труб пучка из материала для внешнего слоя с большей теплопроводностью, чем для внутреннего слоя, по которому проходит охлаждаемый газ. Кроме этого увеличивается суммарная площадь теплообменной поверхности за счет увеличения плотности упаковки труб в пучке, а также повышается надежность и долговечность его работы и снижается металлоемкость конструкции.

В диапазоне рабочего давления подаваемого газа от 5 до 15 МПа обеспечивается наилучший результат по достижению эффективности теплообмена охлаждаемого газа. Преимущественное выполнение сосудов высокого давления газа на 7,36 МПа (75 кгс/см²), 8,35 МПа (85 кгс/см²) и 9,82 МПа (100 кгс/см² ) обеспечивает их работу в диапазоне рабочего давления газа от 7,00 до 10,00 МПа. При этом повышается надежность работы аппарата в условиях пониженных температур окружающей среды и повышенной сейсмичности.

Возможность установки теплообменных секций с уклоном от 0,002 до 0,009 по отношению к набегающему потоку обеспечивает возможность удаления продукта, проходящего по трубам, при остановке аппарата.

Выполнение опорной рамы как несущей конструкции для сооружений больших габаритов и веса, испытывающей большие нагрузки, в том числе вызванные и температурными напряжениями, позволяет увеличить прочностные характеристики конструкции при условии снижения ее веса за счет применения пространственных опор и профильных элементов, изготовленных также из сверхпрочных облегченных материалов, например, металлопластов.

Выполнение вентиляторов и корпусов, в которых они размещены, обеспечивает снижение гидравлического сопротивления в магистралях подачи воздуха и дополнительное повышение теплопроизводительности установки в целом. Это достигается за счет организации канала подачи воздуха в аппарат, имеющего обтекаемые поверхности и обеспечивающего максимальную площадь контакта набегающего воздуха с трубами, а также равномерность распределения воздуха по фронтальному сечению теплообменных секций. А пристенные вытеснители воздуха препятствуют обратному оттоку воздушного потока и потерям мощности. При этом число вентиляторов в аппарате определяется его габаритами и длиной труб. Применяемые в аппарате вентиляторы являются компактными, более простыми в изготовлении и эксплуатации и более экономичными по энергопотреблению.

Аппарат воздушного охлаждения газа с нижним расположением вентиляторов работает следующим образом. При подаче охлаждающего теплоносителя (воздуха) на пучок оребренных труб, по которым транспортируют природный газ, происходит обтекание пучка труб воздухом и контактный теплообмен. При этом за счет оптимизации параметров оребренных труб пучка, повышающих их теплоаэродинамические характеристики и улучшающих аэродинамические условия обтекания пучка охлаждающим теплоносителем, увеличивается суммарная площадь теплообменной поверхности за счет увеличения плотности упаковки труб в пучке.

Таким образом, при использовании изобретения достигается максимальная эффективность теплообмена при минимальной металлоемкости, снижение гидравлических потерь и, следовательно, уменьшение потерь мощности в магистралях воздуха и охлаждаемого газа и увеличение теплопроизводительности аппарата, а также увеличение прочностных характеристик конструкций аппарата.