5.3.1.2. Тепловой расчет

1. Определение удельной теплоемкости газа

. (5.17)

2. Определение теплообмена, осуществляемого в АВО газа компрессорного цеха

Q = _стV/(243600)C_p(Т₁ – Т₂).

3. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 2-х вентиляторов

Т_в22 = Т_в1 + Q/(nG_вС_рв).

4. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 1-го вентилятора

Т_в21 = Т_в1 + Q/(2nG_вС_рв).

5. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии естественной конвекции

Т_в20 = Т_в1.

6. Определение температуры воздуха за АВО с фактическими работающими вентиляторами

Т_в2 = (n₂T_в22 + n₁T_в21 + n₀T_в20)/n.

Если количество работающих вентиляторов k_р на всех АВО меньше или равно количеству установленных секций АВО, n (k_р ≤ n), тогда n₂ = 0, n₁ = k_р, n₀ = n – k_р, иначе n₂ = k_р – n, n₁ = 2n – k_р, n₀ = 0.

7. Определение коэффициента теплопроводности газа

_г = 110^-3(-5,515 – 4,7906Р_ср + 0,1334Т_ср + 0,03309Р_срТ_ср + 2,4365Р_ср² – 0,01435× ×Р_ср²Т_ср + 0,0214710^-3(Р_срТ_ср)² – 0,0441210^-3Р_срТ_ср²). (5.18)

8. Определение критерия Рейнольдса Re_г и Прандтля Pr_г для газа

Re_г = , Pr_г = , (5.19)

где _г - коэффициент теплопроводности газа Вт/(мК);

9. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны газа

_г = 0,021 . (5.20)

10. Определение скорости воздуха в узком сечении секций АВО

w_в.уз = , (5.21)

где V₁ – объемный расход воздуха через 1 АВО, м³/ч; n_у,1 – количество установленных вентиляторов в одном АВО; f_с  площадь свободного сечения труб перед секциями АВО, м² ;_c  коэффициент сужения; _в.ст  плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³; _ср.в  плотность воздуха при давлении Р_б и температуре t_ср.в, определяемая по формуле

_ср._в = , (5.22)

где Р_б – барометрическое давление воздуха, мм.рт.ст; t_ср.в – средняя температура воздуха, ^оС.

11. Определение динамической вязкости воздуха

η_в = 110^-6(0,04903Т_ср.в + 3,7677), (5.23)

где Т_ср.в – средняя температура воздуха, К.

12. Определение критерия Рейнольдса для воздуха

Re_в = , (5.24)

где d_н - наружный диаметр труб у основания ребер, м

13. Определение коэффициента теплопроводности воздуха

_в = 0,02442 + 7,67610^-5t_ср.в – (0,0045+1,410^-5 t_ср.в)(760 – Р_б)/141,8745. (5.25)

14. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха

_р = 0,23k_R , (5.26)

где k_ор – коэффициент оребрения; u  шаг между ребрами, м; h  высота ребра, м; _г - коэффициент теплопроводности газа Вт/(мК); k_R – поправочный коэффициент для числа продольных рядов шахматных пучков труб с круглыми ребрами, который определяется:

k_R = 0,8937R^0,0457. (5.27)

15. Определение приведенного коэффициента теплоотдачи от оребренной поверхности труб к воздуху

_в = , (5.28)

где f_п  полная площадь одного погонного метра (1 п/м) оребренной трубы, м²; f_тр  наружная площадь участков между ребрами на 1 п/м трубы, м²; f_р  площадь ребер на 1 п/м трубы, м²; Е  коэффициент эффективности круглых ребер; _р  коэффициент, учитывающий трапециевидную форму сечения ребра; ψ – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения коэффициента теплоотдачи по поверхности ребра. Коэффициенты Е и _р принимаются по справочным данным или определяются по формулам, аппроксимирующим эти данные и приведенным, например, в работе [13].

16. Определение коэффициента тепрлопередачи

k = , (5.29)

где _г - коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней поверхности труб, Вт/(м²К); ψ – коэффициент увеличения поверхности труб; _в - полный коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности труб к воздуху, Вт/(м²К); (_т/_т)  эквивалентное термическое сопротивление трубы; f_п  полная площадь одного погонного метра (1 п/м) оребренной трубы, м²; f_m  средняя площадь 1 п/м гладкой трубы, м²; r_г, r_в  термическое сопротивление загрязнений соответственно внутренней (со стороны газа) и наружной (со стороны воздуха) поверхности трубы, м²К/Вт

17. Определение среднелогарифмической разности температур

= ( – )/LN( / )E_t;

= Т₁ – T_в2;

= Т₂ – T_в1,

18. Определение возможности теплообмена 1 секции АВО газа

Q_аво = k₁kF Е_t,

19. Определение суммарного теплообмена совершаемого в АВО

Q_сум = n₂Q_аво+k_А1n₁Q_аво+ k_А0n₀ Q_аво,

где k_А1 – коэффициент снижения теплосъема при одном неработающем вентиляторе; k_А0 – коэффициент снижения теплосъема при конвективном теплообмене

Если при расчете разность суммарного и фактического теплообмена получилась меньше нуля, то увеличиваем температуру газа на выходе АВО на шаг равный h=15 градусов и производим расчет увеличивая шаг до тех пор пока разность суммарного и фактического теплообмена не будет положительной. Если разность положительна, то далее делим интервал |t₂, t₂-h| пополам и повторяем расчет сначала при температуре t₂₁= t₂ + h/2 и так далее пока не выполнится условие | t₂₁ – t₂ |< δ, где δ – заданная точность расчета

20. Определение затрат электроэнергии на охлаждение газа:

А_э = k_рN_вТ_в, (5.30)

где k_р – количество работающих вентиляторов на всех АВО; N_в – мощность, потребляемая одним электродвигателем, вращающим вентилятор, кВт; Т_в – время работы вентиляторов, ч.

Следует особо подчеркнуть, что тепловой и гидравлический расчеты, при всей их важности, не являются главной целью при эксплуатации газопровода. Необходима процедура оптимизации АВО с учетом режима работы компрессорных цехов и линейной части.