Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик оребренных плоских труб аппарата воздушного охлаждения масла

Аппараты воздушного охлаждения представляют собой класс теплообменных агрегатов, широко применяемых на практике. Однако они обладают рядом недостатков, обусловленных малым значением коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха и большим сопротивлением оребренных трубных пучков. Это приводит к большим габаритам и металлоемкости самого устройства, к необходимости развивать высокую мощность привода вентилятора, что снижает энергетическую эффективность. Цель исследований – определение оптимальных геометрических размеров оребренных плоских теплообменных труб, получаемых методами экструзии и деформирующего резания, обеспечивающих снижение массогабаритных характеристик теплообменной секции аппаратов воздушного охлаждения. На основании проведенных экспериментов с семью различными образцами теплообменных секций, отличающихся шагом и высотой ребер, шириной секции трубы, высотой плоской трубы и количеством внутренних каналов, установлена эффективность каждой секции по таким показателям, как: тепловая мощность, тепловая эффективность, удельное термическое сопротивление теплопередаче, критерии М. В. Кирпичева и В. М. Антуфьева. Полученные экспериментальные данные и анализ пассивного метода воздействия на пристенную область теплопередающей поверхности за счет оребрения методом деформирующего резания показывают, что максимальное значение критериев эффективности наблюдается у образца № 5 с наибольшей высотой (0,008 м) и минимальным шагом ребер (0,0025 м) в исследованном диапазоне. Таким образом, при сохранении геометрических размеров аппарата воздушного охлаждения масла за счет использования улучшенной секции теплообменного аппарата (образец № 5) возможно увеличение количества отводимой теплоты или уменьшение массогабаритных характеристик при сохранении тепловой мощности и, как следствие, снижение затрат мощности на прокачку и повышение теплогидравлической эффективности аппарата в целом.

1. Шмеркович, В. М. Применение АВО при проектировании нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов / В. М. Шмеркович. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971. 112 с.

2. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения / А. Н. Бессонный [и др.]; под ред. А. Н. Бессонного, В. Б. Кунтыша. СПб.: Недра, 1996. 512 с.

3. Сидягин, А. А. Расчет и проектирование аппаратов воздушного охлаждения / А. А. Сидягин, В. М. Косырев. Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т имени Р. Е. Алексеева, 2009. 150 с.

4. Воздушные конденсаторы для паротурбинных установок малой и средней мощности / О. О. Мильман [и др.] // Теплоэнергетика. 1998. № 1. С. 35–39.

5. Королев, И. И. О комбинированных системах охлаждения ТЭЦ / И. И. Королев, Е. В. Генова, С. Е. Бенклян // Теплоэнергетика. 1996. № 11. C. 49–55.

6. Мильман, О. О. Воздушно-конденсационные установки / О. О. Мильман, В. А. Федоров. М.: Изд-во МЭИ, 2002. 208 с.

7. Combined Air-Cooled Condenser Layout with in Line Configured Fiined Tube Bundles to Improve Cooling Performance / Yanqiang Kong [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 154. P. 505–518.

8. Impacts of Geometric Structures on Thermo-Flow Performances of Plate Fin-Tube Bundles / Y. Q. Kong [et al.] // International Journal of Thermal Sciences. 2016. Vol. 107. P. 161–178.

9. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха / В. М. Гусев [и др.]. Л.: Стройиздат, 1981. 343 с.

10. Зорин, В. М. Атомные электростанции / В. М. Зорин. М.: Изд. дом МЭИ, 2012. 672 с.

11. Васильев, В. А. Разработка опытной модульной электростанции для европейской части России / В. А. Васильев, В. В. Ильенко // Теплоэнергетика. 1993. № 4. С. 30–33.

12. Инженерный метод теплового расчета аппарата воздушного охлаждения в режиме свободно-конвективного теплообмена / В. Б. Кунтыш [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2013. № 12. С. 3–6.

13. Попов, И. А. Промышленное применение интенсификации теплообмена – современное состояние проблемы (обзор) / И. А. Попов, Ю. Ф. Гортышов, В. В. Олимпиев // Теплоэнергетика. 2012. № 1. С. 3–14.

14. Калинин, А. Ф. Оценка эффективности работы вентиляторов нового поколения для АВО типа 2АВГ-75 / А. Ф. Калинин, А. В. Фомин // Нефть, газ и бизнес. 2011. № 2. С. 57–60.

15. Васильев, Ю. Н. Повышение эффективности теплообменных аппаратов / Ю. Н. Васильев, А. И. Гриценко, В. И. Нестеров // Нефтяное хозяйство. 1992. № 5. С. 93–95.

16. Основные способы энергетического совершенствования аппаратов воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1997. № 4. С. 43–44.

17. Шайхутдинов, А. З. Современные АВО-газа – ресурс энергосбережения в газовой отрасли / А. З. Шайхутдинов, В. А. Лифанов, В. А. Маланичев // Газовая промышленность. 2010. № 9. С. 40–41.

18. Аппараты воздушного охлаждения нового поколения. Оптимальное сочетание параметров теплообменного блока и вентиляторной установки. Снижение энергопотребления аппарата и удобство его эксплуатации / П. А. Аксенов [и др.] // Нефтегаз. 2003. № 2. С. 109–111.

19. Физическая модель и общая математическая постановка задачи исследования теплоаэродинамических характеристик аппарата воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха в режимах жалюзийного регулирования / К. М. Давлетов [и др.] // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: научно-технический сборник. М.: Газпром, 2006. Вып. № 4. С. 53–56.

20. Астафьев, Е. Н. Анализ выбора вариантов комплектации аппаратов воздушного охлаждения дожимных компрессорных станций при разработке месторождений Крайнего Севера / Е. Н. Астафьев, К. М. Давлетов, М. П. Игнатьев // Наука и техника в газовой промышленности. 2006. № 4. С. 42–48.

21. Аксютин, О. Е. Снижение энергозатрат на охлаждение природного газа в АВО КС / О. Е. Аксютин // Газовая промышленность. 2009. № 2. С. 74–76.

22. Аршакян, И. И. Повышение эффективности работы установок охлаждения газа / И. И. Аршакян // Газовая промышленность. 2006. № 12. С. 52–55.

23. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды: ГОСТ 15150–69. М.: Стандартинформ, 2006. 60 с.

24. Кунтыш, В. Б. Анализ тепловой эффективности, объемной и массовой характеристик теплообменных секций аппаратов воздушного охлаждения / В. Б. Кунтыш, А. Э. Пиир // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. № 5. С. 3–6.

25. Перспективные методы интенсификации теплообмена для теплоэнергетического оборудования / И. А. Попов [и др.] // Энергетика Татарстана. 2011. № 1. С. 25–29.

26. Олимпиев, В. В. Интенсификация теплообмена и потенциал энергосбережения в охладителях технических масел / В. В. Олимпиев // Теплоэнергетика. 2010. № 8. С. 40.

27. Разработка и опытно-промышленная проверка комплекса мероприятий по повышению эффективности и надежности работы маслоохладителей / Ю. М. Бродов [и др.] // Электрические станции. 1994. № 12. С. 33–36.

28. Экономайзер-утилизатор из плоско-овальных труб с неполным оребрением / Е. Н. Письменный [и др.] // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2010. Т. 3/1, № 45. С. 15–19.

29. Осипов, С. Н. Энергоэффективные малогабаритные теплообменники из пористых теплопроводных материалов / С. Н. Осипов, А. В. Захаренко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 4. С. 346–358. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-4-346-358.

30. Зубков, Н. Н. Изготовление теплообменных поверхностей нового класса деформирующим резанием / Н. Н. Зубков, А. И. Овчинников, О. В. Кононов // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1993. № 4. С. 79–82.

31. Теплогидравлическая эффективность труб с внутренним спиральным оребрением / А. Н. Скрыпник [и др.] // ИФЖ. 2018. Т. 91, № 1. С. 52–63.