3.2. Теплообменное оборудование и аппараты воздушного охлаждения

Современная нефтяная и газовая промышленность оснащена сложным оборудованием, предназначенным для осуществления разнообразных про­цессов - нагрева, охлаждения, конденсации, массопередачи, перекачки, ком- примирования, фильтрации и ряда других операций с нефтью, газом и продук­тами их переработки.

В зависимости от технологической необходимости в схеме химического или нефтеперерабатывающего предприятия или технологической установки применяют различные аппараты, причем значительную их долю (20-45% об­щего веса аппаратуры и установок) составляют теплообменные и конденса- ционно-холодильные [2, 4, 8, 11,31, 48, 50, 51, 70, 91, 99].

Среди всей номенклатуры машин и аппаратов, от которых зависит эффек­тивная и оптимальная их эксплуатация, значительную часть составляют аппа­раты воздушного охлаждения.

3.2.1. Классификация теплообменных аппаратов

Технологические процессы нефтяной, газовой и нефтехимической про­мышленности связаны с нагреванием и охлаждением. В одних случаях тепло подводится извне, в других, наоборот, требуется отводить тепло.

В одних технологических процессах требуется возможно более интен­сивный теплообмен (нагревательные или холодильные устройства), в дру­гих, наоборот, уменьшение и предотвращение непроизводительных потерь тепла, т. е. теплоизоляция аппаратов.

Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью под­вода или отвода тепла, называются тепловыми. Осуществляются они в теп- лообменных аппаратах. Движущей силой теплообмена является разность температур.

Теплообменным называется аппарат, в котором происходит обмен тепла между двумя теплоносителями, то есть передача его от горячей среды к хо­лодной.

Теплообменные аппараты классифицируют по многим признакам, в част­ности, по способу передачи тепла, целевому назначению, конструкции, в за­висимости от температурных удлинений трубок и корпуса.

По способу передачи тепла теплообменники делят на:

• смесительные:

• поверхностные.

В смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном пере­мешивании рабочих сред (градирни). Смесительные теплообменники по кон­струкции проще поверхностных, тепло в них используется полнее, но они пригодны лишь в тех случаях, когда возможно перемешивание теплообме- нивающихся сред.

В поверхностных теплообменниках рабочие среды обмениваются теп­лом через стенки из теплопроводного материала. В свою очередь, поверх­ностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные.

В рекуперативных аппаратах теплообмен между различными теплоноси­телями происходит через разделительные стенки. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно и тоже направление. В регенеративных теплообменниках теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. При этом направление теплового потока в каждой точке стенки периодически меняется. Наиболее распространенными рекупе­ративными теплообменными аппаратами непрерывного действия являются кожухотрубчатые теплообменники.

В регенеративных аппаратах одна и та же поверхность (с высокой тепло- аккумулирующей способностью) поочередно омывается то горячим, то хо­лодным теплоносителем. При протекании горячего теплоносителя поверх­ность аппарата нагревается, а при протекании холодного теплоносителя по­верхность отдает теплоту. Регенеративные аппараты незаменимы при нагре­ве до высоких температур (1000 °С и более), например, при подогреве воздуха в металлургических печах.

По целевому назначению теплообменные аппараты подразделяют на:

• теплообменные аппараты;

• холодильники-конденсаторы;

• нагреватели-испарители.

Для собственно теплообменных аппаратов нагрев холодного потока и охлаждение горячего - одинаково важные целевые процессы. Для холодильников-конденсаторов целевым процессом являются охлаждение и кон­денсация горячего теплоносителя. Для нагревателей-испарителей целевым процессом являются нагрев и испарение холодного теплоносителя.

По конструкции теплообменные аппараты подразделяют на следую­щие:

• кожухотрубчатые, которые, в свою очередь, подразделяются на

следующие типы :

• ТН - с неподвижной головкой;

• ТП - с плавающей головкой;

• ТУ - с U-образными трубками;

• TJ1 - с линзовым компенсатором;

• аппараты типа «труба в трубе»;

• погружные;

• оросительные;

• воздушного охлаждения;

• пластинчатые;

• спиральные и прочие.

В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют следующие конструкции кожухотрубчатых теплообменников: жесткая; полужесткая; нежесткая.

На рис. 3.10-3.13 приведены теплообменники - кожухотрубчатый, кожу- хотрубчатый жесткого типа и пластинчатого типа.

Аппараты жесткой конструкции предусматривают небольшие разности температур корпуса и пучка труб и отличаются простотой устройства, а в ап­паратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсиру­ются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, уста­новленных на корпусе.

В теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возмож­ность некоторого независимого перемещения теплообменных труб для уст­ранения дополнительных напряжений от температурных удлинений. Нежест­кость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке или корпусе, пучком U-образных труб или подвижной трубной решеткой (теплообменники с плавающей головкой).

В зависимости от условий работы предусмотрены различные варианты материального исполнения аппаратов. Так, корпус, распределительная каме­ра, крышки теплообменника, трубные решетки могут быть изготовлены мо­нометаллическими и биметаллическими из сталей ВСтЗсп, 16ГС, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Применяют трубы из сталей углеродистых 10 и 20, хромоникелевых 08Х18Н1ОТ и 08Х17111ЗМ2Т, а также из сталей с по­ниженным содержанием никеля, например 08Х22Н6Т .

Все кожухотрубчатые теплообменные аппараты стандартизованы.

Теплообменные аппараты классифицируют также по технологическому назначению (табл. 3.2).

В системе магистральных нефтепроводов теплообменники применяются для подогрева высоковязких и застывающих нефтей и установках охлажде­ния масла на насосных станциях. А на нефтяных промыслах теплообменники широко используются для подогрева продукции скважин с целью дальней­шего отделения воды и газа из нефти (глава 2).

В системе магистральных газопроводов теплообменники применяются для охлаждения газа перед подачей в трубопровод после компримирования, а также в установках охлаждения масла на КС.

Один из видов теплообменного оборудования — аппараты воздушного охлаждения (АВО). Их отличительная особенность состоит в том. что одной из теплообменивающихся сред всегда является воздух. Эти аппараты широ­ко применяются в нефтяной и газовой промышленности.