Теплообменники (ТО) компрессорных установок

Охлаждение воздуха в процессе сжатия увеличивает экономичность работы компрессора. Применяется два вида охлаждения: охлаждение внутреннее (рубашечное), влияющее на процесс сжатия, и охлаждение наружное (промежуточное), снижающее температуру воздуха перед очередной ступенью и, следовательно, уменьшающее работу сжатия. Охлаждающей средой является, как правило, вода. Воздушное охлаждение малоэффективно. Оно используется только в КУ малой мощности.

Рубашечное охлаждение имеет большое значение для поршневых и ротационных (винтовых, пластинчатых) компрессоров. Но основную роль в охлаждении воздуха при многоступенчатом сжатии играют промежуточные воздухоохладители. Воздух охлаждается и на выходе из компрессора в концевом холодильнике с целью снижения его влагосодержания.

Кроме воздухоохладителей в КУ есть еще теплообменники-маслоохладители. Роль их тоже значительна, особенно в ротационных компрессорах.

Конфигурации воздухоохладителей весьма разнообразны. Их выбор зависит от производительности КУ, от параметров сжимаемого газа, вида систем охлаждения, требований унификации и т.п.

Для поршневых компрессоров общего назначения применяются змеевиковые и трубчатые воздухоохладители. Змеевиковые ТО используются в компрессорах малых подач и высоких давлений. В КУ низких давлений и больших расходов используются трубчатые теплообменники.

По величине рабочих давлений газоохладители принято делить на три группы: 1) – низкого давления (до 1,2 МПа); 2) – среднего давления (до 4 МПа); 3) – высокого давления (свыше 4 МПа).

Конструкция ТО определяется типом теплопередающего элемента. Это либо трубы или пластины.

С целью повышения компактности ТО широко используется оребрение труб со стороны воздуха. Это, как правило, наружное оребрение. Оно бывает цельнокатаное, литое, ленточное и насадное (см. рис. 10.5).

Цельнокатанные ребра самые простые в изготовлении, но они получаются невысокими. Трубы с таким оребрением изготавливают из меди или алюминия. Но высокая цена первых и сложность установки вторых ограничивают их применение.

Рис. 10.5. Трубки с наружным оребрением теплообменной поверхности: а – монометаллическая накатная ребристая трубка; б – биметаллическая накатная трубка; в – с завальцованным в канавку поперечно-спиральным оребрением; г – с насадными ребрами

В последнее время все шире используются пластинчатые и пластинчато-ребристые теплообменники. Из-за высокого отношения площади поверхности теплообмена к объему ТО (1000 – 5000 м²/м³) такие аппараты в десятки раз компактней трубчатых. Недостаток – сложность очистки теплообменных поверхностей от загрязнений.

Самая многочисленная группа газоохладителей на КС – это теплообменники низкого и среднего давления. Это обычно трубчатые и кожухотрубные ТО. В них охлаждаемой средой является воздух, охлаждающей – вода. В этом случае охлаждающая вода подается в трубное пространство, воздух - в межтрубное. Так упрощается очистка труб от загрязнений и накипи. Организация нужного режима течения воздуха достигается установкой поперечных перегородок (см. рис. 10.6)

Рис. 10.6. Кожухотрубный многоходовой (пятиходовой) гладкотрубный теплообменник с поперечными перегородками

Основные недостатки такой конструкции – большая масса и габаритные размеры, а также ограниченные возможности унификации.

Для снижения массы и габаритов используются поперечнооребренные теплообменные трубы, что связано с усложнением конструкции. В этом случае для достижения многоходовости межтрубного пространства устанавливают дополнительные трубные доски или составные перегородки (см. рис. 10.7).

Рис. 10.7. Кожухотрубный двухходовой (по воздуху) аппарат с одним пучком оребренных труб и составной перегородкой

Большие возможности представляют конструкции, в которых трубы установлены поперек корпуса и скомпонованы в несколько теплопередающих секций (модулей). Варьируя размеры, число секций и способ их подключения, можно получить аппараты для широкого спектра расходов давлений с конфигурацией, близкой к оптимальной (см. рис. 10.8).

Рис. 10.8. Кожухотрубный теплообменник из трех унифицированных теплопередающих секций

Подача воды в секции такого теплообменника может осуществляться по последовательной, параллельной и параллельно-последовательной схеме.

В газо-водяных охладителях низкого и среднего давления с открытыми водооборотными системами КС предпочтение следует отдавать кожухотрубным аппаратам с поперечным расположением оребренных труб при внутритрубном течении воды и межтрубном течении газа. В закрытых системах с промежуточным теплоносителем в качестве охладителя наилучшие показатели имеют пластинчато-ребристые теплообменники.

Среди газоохладителей высокого давления можно выделить кожухо-трубные, змеевиковые ТО и аппараты "труба в трубе".

Контрольные вопросы

1. Что входит в состав вспомогательного оборудования компрессорных станций?

2. Какие существуют виды загрязнений воздуха?

3. Какое воздействие оказывают загрязнения воздуха на элементы системы воздухоснабжения?

4. Какие способы используются для очистки воздуха от твердых загрязнений и капельной влаги?

5. Чем отличаются "сухие" и "мокрые" способы очистки воздуха?

6. Как осуществляется забор воздуха из атмосферы в компрессорных установках?

7. Какими показателями оценивается эффективность работы воздушных фильтров?

8. Где и с какой целью в компрессорных установках размещают влаго- и маслоотделители?

9. Что представляют собой воздухосборники (ресиверы)?

10. В каком месте схемы компрессорной станции и для чего предусмотрены теплообменники-воздухоохладители?