МЕТОДЫ ПОВЕШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ НА ГАЗОВЫХ ПРОМЫСЛАХ

Аннотация

The work examines the fundamentals of the theory of heat exchange processes and heat exchange in chemical technological devices. Oil and gas processing places special demands on heat exchanger thermal and hydraulic design, life cycle costs, installation space and weight. This article pays special attention to methods for increasing the efficiency of heat exchangers in gas fields. Key words: Heat exchanger, thermal and hydraulic design, life cycle, equipment, corrosive environment, two-phase mixtures, extreme pressure, gas field, fins, thermal conductivity. Введение. За последние годы технология переработки нефти и газа как наука получила значительное развитие. Переработка нефти и газа предъявляет особые требования к термической и гидравлической конструкции теплообменников, стоимости жизненного цикла, установочной площади и массе. Теплообменное оборудование должно не только выдерживать коррозийную среду, двухфазные смеси, экстремальные давления и температуры, а также быть крайне компактным. Особое внимание нужно уделять методам повышения эффективности теплообменных аппаратов на газовых месторождениях. 181 Основная часть. Для повышения эффективности работы теплообменников и при конструировании теплообменных аппаратов следует стремиться обеспечить минимальную разность температур на теплом конце теплообменника. Эта разность температур представляет собой неиспользованный холод и определяет величину энергетических затрат в установке. Другим источником энергетических затрат являются потери давления в теплообменных аппаратах, которые неизбежны при движении потоков. Любой теплообменник должен обеспечивать минимальную разность температур на теплом его конце и минимальную величину потерь давления. Потери давления с уменьшением скорости потоков уменьшаются, в результате чего ухудшается теплопередача и пропускная способность снижается. Чтобы сохранить низкие потери давления, надо увеличить габариты теплообменника. Следовательно, уменьшить разность температур на теплом конце теплообменника следует до определенного предела, который должен соответствовать экономически обоснованной величине энергетических затрат. Практика эксплуатации установок НТС на ГПЗ показывает, что величина разности температур на теплом конце теплообменника колеблется и в среднем составляет 10оС. При проектировании таких установок необходимо особое внимание обращать не только на конструктивные формы, но и на возможность увеличения коэффициента теплопередачи и увеличения теплопередающей поверхности в единице объема аппарата: Q = f (F, k, ∆t). Увеличение площади теплообмена, а, следовательно, эффективности теплообменника достигается: 1) уменьшением диаметров теплообменных трубок; 2) оребрением трубок. Наиболее эффективным методом интенсификации теплообмена в межтрубном пространстве является второй способ. Из большого числа различных типов оребрения наибольший интерес представляет поперечные ребра, которые могут быть выполнены в виде отдельных элементов или в виде спирали из ленты, навитой на трубки и присоединенные к ней на рейке. Наиболее рациональным оребрением является накатка спиральных ребер, позволяющая получить ребра, представляющие собой одно целое со стенками трубки. Оребрение увеличивает не только теплообменную поверхность, но и коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности к теплоносителю вследствие турбуленции потока ребрами. Оребрение наиболее эффективно, если обеспечивается 182 отношение K F = K F . 1 1 2 2 Эффективность ребра, которую можно характеризовать коэффициентом теплопередачи, зависит от его формы и материала, если требуется невысокий коэффициент теплопередачи, необходимую эффективность могут обеспечить стальные ребра, при необходимости достижения больших коэффициентов целесообразно применение медных или алюминиевых ребер. Эффективность ребра резко снижается, если оно не изготовлено как одно целое с трубой, не приварено или не припаяно к ней. Теплообмен значительно улучшается также при ликвидации инертных зон в межтрубном пространстве. Особенно часто такие зоны образуются вблизи трубных решеток, поскольку штуцера ввода и вывода теплоносителя из межтрубного пространства расположены на некотором расстоянии от них. Наиболее радикальный способ исключения образования таких зон – установка распределительных камер на входе и выходе теплоносителя из межтрубного пространства. Для интенсификации теплообмена иногда используют турбулизаторы – элементы, турбулизирующие или разрушающие пограничный слой теплоносителя на наружной поверхности труб существенно повышают кольцевые канавки, интенсифицирующие теплообмен в межтрубном пространстве примерно в 2 раза турбулизацией потока в пограничном слое. Для сравнения и определения эффективности работы теплообменных оборудований приведем расчеты: Для расчета выбираем кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ 15120-79) с трубами 25х2 мм и теплообменник типа "труба в трубе" (ГОСТ 9930-78), изготовленный из труб 89х4 мм (наружная труба) и 57х3,5 мм (внутренняя труба) [1] . 1. Расчет кожухотрубчатого теплообм