Техническая характеристика аво для охлаждения газа

Показатели	Марка (тип) аппарата
	АВГ- 120	АВГ- 160	2АВГ-75	АВЗ-9-64-Б1-ВЗ
Тип Число секций Число рядов труб в секции Число ходов по трубам Коэффициент оребрения Поверхность по оребрению, м2 Длина труб, м Давление в трубах, МПа Температура в трубах расчетная, °С Диаметр колеса вентиля-тора, м Частота вращения, об/мин Расход воздуха номин., м3/ч Напор полный, МПа Потребляемая мощность, кВт Число вентиляторов Марка электродвигателя Установленная мощность, кВт Число электродвигателей Масса аппарата, кг Габариты, м	Горизон­тальный 6 8 1 22 28100 12 12,0 150 5,0 250 390000 2,0 31,7 4 ВAСO16-14-24 37 4 108000 12,7x12x5,7	Горизон­тальный 4 6 3 14,6 7920 7,9 16,0 - - - 800000 - 40 4 - - 4 45600 9,0x8,7x4,1	Горизон­тальный 3 6 1 20-22 9660-10360 12 7,5 150 5 250 450000 2,0 37 2 - 37 2 46650-44250 6x12	Зигзаго­образный 6 8 2 9 5300 6 5,6 200 - - 720000 3,0 75 1 - 100 1 34200 6,33x6x6

Аппараты воздушного охлаждения различаются также распо­ложением вентиля-тора. При нижнем расположении вентилятора холодный атмосферный воздух прокачива-ется через теплообменные секции под избыточным давлением, создаваемым вентилято­ром (рис. 3.27). При верхнем расположении вентилятора (рис. 3.28) нагретый воздух проходит в межтрубном пространстве секций за счет разрежения, возникающего перед вентилятором.

Аппараты воздушного охлаждения следует выбирать приме­нительно к конкретным условиям с учетом необходимой поверх­ности теплообмена, рабочего давления, темпера-туры охлаждаю­щего воздуха, требуемой степени охлаждения, параметров охлаж­даемого газа. Теплопередающую поверхность выполняют из моно­металлических труб с оребре-нием (алюминий, латунь и др.) и биметаллических труб, у которых внутренние трубы выполнены из углеродистой, хромистой или нержавеющей стали, а наружные — из лату-ни, алюминия или легкой стали. Материал труб должен обла­дать коррозионной устойчи-востью в условиях рабочей среды, а материал ребер — коррозионной устойчивостью в атмосферных условиях.

Уменьшение температуры технологического газа, поступаю­щего в газопровод пос-ле его охлаждения в АВО, приводит к умень­шению средней температуры газа на линей-ном участке трубопро­вода и, как следствие, к снижению температуры и увеличению дав-ления газа на входе в последующую КС. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению степени сжатия на последующей стан­ции (при сохранении давления на выходе из нее) и энергозатрат на компримирование газа по станции.

Очевидно также, что оптимизация режимов работы АВО дол­жна соответствовать условию минимальных суммарных энерго­затрат на охлаждение и компримирование газа на рассматривае­мом участке работы газопровода.

Следует также отметить, что АВО газа являются экологически чистыми устройст-вами для охлаждения газа, не требуют расхода воды, относительно просты в эксплуата-ции. Широко применяют следующие типы АВО газа: 2АВГ-75 отечественного производ-ства и производства Германии, АВЗД, фирм "Нуово Пиньоне", "Хадсон Италия" и "Крезо Луар".

Рис. 3.27. Схема ABO зигзагообразного типа с нижним расположением вен­тилятора:

1 — секция; 2 — металлическая несущая конструкция; 3 — диффузор; 4 — коллектор; 5 — лопасти вентилятора; 6 — привод; 7 — комплект жалюзи

Рис. 3.28. Аппарат воздушного охлаждения газа с верхним рас­положением вентилятора:

1 — теплообменная поверхность; 2—вентилятор; 3 — патрубок; 4 — диффузор; 5 — клиноременная передача; 6 — электродвигатель

Быстрый рост добычи и транспорта газа, особенно из удален­ных от промышленных районов крупнейших месторождений Се­вера, повлекший за собой значительное увеличе-ние протяженно­сти трасс магистральных газопроводов и переход на трубопрово­ды боль-ших диаметров, способствовал разработке новых техноло­гических решений, направлен-ных на повышение пропускной способности и надежности газотранспортных магистра-лей. Одно из таких решений — охлаждение компримируемого газа, которое в современ-ной практике производится в однородных системах с использованием только АВО или холодильных машин (ХМ), включаемых параллельно на выходе газа из КС. Можно также применять неоднородные системы охлаждения, в которых темпе­ратура газа снижается сначала в АВО, установленных на выходе газа из КС, а затем в холодильных машинах.

Результаты испытаний и обобщение опыта эксплуатации од­нородных систем охлаждения газа с АВО показывают, что их при­менение ограничивается температурой атмосферного воздуха t_a. Если необходимо охладить газ до температуры окружающего воздуха или ниже, такие системы оказываются непригодными.

В этом случае можно использовать однородные системы с ХМ обычного типа или неоднородные системы, включающие АВО и холодильные машины. В качестве ХМ для охлаждения природно­го газа после его компримирования в данное время применяются в основном холодильные пропановые машины с ГМК типа 10ГКН Большое внимание уде-лено разработке и внедрению абсорбцион­ных и пароэжекторных холодильных установок, работающих на тепле выпускных газов ГПА.

Во ВНИИГАЗ разработана технология охлаждения природно­го газа на КС в одно-родных системах с использованием в них парокомпрессионных холодильных машин, работающих на бинар­ном хладоагенте — смесь пропана (60 %) и бутана (40 %).

В настоящее время осваивается производство таких машин с электроприводными агрегатами АТП 5-8/1 и АТП 5-16/1 холодо-производительностью 9,3-18,6 МВт, а также с газотурбинными агрегатами ТКА-П-6,3/10 холодопроизводительностью 18,6 МВт.

Применение в системах охлаждения рассматриваемых машин по­зволит существен-но улучшить процесс охлаждения и соответ­ственно повысить технико-экономические показатели охлажде­ния газа. Однако применение однородных систем с ХМ связано с увеличением капитальных и эксплуатационных затрат. На основе анализа факторов, влия-ющих на экономические показатели сис­тем охлаждения газа, разработаны новые, более эффективные си­стемы, к числу которых относят и созданную во ВНИИГАЗ рекуператив-ную систему охлаждения газа РСО (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Рекуперативная система охлаждения газа и характер изменения

температуры:

1 — рекуперативный теплообменник (РТО); 2 — нагнетатель; 3 — детандер (расшири-тельная машина); 4 — дроссельное устройство; 5 — УТИХМ (ути­лизационная холодиль-ная машина); t₁— температура перед РТО (прямой поток газа); t ₂ — температура перед ГПА; t ₃ — температура перед АВО; t ₄ — температура перед РТО (обратный поток газа); t₅ — температура после сис­темы охлаждения (с недорекуперацией); t ₆ — температура после системы охлаждения (без недорекуперации); Δt_нр — недорекуперация; ΔТ— недоохлаж-дение в АВО

В этой системе осуществляется не только первичное охлажде­ние газа перед его поступлением в газопровод и поддерживается постоянной температура газа в процессе его движения по газопро­воду, но и обеспечивается транспортирование газа по газопроводу при его пониженных или низких температурах. При этом газ мо­жет транспортироваться как при температурах, равных или близ­ких к температуре грунта, так и при отрицатель-ных температурах ( - 50) - ( - 60 °С). При этом значительно повышается пропускная способность и надежность газотранспортных магистралей.

Транспортируемый газ, имеющий температуру t₁, из газопро­вода поступает в реку-перативный теплообменник РТО, где за счет теплообмена с газом обратного потока нагр-вается до температу­ры t₂ и поступает с этой температурой на вход нагнетателя ГПА. В нагнетателе газ сжимается политропически и одновременно на­гревается до температуры t_3.

Нагретый газ поступает в АВО, где охлаждается за счет тепло­обмена с атмосфер-ным воздухом до температуры t₄. Уровень тем­пературы t₄ определяется уровнем темпера-туры атмосферного воздуха t _а и всегда должен быть выше его на величину недоохлаж-дения ΔТ= t₄ — t_a , оптимальные значения которой находятся обыч­но в пределах 10— 15 °С. Предварительно охлажденный в АВО газ затем доохлаждается в РТО за счет тепло-обмена с газом прямого потока до температуры t₅. Эта температура при идеальном газе бу­дет всегда выше температуры t₁ на величину недорекуперации Δ t _нр. В зависимости от площади теплообмена и эффективности ра­боты РТО величина Δ t _нр может иметь различ-ные значения. В пре­дельном случае при бесконечно большом по площади РТО

Δ t _нр = 0. Рациональные значения этой величины обычно находятся в преде­лах 8-10 °С.

Газ, имеющий после РТО температуру t₅, направляется в де­тандер (расширитель-ную машину), где дополнительно охлаждает­ся за счет расширения до температуры t _б, равной входной темпе­ратуре t₁ и при такой температуре поступает в газопровод, где он движется до следующей КС, на которой вновь повторяется опи­санный выше цикл сжатия и охлаждения газа.

Температура газа может понизиться на величину Δ t _нр или до более низких темпе-ратур не только в детандере, но и в холодиль­ной машине, работающей на тепле выпуск-ных газов ГПА, при этом газ из РТО с температурой t₅ поступает в холодильную маши-

ну, где охлаждается до заданной температуры t _б, а затем попадает в газопровод.

Степень предварительного подогрева газа в РТО у этой систе­мы Δ t _рто должна быть такой, чтобы с учетом дополнительного на­грева газа в нагнетателе ГПА оказалось бы возможным сбросить получаемое газом при сжатии тепло с помощью АВО в окружаю­щий атмосферный воздух. При этом температура конца охлажде­ния в АВО - t ₄ всегда должна оставаться более высокой, чем тем­пература атмосферного воздуха. При беско-нечно большом по пло­щади РТО и, следовательно, Δ t _нр = 0 падение температуры газа в АВО точно равняется повышению температуры газа при его сжа­тии в нагнетателе ГПА. При наличии недорекуперации падение температуры в АВО всегда будет меньшим на величину падения температуры в детандере. В этом случае требуемая степень повы­шения давления газа в нагнетателе должна быть выше степени по­вышения давления, необходи-мого для восстановления потерь дав­ления в газопроводе, на величину, обеспечивающую снятие недо­рекуперации за счет расширения газа в детандере.

В некоторых случаях более целесообразным может оказаться использование при реальных газах вместо детандера эффекта Джоуля-Томпсона, создаваемого путем пропу-кания газа через дроссельное устройство. В этом случае отпадает необходимость в прим-нении детандера, что существенно упрощает конструк­цию и эксплуатационные характе-ристики системы.

При эксплуатации газопроводов с температурами транспорти­руемого газа, близ-кими к температуре грунта, в большинстве слу­чаев отсутствует необходимость строгого соблюдения равенства температур на входе и выходе КС. Обычно допускается, чтобы температура газа на выходе была на 4 — 8 °С выше температуры газа на входе. При дви-жении газа но газопроводу от одной КС до другой это превышение температуры будет снято за счет отвода тепла в окружающий грунт. В этом случае роль устройства, снима­ющего недорекуперацию, будет играть сам газопровод.

Если газ транспортируется при низких температурах и по тру­бопроводу, имеюще-му тепловую изоляцию стенок, то, как показы­вают специальные расчеты, при хорошей изоляции будет наблю­даться некоторое (на 4 — 8 °С) снижение температуры газа по мере движения его от одной КС до другой вследствие его изоэнтальпического расширения. Очевидно, и в этом случае трубопровод будет также играть роль устройства, снимающего недорекуперацию газа в системе охлаждения.

В обоих этих случаях газ будет поступать в трубопровод непо­средственно с темпе-ратурой t₅, более высокой, чем температура t _l охлаждаться в нем за счет того или иного эффекта до температуры t₁ и с этой температурой поступать к следующей КС.

Полное охлаждение газа до его первоначальной температуры может потребоваться только при транспортировке газа по трубо­проводу в условиях вечной мерзлоты. Устранение возможности растепления вечномерзлых грунтов требует, чтобы температура газа после системы охлаждения равнялась бы температуре газа до нее, и обе они вместе должны равняться температуре вечномерзлого грунта. В этом, последнем, случае система должна применять­ся в полном объеме, с "внутренним" снятием недорекуперации и с использованием детандера (холодильной машины) или дрос­сельного устройства.

Таким образом, в рассматриваемой системе температурный потенциал сжатого газа повышается за счет рекуперации тепла до уровня, позволяющего сбросить получаемое газом при сжатии в нагнетателе тепло в окружающую среду с помощью обычных АВО, т. е. уровня, превышающего t_a. При этом затрачивается до­полнительная работа, равная разнице работ сжатия газа с началь­ными температурами, равными температурам после и до РТО. Последнее означает, что описываемая система по характерным признакам анало-гична любым другим системам охлаждения, зада­ча которых также заключается в повыше-нии за счет затраты опре­деленного количества работы температурного потенциала рабо-че­го тела с некоторого, более низкого уровня, до относительно более высокого, при кото-ром отбираемое на низком температурном потенциале тепло может уже сбрасываться в окружающую среду.