Камера входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа
Изобретение относится к области энергетики, а именно к камерам входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения (АВО) газа. Камера входа или выхода газа АВО газа выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, и содержит боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки. Камера входа или выхода газа содержит также не менее двух силовых перегородок между боковыми стенками, имеющих сквозные отверстия. Одна из стенок камеры входа или выхода газа выполнена в виде трубной доски с образующими решетку отверстиями под концы теплообменных труб, а в одной из стенок камеры входа или выхода газа образованы отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа соответственно в камеру входа или камеру выхода газа. При этом отверстия под патрубки, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему для сообщения АВО газа с газопроводом с количеством отверстий на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа. Для камеры входа газа АВО газа количество ступеней последовательно возрастает, а для камеры выхода газа - убывает. Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является выравнивание поля скоростей и снижение гидравлических ударов, что приводит к уменьшению потерь мощности в магистралях охлаждаемого газа и увеличению теплопроизводительности АВО в целом или его секции, а также делает его более экономичным в процессе изготовления и эксплуатации. 12 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области энергетики, а именно к камерам входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения (АВО) газа.
Известны камеры входа или выхода АВО газа (см. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения/ Под. ред. В.Б. Кунтыша, А.Н. Бессонного, СПб: Недра-1996, с.40-42 [1]). Конструкция камер в первую очередь определяется рабочим давлением охлаждаемого продукта. Камеры, для которых рабочее давление охлаждаемого продукта составляет до 7 Мпа, выполняют разъемными, камеры, для которых рабочее давление охлаждаемого продукта в диапазоне 7-10 МПа, представляют собой неразъемную конструкцию.
Наиболее близким аналогом из известных является камера входа или выхода газа АВО газа, выполненная в виде сосуда, работающего под давлением, имеющего боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки. Между боковыми стенами установлены силовые перегородки, имеющие сквозные отверстия. Боковая стенка, обращенная к теплообменным трубам, выполнена в виде трубной доски с расположенными рядами по высоте отверстиями под концы теплообменных труб пучка, а другая боковая стенка камеры выполнена в виде внешней доски с отверстиями, расположенными соосно отверстиям в трубной доске и имеющими инвентарные заглушки, а в нижней стенке образованы отверстия под патрубки для соединения с коллектором отвода или подвода газа (см. [1], с.41-42, рис.2.10 б).
Камеры неразъемной конструкции, части которых соединены сваркой, должны иметь большую прочность и герметичность, обеспечивающие возможность работы под давлением. В связи с этим к конструкции камер входа и выхода газа АВО газа предъявляются повышенные требования по герметичности и прочности.
Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности камер входа или выхода газа АВО газа как при изготовлении, так и при эксплуатации, снижение металлоемкости при одновременном повышении надежности, ремонтопригодности конструкции и повышения тем самым экономичности АВО газа в целом.
Поставленная задача решается за счет того, что камера входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа, согласно изобретению, выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, имеющего боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки и не менее двух, имеющих сквозные отверстия, силовых перегородок между боковыми стенками, причем сосуд, работающий под давлением, выполнен длиной, соответствующей ширине аппарата или секции аппарата, боковая стенка, обращенная к теплообменным трубам, выполнена в виде трубной доски с образующими решетку, расположенными рядами по высоте отверстиями под концы теплообменных труб, а другая боковая стенка камеры входа или выхода газа выполнена в виде внешней доски с отверстиями, также образующими решетку, расположенными соосно отверстиям в трубной доске, а по крайней мере в одной из стенок образованы отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа соответственно в камеру входа газа или из камеры выхода газа, при этом отверстия под патрубки, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему для сообщения аппарата воздушного охлаждения газа с газопроводом с количеством отверстий на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа, при этом первая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности, превышающей не менее чем на 5,9% суммарную пропускную способность не менее чем 2/3 теплообменных труб, соединенных с трубной доской, а отверстия во внешней доске выполнены с проходным диаметром, превышающим диаметр отверстий в трубной доске не менее чем на 3,5%, и снабжены инвентарными заглушками.
При этом в камере входа газа АВО газа отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему ввода газа в аппарат с количеством отверстий на ступенях, последовательно возрастающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N1:N2:N3, где N1 - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, составляющее от 2 до 4, N2 - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N3 - количество отверстий в трубной доске, причем N3=а·b, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, b - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7d до 3,5d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия в трубной доске.
В камере выхода газа АВО газа отверстия в трубной доске, отверстия в силовых перегородках и отверстия под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа образуют систему отвода газа из аппарата с количеством отверстий на ступенях, последовательно убывающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N3:N2:N1, где N3 - количество отверстий в трубной доске, причем N3=а·b, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, b - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7 d до 3,5 d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия в трубной доске, N2 - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N1- количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа, составляющее от 2 до 4.
Силовые перегородки между боковыми стенами камеры входа или выхода газа могут быть установлены в высотном диапазоне, составляющем ± 1/4 высоты камеры входа или выхода газа, считая от средней горизонтальной плоскости по высоте камеры входа или выхода газа.
Силовые перегородки могут быть выполнены с одинаковой пропускной способностью по ходу движения газа.
Вторая по ходу движения газа силовая перегородка может быть выполнена с обеспечением пропускной способности не менее пропускной способности первой по ходу движения газа силовой перегородки.
Отверстия в трубной доске выполнены под трубы диаметром 12-36 мм и расположены рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40 - 60% их шага относительно отверстий в смежных рядах.
В каждом ряду в трубной доске может быть выполнено 38-45 отверстий, а количество рядов отверстий составляет 4-8.
Отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа могут быть образованы в нижней и/или верхней стенке соответственно камеры входа или выхода газа.
Отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа могут быть выполнены в нижней стенке соответственно камеры входа или выхода газа.
При этом отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа могут быть выполнены диаметром 120-156 мм.
Камера входа или выхода газа может быть выполнена высотой в свету, превышающей в 1,9-3,2 раза ширину в свету силовых перегородок и ширину в свету верхней и нижней стенок, при этом перегородки установлены преимущественно в пределах средней трети высоты камеры входа или выхода газа в свету.
Заглушки отверстий во внешней доске могут быть выполнены резьбовыми.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в повышении экономичности камер входа или выхода газа АВО газа за счет повышения эффективности теплообмена при минимальной металлоемкости вследствие обеспечения выравнивания поля скоростей и снижения гидравлических ударов при использования трехступенчатой системы ввода и вывода газа: во время подачи охлаждаемого газа из газопровода через коллектор подвода газа в камеру входа газа и распределения его по теплообменным трубам, а также при поступлении газа из теплообменных труб в камеру выхода газа и далее через коллектор отвода газа в газопровод.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена камера входа или выхода газа АВО газа, вид сбоку;
на фиг.2 - то же, вид с торца;
на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1.
Камера входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа содержит боковые 1 и 2, верхнюю 3, нижнюю 4 и торцевые стенки 5 и не менее двух силовых перегородок 6 между боковыми стенками 1 и 2. Камера входа или выхода газа выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, длиной L, соответствующей ширине аппарата или секции аппарата. Силовые перегородки имеют сквозные отверстия 7. Боковая стенка 1, обращенная к теплообменным трубам (на чертежах не показаны), выполнена в виде трубной доски с образующими решетку, расположенными рядами по высоте отверстиями 8 под концы теплообменных труб пучка. Другая боковая стенка 2 камеры выполнена в виде внешней доски с отверстиями 9, также образующими решетку. Отверстия 9 расположены соосно отверстиям 8 в трубной доске. По крайней мере в одной из стенок камеры, например, нижней 4 образованы отверстия 10 под патрубки (на чертежах не показаны) для соединения с коллектором подвода газа (на чертежах не показан) в камеру входа газа АВО газа или для соединения с коллектором отвода газа (на чертежах не показан) в камеру выхода газа АВО газа. Отверстия 10 под патрубки, отверстия 7 в силовых перегородках и отверстия 8 в трубной доске образуют систему ввода газа в аппарат с количеством вводов на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа.
Для камеры входа газа аппарата воздушного охлаждения газа отверстия 10 под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, отверстия 7 в силовых перегородках и отверстия 8 в трубной доске образуют систему ввода газа в аппарат воздушного охлаждения газа с количеством отверстий на ступенях, последовательно возрастающим, по ходу движения газа, и соотносящимся по ступеням как N1:N2:N3, где N1 - количество отверстий 10 под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, составляющее от 2 до 4, N2 - количество отверстий 7 в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N3 - количество отверстий 8 в трубной доске, причем N3=а·b, где а - число рядов отверстий 8, составляющее от 2 до 14, b - число отверстий 8 в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7 d до 3,5 d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия 8 в трубной доске.
Для камеры выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа отверстия 8 в трубной доске, отверстия 7 в силовых перегородках и отверстия 10 под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа образуют систему вывода газа из аппарата воздушного охлаждения газа с количеством отверстий на ступенях последовательно убывающим, по ходу движения газа, и соотносящимся по ступеням как N3:N2:N1, где, N3 - количество отверстий 8 в трубной доске, причем N3=а·b, где а - число рядов отверстий 8, составляющее от 2 до 14, b - число отверстий 8 в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7 d до 3,5 d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия 8 в трубной доске, N2 - количество отверстий 7 в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N1 - количество отверстий 10 под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа, в нижней и/или верхней стенке, составляющее от 2 до 4.
Первая по ходу движения газа силовая перегородка 6 может быть выполнена с обеспечением пропускной способности, превышающей не менее чем на 5,9% суммарную пропускную способность не менее чем 2/3 теплообменных труб, соединенных с трубной доской. Отверстия 9 во внешней доске 2 выполнены с проходным диаметром, превышающим диаметр отверстий 8 в трубной доске не менее чем на 3,5%, и снабжены инвентарными заглушками, выполненными резьбовыми (на чертежах не показаны).
Отверстия 8 в трубной доске выполнены под трубы диаметром 12 - 36 мм и расположены рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40 - 60% их шага относительно отверстий в смежных рядах.
В каждом ряду в трубной доске выполнено 38-45 отверстий 8, а количество рядов отверстий 8 составляет 4-8.
Камера входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа или его секции работает следующим образом.
Охлаждаемый газ под давлением поступает из коллектора ввода газа через подводящий патрубок (на чертежах не показан) в камеру входа газа через отверстия 10 под патрубки, выполненные в верхней и/или нижней стенке камеры. Равномерно заполняя камеру входа, газ распределяется по трубам. Трехступенчатая система входа газа, обеспечивающая последовательное расширение потока газа и выравнивание поля скоростей, гасит гидравлические удары в магистралях и способствует более равномерному распределению газа по трубам. Это способствует более эффективному использованию теплообменных поверхностей и увеличивает пропускную способность АВО по газу. Силовые перегородки 6, являющиеся ребрами жесткости, повышают прочность камеры и делают возможным изготавливать ее с меньшей толщиной стенок 1, 2, 3, 4 и 5, что снижает металлоемкость конструкции.
Выполнение отверстий в трубной доске камеры под трубы диаметром 12 - 36 мм и расположение их рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40 - 60% их шага относительно отверстий в смежных рядах, а также выполнение в трубной доске в каждом ряду 38-45 отверстий, при количестве рядов отверстий 4-8 и заявляемом шаге, обеспечивает максимально эффективую плотность упаковки теплообменных труб в АВО газа или в секции АВО газа, что также способствует снижению металлоемкости конструкции аппарата в целом при обеспечении заданной мощности.
Камера выхода газа АВО газа в процессе работы обеспечивает последовательное сужение магистрали по газу по ходу его движения, при отводе его через коллектор в газопровод, создавая таким образом дополнительный скоростной напор газа на выходе из аппарата или секции аппарата, камера выхода газа обеспечивает беспрепятственное поступление охлажденного газа через отводящий коллектор в газопровод.
Это приводит к уменьшению потерь мощности в магистралях охлаждаемого газа и увеличению теплопроизводительности АВО в целом или его секции, а также делает его более экономичным в процессе изготовления и эксплуатации.
В результате использования изобретения:
- увеличивается максимальная эффективность теплообмена при снижении металлоемкости за счет увеличения плотности упаковки теплообменных труб в АВО газа, обеспечиваемой расположением отверстий в трубной доске;
- улучшаются прочностные характеристики камер входа или выхода газа АВО газа, или камер секции АВО газа, работающих в условиях высокого давления, за счет применения силовых перегородок и установки их в высотном диапазоне камер входа и выхода газа, обеспечивающих повышение прочности камер при согласовании этого диапазона с шагом расположения отверстий под теплообменные трубы в трубных досках;
- обеспечивается удобство доступа к теплообменным трубам и их осмотра в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта.
1. Камера входа или выхода газа аппарата воздушного охлаждения газа, характеризующаяся тем, что она выполнена в виде сосуда, работающего под давлением, имеющего боковые, верхнюю, нижнюю и торцевые стенки и не менее двух имеющих сквозные отверстия силовых перегородок между боковыми стенками, причем сосуд, работающий под давлением, выполнен длиной, соответствующей ширине аппарата или секции аппарата, боковая стенка, обращенная к теплообменным трубам, выполнена в виде трубной доски с образующими решетку, расположенными рядами по высоте отверстиями под концы теплообменных труб, а другая боковая стенка камеры входа или выхода газа выполнена в виде внешней доски с отверстиями, также образующими решетку, расположенными соосно с отверстиями в трубной доске, а, по крайней мере, в одной из стенок образованы отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа соответственно в камеру входа газа или из камеры выхода газа, при этом отверстия под патрубки, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему для сообщения аппарата воздушного охлаждения газа с газопроводом с количеством отверстий на ступенях, последовательно изменяющимся по ходу движения газа, при этом первая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности, превышающей не менее чем на 5,9% суммарную пропускную способность не менее чем 2/3 теплообменных труб, соединенных с трубной доской, а отверстия во внешней доске выполнены с проходным диаметром, превышающим диаметр отверстий в трубной доске не менее чем на 3,5%, и снабжены инвентарными заглушками.
2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, отверстия в силовых перегородках и отверстия в трубной доске образуют систему ввода газа в аппарат с количеством отверстий на ступенях, последовательно возрастающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N1:N2:N3, где N1 - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором подвода газа в камеру входа газа, составляющее от 2 до 4, N2 - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N3 - количество отверстий в трубной доске, причем N3=а·в, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, в - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7 d до 3,5 d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия в трубной доске.
3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в трубной доске, отверстия в силовых перегородках и отверстия под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа образуют систему отвода газа из аппарата с количеством отверстий на ступенях, последовательно убывающим по ходу движения газа и соотносящимся по ступеням как N3:N2:N1, где N3 - количество отверстий в трубной доске, причем N3=а·в, где а - число рядов отверстий, составляющее от 2 до 14, в - число отверстий в ряду, составляющее от 12 до 125, при шаге в осях отверстий ряда, составляющем от 1,7 d до 3,5 d, и шаге в осях рядов по высоте, составляющем от 1,6 d до 3,4 d, где d - диаметр отверстия в трубной доске, N2 - количество отверстий в силовых перегородках, составляющее от 3 до 15, N1 - количество отверстий под патрубки для соединения с коллектором отвода газа из камеры выхода газа, составляющее от 2 до 4.
4. Камера по п.1, отличающаяся тем, что силовые перегородки между боковыми стенами камеры входа или выхода газа установлены в высотном диапазоне, составляющем ±1/4 высоты камеры входа или выхода газа, считая от средней горизонтальной плоскости по высоте камеры входа или выхода газа.
5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что силовые перегородки выполнены с одинаковой пропускной способностью по ходу движения газа.
6. Камера по п.1, отличающаяся тем, что вторая по ходу движения газа силовая перегородка выполнена с обеспечением пропускной способности не менее 1/2 пропускной способности первой по ходу движения газа силовой перегородки.
7. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в трубной доске выполнены под трубы диаметром 12 - 36 мм и расположены рядами по высоте со смещением в каждом ряду на 40 - 60% их шага относительно отверстий в смежных рядах.
8. Камера по п.1, отличающаяся тем, что в каждом ряду в трубной доске выполнено 38-45 отверстий, а количество рядов отверстий составляет 4-8.
9. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа образованы в нижней и/или верхней стенке соответственно камеры входа или выхода газа.
10. Камера по п.9, отличающаяся тем, что отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа выполнены в нижней стенке соответственно камеры входа или выхода газа.
11. Камера по п.1, отличающаяся тем, что отверстия под патрубки для соединения с коллектором подвода или отвода газа выполнены диаметром 120-156 мм.
12. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена высотой в свету, превышающей в 1,9-3,2 раза ширину в свету перегородок и ширину в свету верхней и нижней стенок, при этом перегородки установлены преимущественно в пределах средней трети высоты камеры входа или выхода газа в свету.
13. Камера по п.1, отличающаяся тем, что заглушки отверстий во внешней доске выполнены резьбовыми.
