Приложение С (рекомендуемое). Подготовка аппаратов с воздушным охлаждением к эксплуатации в зимний период

Приложение С
(рекомендуемое)

Подготовка аппаратов с воздушным охлаждением к эксплуатации в зимний период

С.1 Общие положения

С.1.1 Область применения

В настоящем приложении представлены конструктивные особенности и другие факторы, которые вносят свой вклад в удовлетворительное функционирование аппаратов с воздушным охлаждением, эксплуатируемых при низкой температуре входного воздуха. Данные, относящиеся к конструкционным материалам и мерам безопасности, связанным с накоплением снега и льда, сюда не включены.

С.1.2 Термины и определения

Используемые для информации в настоящем приложении термины приведены в пунктах С. 1.2.1 - С. 1.2.10.

С.1.2.1 Подготовка к эксплуатации в зимний период: Обеспечение конструктивных особенностей, процедур или систем для аппаратов с воздушным охлаждением, направленных на устранение нарушений, связанных с технологической средой и появляющихся в результате низкой температуры входного воздуха. Проблемы, связанные с низкой температурой входного воздуха, включают замерзание среды, охлаждение ее до точки застывания, образование парафина, образование гидратов, ламинарный поток, а также конденсацию в точке росы (что может инициировать коррозию).

С.1.2.2 Входной воздух: Атмосферный или окружающий воздух, который поступает в теплообменник с воздушным охлаждением.

С.1.2.3 Выходной воздух: Воздух, выходящий из теплообменника с воздушным охлаждением в атмосферу.

С.1.2.4 Рециркуляционный воздух: Воздух, который прошел через трубный пучок и направляется для смешивания с входным воздухом для его подогрева.

С.1.2.5 Внешняя рециркуляция: Процесс, в котором используют внешний воздуховод, проводящий рециркуляционный воздух для смешивания с входным воздухом и его подогрева.

С.1.2.6 Внутренняя рециркуляция: Процесс, в котором используются вентиляторы (возможно, с жалюзи) для рециркуляции воздуха от одной части технологического трубного пучка к другой части.

С.1.2.7 Минимальная расчетная температура воздуха: Указанная температура входного воздуха, на основе которой будет производиться приспособление к эксплуатации в зимний период.

С.1.2.8 Критические температуры технологического процесса: Температуры, связанные с важными физическими свойствами потока технологической жидкости, такие как температура замерзания, температура застывания, температура помутнения, температура образования гидратов и точка росы.

С.1.2.9 Указанная минимальная температура стенки трубы: Критическая температура технологического процесса плюс запас надежности.

С.1.2.10 Защитный экран: Вертикальный барьер, расположенный выше или ниже аппарата с воздушным охлаждением и минимизирующий эффект воздействия ветра.

С.2 Проблемные области подготовки к эксплуатации в зимний период

С.2.1 Общие положения

Цели этого пункта следующие:

a) определить причины необходимости приспособления теплообменников с воздушным охлаждением к эксплуатации в зимний период;

b) наметить общие требования к проектным данным по приспособлению к эксплуатации в зимний период и рекомендации по обеспечению таких данных;

c) проанализировать тепловые потери и общие проблемные области;

d) установить категории технологических процессов, которые могут потребовать приспособления к эксплуатации в зимний период, а также установить запасы надежности для каждой категории.

С.2.2 Причины подготовки к эксплуатации в зимний период

Подготовка оборудования к эксплуатации в зимний период направлена на то, чтобы поддерживать температуру стенок труб на заданном минимальном уровне или выше для предотвращения нарушений в ходе эксплуатации. Заданная минимальная температура стенок труб - это точка, в которой температура стенок труб приближается к критической температуре технологической среды. Критические температуры технологического процесса включают температуру замерзания, застывания, парафинизации, образования гидратов, точку росы (если конденсация вызывает коррозию), а также любую другую температуру, при которой возникают эксплуатационные трудности.

С.2.3 Общие требования к исходным данным для проектирования

Проектировщику должны быть предоставлены и определены следующие данные:

а) заданная минимальная температура стенки трубы, которая должна включать запас надежности (см. С.2.7);

b) минимальная расчетная температура воздуха;

c) все альтернативные параметры процесса, в том числе работа со сниженным расходом (при неполной нагрузке);

d) расчетная скорость ветра и преобладающее направление ветра;

e) наличие пара или другого источника тепла для пуска в холодную погоду. (Если имеется пар, необходимо указать давление пара).

С.2.4 Тепловые потери

При определении требований к нагревательному змеевику следует учитывать влияние тепловых потерь (вследствие теплопроводности и конвекции, утечки через жалюзи и естественной тяги) на температуру стенок труб во время пуска, останова и в резервном режиме.

С.2.5 Общие проблемные области

Выходная температура среды для любого ряда любого хода может быть не равна средней выходной температуре среды для данного хода. Во избежание возникновения проблем во время эксплуатации при определении минимальной температуры стенок трубы выходную температуру для каждого ряда следует рассчитывать отдельно.

Для ответственных применений может быть желательным постоянно контролировать температуру стенок труб в самой холодной зоне. Для этого можно в критических точках установить термопары.

Неправильное распределение технологической среды или воздушного потока также может вызывать проблемы, которые следует учитывать при проектировании оборудования.

С.2.6 Категории проблем

С.2.6.1 Общие положения

Большинство проблем, связанных с приспособлением к эксплуатации в зимний период, относится к одной из следующих категорий:

a) категория 1 - вода и разбавленные водой растворы;

b) категория 2 - проблемы с конденсаторами пара полной конденсации;

c) категория 3 - проблемы с конденсаторами пара частичной конденсации;

d) категория 4 - проблемы с конденсацией технологических сред, которые содержат водяной пар с неконденсирующимися компонентами или без них;

e) категория 5 - проблемы с вязкими средами и средами с высокими температурами застывания;

f) категория 6 - проблемы, возникающие вследствие замерзания, образования гидратов, а также коррозии, вызываемой конденсатом.

Эти категории и связанные с ними типичные случаи, возникающие при эксплуатации, описываются в пунктах С.2.6.2 - С.2.6.7.

С.2.6.2 Категория 1 - вода и разбавленные водой растворы

Вода и разбавленные водой растворы в трубах имеют высокие коэффициенты теплопередачи, что приводит к сравнительно высоким температурам металла стенок труб. Когда присутствуют эти жидкости, можно использовать простые системы приспособления к эксплуатации в зимний период, такие как системы регулирования воздушного потока. Пуск и останов при экстремально низких температурах могут потребовать дополнительных мер.

С.2.6.3 Категория 2 - конденсаторы пара полной конденсации

В одноходовых конденсаторах пара полной конденсации может возникать обратный поток пара от выходного конца верхних (более горячих) рядов труб в выходной конец нижних (более холодных) рядов труб. Это обычно приводит к тому, что неконденсируемые загрязняющие вещества собираются возле выходного конца более холодных труб. Присутствие неконденсируемых веществ приводит к ухудшению эффективности, а также к переохлаждению и возможному замерзанию конденсата в более холодных трубах. Может также происходить коррозия.

В некоторых установках конкретный набор условий вызывает образование свищей стенок труб. Коррозия происходит возле выходного конца нижних (более холодных) рядов труб. В таких случаях всегда присутствует повторяющийся стук или щелкающий шум, так называемые гидравлические удары. Неполадки, которые происходят во многих местах, имеют следующие общие характеристики установок:

a) один ход с четырьмя или более рядами труб наружным диаметром 25,4 мм (1 дюйм) и длиной от 11 до 16 м (36 - 52 фута);

b) давление пара на входе от 0 до 170 кПа (избыточное) (0 - 25 фунтов на квадратный дюйм). Коррозия происходит очень быстро, в течение первых суток эксплуатации, в трубах с толщиной стенок 0,89 мм (0,035") и медленно, примерно через три месяца, в трубах с толщиной стенок 2,11 мм (0,083"). Скорость корродирования, как представляется, связана с силой гидравлического удара.

Меры для предотвращения такого типа неисправностей направлены на снижение или исключение обратного потока пара в более холодные трубы. Например, в четырехрядном одноходовом конденсаторе достаточным представляется ограничение длины труб величиной, в 360 раз превышающей диаметр [например, длина 9 м (30 футов) для труб наружным диаметром 25,4 мм (1")]. Альтернативный метод заключается в разделении заднего коллектора на четыре несообщающихся отсека, причем каждый отсек должен иметь свой дренаж. Еще одним методом является использование дроссельных шайб на входах в трубы; однако эта мера может быть эффективной не при всех значениях расхода.

С.2.6.4 Категория 3 - конденсаторы пара частичной конденсации

В технологических потоках категории 3 количество выходного пара достаточно велико, чтобы не вызывать обратного потока, и пар непрерывно выходит из выходных концов всех рядов труб. Количество выходного пара обычно составляет от 10% до 30% массовых от полного входного расхода. Выходные количества ниже 10% массовых характерны для конденсаторов категории 2. Точное количество выходного пара устанавливают путем расчетов с учетом режима работы при минимальной окружающей температуре. Если расчеты показывают, что обратного потока не будет, то можно использовать простые системы приспособления к эксплуатации в зимний период, такие как регулирование воздушного потока. Если расчеты показывают, что обратный поток будет возникать, необходимы системы защиты от систем умеренной стоимости до дорогих.

С.2.6.5 Категория 4 - конденсация технологических сред, содержащих пар с неконденсирующимися компонентами или без них

Категория 4 является продолжением категории 3. В категории 4 особое внимание обращено на влияние других конденсируемых веществ на температуру стенок труб. Для точной оценки температур стенок труб и технологической среды существенно важно прогнозирование режима потока на трубной стороне. Рассмотрим, например, поток, содержащий пар, конденсирующиеся углеводороды и неконденсирующиеся компоненты. На входе конденсатора может существовать кольцевой поток, т. е. на холодной стенке трубы формируется кольцо углеводородов, которое окружает текущий по центру газ. На выходе конденсатора может образовываться слоистый поток, где вода и жидкие углеводороды вытекают из нижней части трубы, а пар конденсируется на ее верхней части. При таких условиях обычно рекомендуются простые системы приспособления к эксплуатации в зимний период.

С.2.6.6 Категория 5 - вязкие среды и среды с высокой температурой застывания

Когда вязкая жидкость течет через несколько параллельных ходов, локальные неравномерности охлаждения могут вызывать резкое снижение скорости в некоторых из ходов, по которым идет поток. Это явление называется нестационарный поток. Нестационарный поток возникает, когда (при определенных условиях объемной вязкости у стенок и перепада давления) увеличение перепада давления, вызванное более высокой вязкостью (вследствие дополнительного охлаждения, которое становится возможным при более низкой скорости), компенсирует уменьшение перепада давления, вызываемое понижением скорости. Это может происходить только при ламинарном потоке среды.

При возникновении нестационарного потока скорости в параллельных трубах одного хода могут отличаться друг от друга в соотношении до 5:1. В результате общий перепад давления на трубной стороне теплообменника может повышаться до 100%, а теплоотвод может уменьшиться до менее чем 50% того, который был бы возможен при равномерном распределении среды между трубными ходами. Это неправильное распределение потока является основным фактором во многих случаях ухудшения рабочих характеристик охладителей вязких сред и сред с высокой температурой застывания.

В настоящее время существуют лишь общие рекомендации, как избежать такого неправильного распределения. Эти рекомендации следующие:

a) объемная вязкость технологической среды при температуре, имеющей место на выходе, не должна превышать 50 (50 сП);

b) отношение вязкости у стенок к объемной вязкости не должно превышать 3:1.

Особое внимание как при проектировании, так и при изготовлении оборудования для такого типа сред следует обратить на следующие дополнительные факторы:

a) распределения потока и температур на воздушной стороне должны быть как можно более равномерными. Внешняя рециркуляция только по одной стороне может вызывать неравномерность воздушного потока и температуры воздуха, подаваемого на трубные пучки;

b) необходимо минимизировать количество воздуха, идущего в обход пучка между боковыми рамами и трубами, придерживаясь максимального зазора 10 мм (3/8"), как указано в 7.1.1.8;

c) допустимый перепад давлений технологической среды должен быть высоким. Обычными являются перепады давлений 275 кПа (40 фунтов на квадратный дюйм) или выше;

d) поток на трубной стороне должен быть равномерно распределен в коллекторах. Это может потребовать дополнительных патрубков и/или внешней изоляции патрубков.

Могут быть случаи, когда можно добиться успешной работы, не соблюдая этих рекомендаций. Однако если такой успешный опыт отсутствует, то игнорировать их рискованно. Альтернативные конструкции, которые можно рассмотреть, включают непрямые системы и воздухоохлаждаемые теплообменники с серпантинными змеевиками.

С.2.6.7 Категория 6 - температура замерзания, температура образования гидратов и точка росы

Технологические потоки категории 6 характеризуются дискретной критической температурой процесса. Для таких потоков расчет температур стенок и технологической среды обычно ведется прямыми методами. В зависимости от проектных условий рекомендуемые системы приспособления к эксплуатации в зимний период включают все методы, описанные в С.3.

С.2.7 Запасы надежности

В технологических потоках (см. С.2.6.2 - С.2.6.7) существует столько переменных, что трудно устанавливать твердое значение запаса надежности (температура стенки трубы минус критическая температура процесса).

При отсутствии более конкретной информации для определения требующейся минимальной температуры стенок труб к критической температуре процесса следует прибавлять значения запаса надежности.

Таблица С.1 - Запасы надежности для различных категорий процессов

Категория	Запас надежности °C(°F)	Категория	Запас надежности °C(°F)
1	8,5 (15)	4	8,5 (15)
2	8,5 (15)	5	14 (25)
3	8,5 (15)	6	11 (20)
Примечание - Описание категорий см. в С.2.6.

С.3 Методы подготовки к эксплуатации в зимний период

С.3.1 Системы регулирования воздушного потока и температуры воздуха

С.3.1.1 Система А - регулирование воздушного потока

В системе А для регулирования воздушного потока обычно используются автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом, как показано на рисунке С.1, и/или жалюзи с автоматическим или ручным управлением, как показано на рисунке С.2.

Автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом имеют следующие преимущества по сравнению с жалюзи:

a) лучшее регулирование потока воздуха, обеспечивающее более чувствительное регулирование темпера тур технологического процесса с поддержанием их на уровне или вблизи расчетных температур;

b) более низкие требования к мощности при пониженных температурах окружающего воздуха.

Автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом имеют следующие недостатки:

a) менее точное регулирование воздушного потока, если требуемый расход воздуха составляет менее 30% полного расхода воздуха;

b) повышенная чувствительность к воздействию ветра при низких расходах воздуха.

Жалюзи имеют следующие преимущества по сравнению с автоматически управляемыми вентиляторами с регулируемым шагом:

a) более точное регулирование воздушного потока, если требуемый расход воздуха составляет менее 30% полного расхода воздуха;

b) меньшая чувствительность к воздействию ветра;

c) возможность полного закрытия для утепления аппарата при пуске и останове.

Жалюзи имеют следующие недостатки:

а) менее точное регулирование воздушного потока, если требуемый расход воздуха составляет более 30% полного расхода воздуха;

b) потенциальная возможность отказов рычажных передач вследствие накопления снега, льда, коррозии или износа.

Помимо систем, показанных на рисунках С.1 и С.2, воздушный поток можно регулировать с помощью приводов с регулируемой скоростью. Регулирование воздушного потока производят, главным образом, для регулирования температур процесса, что дает наименьшую защиту от зимних условий.

"Рисунок С.1 - Система А - регулирование воздушного потока с помощью автоматически управляемых вентиляторов с регулируемым шагом"

Примечание - Воздухоохлаждаемый теплообменник может быть с нагнетательной тягой или отсасывающей тягой.

Рисунок С.2 - Система А - регулирование воздушного потока с помощью автоматически управляемых выходных жалюзи и вентиляторов с постоянным шагом

Примечание - Воздухоохлаждаемый теплообменник может быть с нагнетательной или отсасывающей тягой.

С.3.1.2 Система В - регулирование воздушного потока с регулированием температуры воздуха и использованием открытой системы внутренней рециркуляции

В системе В автоматически управляемый вентилятор с регулируемым шагом, расположенный возле выхода технологической среды, изменяет направление воздушного потока на обратное при низкой температуре входящего воздуха. Воздух, нагревшийся от потока, идущего через трубы, поступает в зону под трубным пучком, которая несколько защищена от воздействия ветра выступающими вниз ветровыми юбками. Часть нагретого воздуха затем смешивается с входящим воздухом, как показано на рисунках С.3 и С.4. В этой системе имеется возможность неравномерного смешивания воздуха под трубным пучком, и она не обеспечивает надежно действующего метода регулирования температуры смешанного воздуха на входе. Кроме того, ветер может оказывать неблагоприятное влияние на циркуляцию горячего воздуха. Следует весьма тщательно выбирать механическое оборудование, устанавливаемое под вентилятором нисходящего потока, так как температура воздуха в этом случае более высокая. Данная система не является рекомендацией для всех случаев, но она успешно использовалась в тепло обменниках, требующих умеренной защиты от воздействия зимних условий.

"Рисунок С.3 - Система В - отсасывающая тяга с открытой внутренней рециркуляцией воздуха"

Примечание - Все вентиляторы с регулируемым шагом могут быть автоматически управляемыми

"Рисунок С.4 - Система В - нагнетательная тяга с открытой внутренней рециркуляцией воздуха"

Примечание - Все вентиляторы с регулируемым шагом могут быть автоматически управляемыми

С.3.1.3 Система С - регулирование воздушного потока с регулированием температуры воздуха и использованием закрытой системы внутренней рециркуляции

В системе С автоматически управляемый вентилятор с регулируемым шагом, расположенный возле выхода технологической среды, изменяет направление на обратное при низкой температуре входящего воздуха, направляя воздушный поток вниз, когда выходные жалюзи частично закрыты, как показано на рисунке С.5. Одно временно вертикальные обводные жалюзи над трубным пучком открыты и перенаправляют часть выходного воздуха по длине трубного пучка. Этот воздух над стороной нижней тяги трубного пучка смешивается с поступающим атмосферным воздухом. Через обводные жалюзи направляется количество воздуха, достаточное лишь для того, чтобы температура смешанного воздуха над вентилятором нисходящего потока была выше заданного уровня. В некоторых случаях могут потребоваться ветровые юбки, расположенные под трубным пучком. Недостаток этой системы заключается в том, что некоторые участки трубного пучка могут подвергаться действию низких температур воздуха в результате неравномерного перемешивания воздуха. Следует весьма тщательно выбирать механическое оборудование, устанавливаемое на вентиляторе нисходящего потока и под ним, так как температура воздуха в этом случае более высокая. Эта система обеспечивает дополнительную степень защиты от зимних условий по сравнению с системами, описанными в С.3.1.1 и С.3.1.2.

"Рисунок С.5 - Система С - типовой аппарат с воздушным охлаждением с нагнетательной тягой, с закрытой внутренней рециркуляцией воздуха"

С.3.1.4 Система D - регулирование воздушного потока с регулированием температуры воздуха и использованием системы наружной рециркуляции

В системе D горячий выходной воздух рециркулирует по внешнему рециркуляционному воздуховоду и смешивается с входящим воздухом, имеющим низкую температуру. Количество рециркуляционного воздуха и температура смешанного потока регулируются частичным закрытием выходных жалюзи при регулировании входных и обводных жалюзи. Эта система обычно включает пол как ограждающую часть, так что аппарат получается полностью закрытым, что обеспечивает надежное регулирование входящего воздушного потока. Хотя температуру технологической жидкости можно регулировать одним лишь действием жалюзи, допускается использовать также автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом для более точного регулирования температуры технологической среды. Автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом позволяют также снижать мощность вентиляторов при работе при низких температурах окружающего воздуха.

На рисунке С.6 показана рециркуляция по обеим сторонам аппарата. Некоторые аппараты могут иметь рециркуляционный воздуховод только на одной стороне. В альтернативном варианте рециркуляционный воздуховод может быть размещен на одном или обоих торцах аппарата, чтобы минимизировать ширину секции или чтобы обеспечивать закрытую нагреваемую зону для коллекторов и мостиков для обслуживания коллекторов. Кроме того, допускается использовать различные комбинации и места расположения входных жалюзи, чтобы обеспечивать максимальное перемешивание горячего и холодного воздушных потоков.

Эта система обеспечивает максимальную защиту от зимних условий по сравнению с системами, описанными в С.3.1.1 - С.3.1.3.

"Рисунок С.6 - Система D - типовой аппарат с воздушным охлаждением с нагнетательной тягой, с наружной рециркуляцией воздуха"

Примечание - От 50% до 100% вентиляторов должны быть автоматически управляемыми с регулируемым шагом

С.3.2 Прямоточные системы

В прямоточных системах охлаждение технологической среды начинается с нижнего ряда труб, который находится под действием входящего воздуха, и затем поступает в верхний ряд, который омывается теплым воздухом. Таким образом, самая холодная среда обменивается теплом с самым теплым воздухом, что приводит к более высоким температурам стенок, чем в противоточной системе. Это позволяет делать конструкцию аппарата с воздушным охлаждением простой без системы рециркуляции, если температура стенок труб поддерживается на уровне выше заданного минимума.

Основным недостатком прямоточных систем является то, что требуется дополнительная площадь поверхности, так как уменьшается средний перепад температур между технологической средой и охлаждающим воздухом.

С.3.3 Гладкие трубы или уменьшенная частота ребер

Для вязких жидкостей и других жидкостей, имеющих низкие коэффициенты теплопередачи на трубной стороне, температуру стенок труб можно увеличивать, если уменьшать количество ребер или использовать гладкие трубы. Если таким образом удается удерживать температуру стенок труб на уровне заданного минимума или выше, то дополнительных мер для защиты от зимних условий не требуется.

С.3.4 Изменение поверхности теплопередачи

Отвод тепла от технологической жидкости можно регулировать, выводя трубные пучки из работы, обычно с помощью клапанов, при падении температуры окружающего воздуха. Такая система минимизирует тепловые потери и поддерживает высокую скорость среды в работающих пучках. Более высокая скорость среды в трубе приводит к более высокой температуре стенок трубы.

Эффективность этой системы зависит от того, приводит ли снижение площади активной поверхности к поддержанию температуры стенок труб выше заданного минимума. Следует проверить производительность насоса и убедиться, что она достаточна для появляющегося дополнительного перепада давления.

Возможно, придется прочистить неработающие пучки труб или удалить их содержимое. Ступенчатый характер работы такой системы может ограничивать ее применение.

С.3.5 Серпантинные змеевики

В серпантинной конструкции змеевика используют один или ограниченное число непрерывных путей протока от входа к выходу. Вследствие ограниченного числа путей протока используют трубы большого диаметра [обычно от 50 до 150 мм (от 2" до 6")]. Трубы могут быть оребренными или гладкими в зависимости от экономических соображений и заданной минимальной температуры стенок труб, которую нужно выдерживать.

Эта система обычно требует больших перепадов давления, но такая конструкция часто бывает выгодной для вязких жидкостей, поскольку здесь мала или отсутствует возможность неправильного распределения.

С.3.6 Косвенное охлаждение

В обычной конструкции системы косвенного охлаждения (с замкнутым контуром и промежуточной водой) для охлаждения технологической среды используют рециркуляционную воду в обычном кожухотрубном теплообменнике. Рециркуляционная вода, в свою очередь, охлаждается до регулируемой температуры в теплообменнике с воздушным охлаждением, в котором используется довольно простая форма регулирования воздушного потока (автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом или жалюзи), но без специальных мер защиты от зимних условий. Для окружающих температур свыше 0°С (32°F) допускается использовать обычный конденсат или очищенную воду. Для окружающих температур ниже или равных 0°С (32°F), воду следует смешать с некоторым количеством антифриза, например этиленгликоля, достаточным для снижения точки замерзания раствора до самой низкой прогнозируемой температуры воздуха.

Эту систему обычно применяют для сред с высокой вязкостью или высокой температурой застывания. Система имеет ряд преимуществ при работе с такими средами:

a) лучше регулируется температура процесса;

b) меньше вероятность неправильного распределения технологической среды;

c) лучше общая работоспособность;

d) низкие эксплуатационные затраты.

Однако необходимо провести экономическое сравнение. Пример такого сравнения дается в С.10.

С.3.7 Разделение цикла

При этом подходе тепловой цикл разделяют на два отдельных блока. Промежуточную температуру между блоками выбирают таким образом, чтобы температура стенок труб в верхнем блоке была выше заданной минимальной температуры стенок труб для всего диапазона температур окружающего воздуха. Верхний по потоку блок не требует утепления; меры защиты от зимних условий принимают только для нижнего по потоку блока.

С.3.8 Комбинации

В зависимости от минимальных температур воздуха и заданных температур стенок труб могут оказаться экономически привлекательными различные комбинации методов защиты, описанных в С.3.1 - С.3.7. Вот при меры комбинаций защитных методов:

a) комбинация прямоточных и противоточных пучков;

b) прямоточные пучки гладких труб;

c) разделение цикла с различной частотой ребер в следующих трубных пучках, расположенных последовательно.

С.3.9 Контрольно-измерительные приборы и автоматика

С.3.9.1 Общие положения

На рисунках С.1 - С.6 показаны типичные схемы оснащения контрольно-измерительными приборами и автоматикой систем, описанных в С.3.1.1 - С.3.1.4. Представленные схемы носят лишь рекомендательный характер.

С.3.9.2 Система А

Типичное оснащение контрольно-измерительными приборами и автоматикой для системы А (см. рисунки С.1 и С.2) состоит из датчика температуры в потоке среды на выходе и контроллера, который принимает сигнал от датчика и посылает сигналы на одно или более устройств, которые управляют воздушным потоком. Эти устройства могут представлять собой выходные жалюзи с исполнительным механизмом, втулки автоматически управляемых вентиляторов с регулируемым шагом или приводы вентиляторов с регулируемой скоростью.

Наиболее часто используемые схемы включают один или более из следующих компонентов:

a) жалюзи с пневматическими приводными устройствами, включая позиционирующие устройства клапанов;

b) автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом, реагирующие на пневматический сигнал;

c) пневматические контроллеры, имеющие по меньшей мере свойства пропорционального регулирования и возврата в исходное положение. Весьма желательна комбинация ручной/автоматической установки задания.

Вместо пневматических контроллеров допускается использовать электронные контроллеры и датчики. Для этого обычно требуется электронно-пневматическое преобразование на втулке вентилятора или приводе жалюзи.

С.3.9.3 Системы

С.3.9.3.1 Отсасывающая тяга

В системах с отсасывающей тягой обычно применяется несколько из компонентов, упомянутых в С.3.9.2 [перечисления b) и с)]. Однако при использовании автоматически управляемых вентиляторов с регулируемым шагом обычно бывает необходимо использовать половину диапазона сигнала от контроллера для восходящего потока и половину для нисходящего. Необходимо также производить реверсирование части диапазона сигнала, предназначенной либо для восходящего, либо для нисходящего потока. Простым способом реверсирования сигнала является применение реверсирующего реле в сочетании с реле нижнего предела, как показано на рисунке С.3. Поскольку система должна работать в двух режимах (восходящего и нисходящего потока), для выбора режима обычно используются датчик температуры окружающего воздуха и селекторный клапан. Для обеспечения работы с разделенным диапазоном необходимо также реле верхнего предела, показанное на рисунке С.3. Выходной конец последнего хода обычно наиболее уязвим для зимних условий, и его следует располагать под вентилятором нисходящего потока в самом теплом воздухе.

С.3.9.3.2 Нагнетательная тяга

В системе с нагнетательной тягой, показанной на рисунке С.4, применяются те же компоненты, что и в С.3.9.3.1.

С.3.9.4 Система С

Типичное оснащение контрольно-измерительными приборами и автоматикой для системы С (рисунок С.5) состоит из датчика температуры в выходном потоке среды, контроллера, который принимает сигнал от датчика и посылает сигналы на выходные жалюзи, и одного или нескольких автоматически управляемых вентиляторов с регулируемым шагом. Еще один температурный датчик (обычно длинный усредняющий термочувствительный патрон) помещают в воздушный поток над участком трубного пучка, наиболее уязвимого для замерзания или возникновения других проблем. Второй контроллер принимает сигнал от этого датчика и посылает сигнал к перегораживающим жалюзи и выходным жалюзи. Выходные жалюзи, таким образом, получают два сигнала управления и реагируют на тот из них, который требует более закрытого положения. Для определения, какой сигнал дойдет до выходных жалюзи, обычно используют селекторное реле высокого или низкого давления. Не рекомендуется исключать перегораживающие жалюзи или отдельный исполнительный механизм для перегораживающих жалюзи. Устранение перегораживающих жалюзи приводит к возникновению поперечного потока при всех условиях и ухудшает теплопередачу в некоторых рабочих диапазонах, при этом затраты снижаются очень мало.

Элементы управления между контроллером и автоматически управляемым вентилятором с регулируемым шагом те же, что в С.3.9.3.1, и функционируют таким же образом.

С.3.9.5 Система D

Типичное оснащение контрольно-измерительными приборами и автоматикой для системы D состоит из датчика температуры в потоке среды на выходе и контроллера, который принимает сигнал от датчика и посылает сигналы на автоматически управляемые вентиляторы с регулируемым шагом и, возможно, также на выходные жалюзи. Второй температурный датчик (обычно длинный усредняющий термочувствительный патрон) помещают в воздушный поток под участком трубного пучка, наиболее уязвимого для замерзания или возникновения других проблем. Второй контроллер принимает сигнал от этого датчика и посылает сигнал к выходным жалюзи, обводным жалюзи (если они имеют отдельный исполнительный механизм) и входным жалюзи. Некоторые из входных жалюзи могут управляться вручную.

С.4 Критические температуры технологического процесса

С.4.1 Температуры застывания жидких смесей углеводородов

Аппараты с воздушным охлаждением, которые работают с газойлем или остаточными фракциями, могут потребовать приспособления к зимним условиям. Температуры застывания этих жидких углеводородных смесей колеблются от минус 51°С до плюс 63°С (от минус 60°F до плюс 145°F).

Температуру застывания фракции, состоящей из жидкого погона углеводородов с известной температурой застывания, нельзя предсказать математически. Единственным реалистичным методом определения точки застывания такой фракции является измерение в соответствии с ASTM D 97 [11].

Точку застывания смеси из двух погонов углеводородов с известными точками застывания можно приблизительно определять путем вычислений. Однако вследствие неточности таких расчетов, если фактическую точку застывания смеси измерять нельзя, то к прогнозируемому значению необходимо добавлять запас надежности, учитывающий последствия замерзания аппарата с воздушным охлаждением.

С.4.2 Точки замерзания углеводородов и других чистых жидких органических соединений

В таблице С.2 приведены точки замерзания часто встречающихся в нефтеперегонке углеводородов и чистых жидких органических соединений. Аппараты с воздушным охлаждением, которые работают с такими жидкостями, могут потребовать приспособления к зимним условиям.

С.4.3 Водные растворы органических соединений

Водные растворы некоторых органических соединений, приведенных в таблице С.2, также подвержены замерзанию в аппаратах с воздушным охлаждением. Соотношения концентраций для точек замерзания этих материалов справедливы только для очень разбавленных растворов. На рисунках С.7 - С.9 даны измеренные значения точек замерзания по всему диапазону концентраций.

Таблица С.2 - Точки замерзания часто встречающихся чистых жидких компонентов

Соединение	Молекулярный вес			Точка замерзания
				°С	(°F)
Вода	18,0			0,0	(32,0)
Бензол	78,1			5,6	(42,0)
Ортоксилол	106,2			-25,2	(-13,3)
Параксилол		106,2	13,3		(55,9)
Циклогексан		84,1	6,6		(43,8)
Стирол		104,1	-30,6		(-23,1)
Фенол		93,1	40,9		(105,6)
Моноэтанол амин		61,1	10,3		(50,5)
Диэтаноламин		105,1	25,1		(77,2)
Глицерин		92,1	18,3		(65,0)
Этиленгликоль		62,1	-13,0		(8,6)
Нафталин		128,2	80,3		(176,5)

С.4.4 Бисульфид аммония

Твердый бисульфид аммония (NH4HS) может осаждаться из потоков газов или паров, когда произведение парциальных давлений аммиака (NH3) и сероводорода (H2S) превышает константу диссоциации Kd при интересующей нас температуре и отсутствии жидкой воды.

На рисунке С. 10 представлен график Kd в зависимости от температуры. Осаждение не является проблемой для потоков, полностью состоящих из углеводородов, поскольку растворимость NH4HS в углеводородах пренебрежимо мала.

С.4.5 Газы под высоким давлением

Некоторые газы под высоким давлением, в том числе олефины и парафины С1 - С4, сероводород и углекислый газ, могут образовывать гидраты при насыщении водой при температурах выше точки замерзания воды. Эти гидраты представляют собой твердые кристаллы, которые могут накапливаться в трубах охлаждаемых воздухом теплообменников и закупоривать их. На рисунке С.11 представлены условия образования гидратов для этих чистых газов. Полуэмпирические методы прогнозирования образования гидратов в смесях газов, описаны в [12].

"Рисунок С.7 - Точка замерзания водных растворов фенола"

РИСУНОК С.8 - ТОЧКА ЗАМЕРЗАНИЯ ВОДНЫХ РАСТОРОВ ЭТАНОЛАМИНА

"Рисунок С.8 - Точка замерзания водных растворов этаноламина"

РИСУНОК С.9 - quot;ТОЧКА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ГЛИЦЕРИНА

"Рисунок С.9 - "Точка водных растворов глицерина"

"Рисунок С.10 - Константа диссоциации бисульфида аммония ( )

"Рисунок С. 11 - Равновесия давления-температуры при образовании гидратов, лист 1"

Примечания

1 Кривые на рисунке показывают области давления - температуры, благоприятные для образования гидратов газов (выше и слева от соответствующей кривой).

2 На рисунке показаны условия равновесия; однако поскольку системы гидратов обычно демонстрируют тенденции к метастабильности, метастабильные фазы гидратов могут существовать далеко за пределами области гидратов. Кроме того, образование гидратов не всегда происходит в области, где условия наиболее благоприятны для их образования.

3 На рисунке показаны условия равновесия гидратов с точностью 2 % давления.

4 Прерывности линий соответствуют фазовым изменениям в фазах негидратов. Для многокомпонентных систем условия образования гидратов следует определять согласно процедурам, описанным в [12]. Следует отметить, что небольшие количества примесей могут оказывать весьма существенное влияние на условия образования гидратов.

5 Источники данных по равновесию гидратов для этих графиков перечислены в [12].

6 Этот график и примечания к нему взяты из [12].

"Рисунок С. 11, лист 2"

Примечания

2 На рисунке показаны условия равновесия; однако, поскольку системы гидратов обычно демонстрируют тенденции к метастабильности, метастабильные фазы гидратов могут существовать далеко за пределами области гидратов. Кроме того, образование гидратов не всегда происходит в области, где условия наиболее благоприятны для их образования.

3 На рисунке показаны условия равновесия гидратов с точностью в пределах 2% давления.

5 Источники данных по равновесию гидратов для этих графиков перечислены в [12].

6 Этот график и примечания к нему взяты из [12].

С.5 Расчеты температуры стенок труб

С.5.1 Общие положения

С.5.1.1 Необходимость приспособления воздухоохлаждаемых теплообменников к эксплуатации в зимних условиях зависит от температуры стенок труб, которая, в свою очередь, зависит от температуры входного воздуха и критической температуры технологической среды. Для точного прогнозирования температуры стенок труб следует учитывать тип конструкции, рабочие режимы, а также режим потока среды.

С.5.1.2 В трубных пучках воздухоохлаждаемого противоточного теплообменника с перекрестным потоком наихудшие условия обычно имеют место на выходе нижнего ряда труб. В этом месте воздух, который контактирует с трубой, имеет самую низкую температуру, и среда на трубной стороне также имеет самую низкую из возможных температур. Это обычно самое критическое место, но необходимо учитывать также и другие места. Вентиляторы с осевым потоком не обеспечивают полностью равномерного распределения воздушного потока. Конструктор должен добавить по крайней мере 20% к интенсивности теплопередачи на воздушной стороне, чтобы учесть области с сильным потоком воздуха (см. коэффициент f в С.5.2). Конструктор должен также обеспечить хорошее распределение потока трубной стороны в трубном пучке.

Для расчета температуры стенок труб необходимо определить сопротивления на воздушной стороне и трубной стороне в каждом рассматриваемом месте. Такую информацию можно получить у изготовителя оборудования или из другого источника.

С.5.2 Условные обозначения

А	- общая площадь наружной поверхности нижнего слоя труб, ()
	- площадь наружной поверхности гладкой трубы на единицу длины, ()
	- площадь поверхности ребер на единицу длины трубы, ()
	- площадь внутренней поверхности трубы на единицу длины, ()
	- площадь наружной поверхности оребренной трубы на единицу длины, ()
	- коэффициент теплопередачи воздушной стороны для учета неравномерности распределения воз душного потока (рекомендованное минимальное значение 1, 2);
r	- локальное общее тепловое сопротивление, ()
	- локальное общее тепловое сопротивление в чистом состоянии, ()
	- сопротивление воздушной стороны в загрязненном состоянии, ()
	- сопротивление трубной стороны в загрязненном состоянии, ()
	- локальное сопротивление воздушной стороны, ()
	- локальное сопротивление трубной стороны, ()
	- общее сопротивление металла трубы, ()
	- сопротивление металла ребер, ()
	- сопротивление металла трубы, основанное на площади внутренней поверхности трубы, ()
Примечание - Для точного расчета необходимо, чтобы сопротивление металла трубы было основано на логарифмическом среднем площади поверхности трубы; однако сравнительно незначительная ошибка, возникающая при использовании сопротивления металла трубы, основанного на площади внутренней поверхности трубы, не оправдывает сложности расчетов с использованием логарифмического среднего площади поверхности.
	- средняя температура массы среды на трубной стороне в месте, где нужно рассчитать температуру стенки,°C(°F);
	- средняя температура массы воздуха в месте, где нужно рассчитать температуру стенки,°С (°F);
	- температура стенки трубы,°С (°F);
U	- локальный общий коэффициент теплопередачи, относящийся к наружной поверхности, ()
	- эффективность ребра;
	- эффективность оребренной поверхности трубы.

С.5.3 Вычисления

С.5.3.1 Когда различные сопротивления определены, можно спрогнозировать температуру стенок, пропорционально распределив сопротивления относительно температуры на выходе или в других важных областях. Это можно сделать с помощью следующих уравнений:

;

(С.1)

(С.2)

С.5.3.2 Ребра не покрывают всю поверхность трубы, и поскольку можно считать, что открытая гладкая поверхность трубы имеет эффективность 1,00, то эффективность оребренной поверхности трубы всегда выше, чем одних только ребер. Таким образом,

(С.3)

С.5.3.2.1 Расчет эффективности ребер достаточно сложен. Его можно, однако, заменить эквивалентным сопротивлением металла ребер . Это сопротивление металла достигает постоянного максимального значения для наружного сопротивления выше некоторого значения, определяемого высотой, толщиной и теплопроводностью ребра. Для стандартных алюминиевых ребер 90% этой величины достигается при локальных сопротивлениях воздушной стороны , которые ниже обычно встречающихся. Сопротивление металла ребра для этих расчетов можно считать постоянным с ничтожно малой погрешностью.

Следовательно, общее уравнение сопротивления можно переписать следующим образом:

(С.4)

где ;

С.5.3.2.2 В таблицах С.6 и С.7 даны значения для труб из нескольких обычно применяемых материалов наружным диаметром 25,4 мм (1") с алюминиевыми ребрами толщиной 0,4 мм (0,016") и высотой 15,9 мм (5/8"). Для других размеров и материалов ребер требуется расчет эффективности , чтобы определять для данной комбинации. Построение кривых эффективности ребер можно найти в учебниках, таких как [13], [14], [15].

С.5.3.3 Для начала предполагаем, что аппарат чистый. Загрязнение трубной стороны увеличивает температуру поверхности, так как среда контактирует тогда с поверхностью загрязняющего вещества. Основное уравнение сопротивления переписываем в следующем виде:

(C.5)

Уравнения для теплообменников с гладкими трубами такие же с тем исключением, что = 1, a - наружная поверхность гладкой трубы, т.е. . Поскольку рабочие характеристики теплообменников с гладкими трубами весьма чувствительны к уровню шага, конструктор при вычислении коэффициента теплопередачи на воздушной стороне должен обращаться к корреляциям для гладких труб, например, описанным в [16].

Поэтому общее сопротивление для гладких труб вычисляем по формуле

(С.6)

Для аппарата с чистыми гладкими трубами это уравнение сводится к следующему:

(С.7)

С.5.3.4 Температуру стенок труб можно вычислять, исходя из пропорциональной части общего сопротивления для чистых труб:

(С.8)

Образец расчетов приведен в С.11.

С.5.3.5 Одноходовые многорядные теплообменники с воздушным охлаждением более подвержены возникновению проблем в связи с точками замерзания и застывания вследствие колебаний среднего перепада температур от слоя к слою, причем в нижнем ряду теплообмен интенсивнее, чем в верхних рядах. Это означает, что нельзя с уверенностью использовать температуру смешанной выходной среды; вместо нее для каждого ряда труб, вызывающего сомнения, необходимо вычислять среднемассовую температуру среды на выходе трубной стороны.

Среды, состоящие из двух фаз и протекающие по одному ходу с множеством рядов, требуют более полного анализа с учетом разделения фаз в коллекторе. Проблема становится более сложной, если аппараты спроектированы не с равными площадями сечения потока в каждом ходе. Если среды вязкие, возникает проблема крайне неравномерного распределения потока. Его трудно рассчитать, поэтому аппараты для таких сред должны иметь как можно меньше параллельных ходов. Идеальным решением является один непрерывный серпантинный змеевик.

С.5.3.6 Когда рассчитана температура стенок труб, следует рассматривать следующие вопросы эксплуатации:

a) насколько меньше будет необходимый для удаления тепла поток при низких температурах?

b) должен ли аппарат работать с выключенными или включенными вентиляторами?

c) имеет ли аппарат жалюзи?

d) предусмотрен ли автоматически управляемый вентилятор с регулируемым шагом или другие средства уменьшения воздушного потока?

е) будет ли аппарат работать с частичной нагрузкой, так что условия потока на трубной стороне будут влиять на температуру стенок?

С.6 Тепловые потери

С.6.1 Общие положения

С.6.1.1 В аппаратах с воздушным охлаждением обычно используют большое количество единиц оборудования, которые плохо работают, когда заключены в кожух. Если воздушный поток нужно ограничивать или регулировать, обычно используют жалюзи или панели из листового металла. Следует обеспечивать условия для отключения, запуска или выдерживания в резервном режиме такого оборудования в периоды с минимальной темпера турой воздуха. В такие периоды технологическая среда может остыть до уровня ниже своей критической для процесса температуры, если воздушный поток через трубный пучок не будет почти прекращен и не будет предусмотрен дополнительный источник тепла.

С.6.1.2 Если не определять количество тепла, теряемого вследствие утечки через жалюзи и теплопроводности через закрывающие панели, то нельзя быть уверенным, что вспомогательные средства добавляют достаточное количество тепла. Таким образом, решение задачи оценки вспомогательного источника тепла нужно начинать с определения, сколько тепла может быть потеряно при конкретном наборе обстоятельств. Примеры расчетов тепловых потерь даются в С. 12.

С.6.1.3 Наиболее важным случаем, который следует рассматривать, является случай с отсутствием протекания технологической среды, с выключенными вентиляторами, минимальной температурой воздуха и высокой скоростью ветра. Следует допускать, что необходимо поддерживать температуру трубного пучка по крайней мере на 11°С - 17°С (20°F - 30°F) выше критической температуры технологического процесса.

С.6.1.4 Менее важным случаем являются кратковременные тепловые потери в условиях отсутствия протекания технологической среды при включенных вентиляторах, минимальной температуре воздуха и высокой скорости ветра. Эти условия возникают только в период перехода от рабочего состояния к выключенному или наоборот, так что пример этого случая не дан в С.12. Пример уравнений для выключенных вентиляторов можно использовать, чтобы определять утечку через жалюзи, используя перепад давлений, который существовал бы при включенных вентиляторах, вместо перепада давлений, вызываемого эффектом столба горячего воздуха.

С.6.1.5 Если устанавливается вспомогательный источник тепла, упомянутый в С.6.1.1 и С.6.1.2, то необходимо рассматривать несколько факторов. Следует выбирать теплоноситель, который будут использовать (обычно это пар, но иногда раствор антифриза). Следует также решать вопрос о размещении источника тепла. Отдельный змеевик глубиной в один ряд обычно помещают непосредственно под трубным пучком; однако особые соображения могут диктовать и менее эффективное размещение, например внутри канала рециркуляции.

С.6.2 Утечка через жалюзи

Жалюзи стандартного исполнения, поддерживаемые в хорошем состоянии, имеют, когда они закрыты, площадь утечки не более 2% площади лицевой поверхности. Это значение можно сокращать до не более 1%, если использовать специальные, более дорогие конструкции. Для обоих случаев можно рассчитывать скорость утечки воздуха (простой расчет см. в С.12.1.3 или С.12.2.3). Испытания на стандартных жалюзи показывают, что средние жалюзи имеют лишь половину площади утечки, которая прогнозируется при максимальных допусках.

С.6.3 Тепловые потери через поверхности

Тепловые потери от панелей из листового металла, в которые заключен аппарат, зависят от скорости воздуха внутри и снаружи, а также от перепада температур между внутренним воздухом и окружающим воздухом (общий коэффициент теплопередачи для этой поверхности рассчитан в С.12.1.4 и С.12.2.4 для диапазона скоростей ветра). Расчеты этого типа можно использовать также для определения тепловых потерь от горячего воздуха, рециркулирующего через рециркуляционный воздуховод во время нормальной работы. Расчет тепловых потерь для воздуховода можно использовать для того, чтобы убедиться, что требуемая температура воздуха, поступающего на трубный пучок, будет выдерживаться при смешивании рециркулирующего воздуха с входящим холодным воздухом.

С.7 Руководящие принципы

С.7.1 Общие положения

Аппараты с воздушным охлаждением обычно проектируют таким образом, чтобы рассеивать заданную тепловую нагрузку в летних условиях и такую же (или более высокую) тепловую нагрузку в зимних условиях. Для обеспечения нормальной работы в период минимальных температур воздуха принимают дополнительные меры. Эти меры включают рециркуляцию части воздуха, которая затем смешивается с поступающим холодным воздухом и подогревает его. Чтобы направлять рециркулирующий поток, требуются воздуховоды и жалюзи.

Меры, требующиеся для обеспечения хорошего перемешивания рециркулирующего воздуха с поступающим холодным воздухом, являются недопустимо дорогостоящими. Задаваемое значение средней температуры этого смешанного воздушного потока должно быть выше критической температуры процесса. Например, уставка для вакуумных конденсаторов пара обычно составляет 1,5°С - 4,5°С (35°F - 40°F). Важно измерять среднюю температуру воздуха в таких системах усредняющим термопатроном длиной от 4 до 6 м (12 - 20 футов), который измеряет температуру по всему воздушному потоку, а не датчиком, который делает измерения только в одной точке.

С.7.2 Методы проектирования

С.7.2.1 Система С - закрытая внутренняя циркуляция

Система С (см. рисунок С.5) работает в двух режимах: летнем и зимнем. В летнем режиме оба вентилятора перемещают воздух вверх, и рециркуляции воздуха не происходит. В зимнем режиме один вентилятор (обычно на выходном конце аппарата) перемещает воздух вниз. Это заставляет часть воздуха, движущегося вверх через трубный пучок (на конце, противоположном выходу), протекать горизонтально через верх пучка сквозь обводные жалюзи и затем вниз через пучок. По этому маршруту идет лишь часть воздуха, достаточная для того, чтобы средняя температура смешанного воздуха, поступающего к пучку, для пересечения его внизу удовлетворяла за данному значению. Воздуховод над трубным пучком должен иметь размер, достаточный для максимального количества воздуха, которое должно идти по этому пути. Консервативное правило проектирования состоит в том, чтобы определять размер поперечного сечения воздуховода исходя из линейной скорости воздуха 305 м/мин (1000 футов/мин) и используя количество воздуха, которое проходит через обводные жалюзи. Поперечное сечение воздуховода ни в коем случае не должно быть больше того значения, которое требуется для рециркуляции 100%-ного нагретого воздуха.

Альтернативный метод, который доказал свою адекватность, заключается в том, чтобы делать высоту пространства воздуховода над верхом боковой рамы, равной одной десятой длины трубы, округленной до ближайших 0,15 м (0,5 фута). Это значит, что для трубных пучков длиной 12 м (40 футов) потребуется высота 1,2 м (4 фута), а для трубных пучков длиной 11 м (36 футов) - высота 1,1 м (3,5 фута).

С.7.2.2 Система D - внешняя рециркуляция

Система D (см. рисунок С.6) работает только в одном режиме. Это означает, что движение воздуха через трубный пучок всегда происходит вверх. Однако, когда температура входящего воздуха достаточно низка, часть этого воздуха выходит из пучка и возвращается на вход вентилятора, проходя через боковую сторону или торец пучка через воздуховод с обводными жалюзи.

Размеры этого воздуховода внешней рециркуляции допускается проектировать по тем же правилам, что и для воздуховода внутренней рециркуляции, описанного в С.7.2.1. Результатом применения этих правил обычно является воздуховод с площадью поперечного сечения, равной от 20% до 30% площади лицевой поверхности трубного пучка. Однако, если необходимо ре циркулировать более 75% нагретого воздуха, размер воздуховода может приближаться к 40% площади лицевой поверхности трубного пучка.

С.8 Механическое оборудование

С.8.1 Общие положения

Если механическое оборудование должно работать в очень холодной или горячей окружающей среде, при его проектировании должны быть заложены минимальные или максимальные значения температур, которым оно может подвергаться. Возможно, что при проектировании двух расположенных рядом аппаратов придется по-разному учитывать температурные факторы, если один из аппаратов имеет только регулирование воздушного потока, а другой снабжен системой внешней рециркуляции.

С.8.2 Расчетные температуры

С.8.2.1 Если не согласовано иное, то минимальной расчетной температурой для механического оборудования должна быть минимальная расчетная температура воздуха.

С.8.2.2 Если не согласовано иное, то максимальная расчетная температура для механического оборудования, находящегося в воздушном потоке, выходящем из аппарата, должна быть равна максимальной температуре технологической среды или среды вспомогательного нагревания. Максимальная температура воздуха может иметь место, когда вентиляторы не работают, а жалюзи закрыты.

С.8.2.3 Максимальная расчетная температура для механического оборудования, расположенного во вход ном или рециркуляционном воздушном потоке, зависит от типа системы, защищающей от зимних условий (см. С.8.2.3.1 - С.8.2.3.3). Необходимо исследовать каждый режим эксплуатации (пуск, нормальную работу, останов), чтобы определять, какую расчетную температуру использовать.

С.8.2.3.1 В системе управления воздушным потоком (см. рисунки С.1 и С.2) максимальной расчетной температурой для оборудования, расположенного во входном воздушном потоке, является расчетная температура воздуха по сухому термометру.

С.8.2.3.2 В системе с открытой или закрытой внутренней рециркуляцией (см. рисунки С.3, С.4 и С.5) максимальной расчетной температурой для оборудования, установленного во входном воздушном потоке, должна быть температура воздуха, выходящего из вентилятора с реверсированным воздушным потоком во время рециркуляции, плюс запас надежности 14°С (25°F).

С.8.2.3.3 Поскольку в системе с внешней рециркуляцией (см. рисунок С.6) воздух перемешивается неполностью, следует очень внимательно выбирать расчетную температуру для оборудования, установленного во вход ном воздушном потоке. Опасность заключается в том, что это оборудование может подвергаться воздействию горячих слоев воздуха, который не смешался с более холодным входным воздухом. Эта проблема особенно остро стоит во время пуска.

С.8.3 Диапазон расчетных температур

Большинство механического оборудования удовлетворительно работает при температурах воздуха от минус 29°С (минус 20°F) до плюс 40°С (плюс 104°F) без каких-либо модификаций. Однако, поскольку выбор материалов и методы проектирования для большинства компонентов механического оборудования нестандартизированы, стандартные рабочие диапазоны у различных изготовителей могут быть различны.

С.8.4 Типичные характеристики и диапазоны рабочих температур стандартного механического оборудования

С.8.4.1 Общие положения

Характеристики и диапазоны температур воздуха, приводимые в этом разделе, не рассчитаны на то, чтобы ограничивать применение какого-либо оборудования. Пригодность конкретной единицы оборудования для не прерывной работы при определенной расчетной температуре следует подтверждать, проконсультировавшись у изготовителя.

С.8.4.2 Вентиляторы с ручным регулированием шага в условиях непрерывной работы [от минус 54°С до плюс 121°С (от минус 65°F до плюс 250°F)]

Для получения наилучших результатов в условиях холодной погоды вентиляторы с регулируемым вручную шагом должны быть снабжены втулкой из пластичной стали, алюминия или другого материала с хорошей пластичностью. Материал лопаток должен иметь аналогичные характеристики.

С.8.4.3 Вентиляторы с автоматическим регулированием переменного шага в условиях непрерывной работы [от минус 32°С до плюс 121°С (от минус 25°F до плюс 250°F)]

Критерии, приведенные в С.8.4.2 для втулок и лопаток вентиляторов с ручным регулированием шага, применяют также и к автоматически управляемым вентиляторам с регулируемым шагом. Поскольку автоматические устройства регулирования шага у разных изготовителей различны, фактический диапазон рабочих температур и рекомендации по расширению этого диапазона следует узнавать у изготовителя.

С.8.4.4 Электродвигатели [от минус 30°С до плюс 40°С (от минус 22°F до 240°F)]

Верхний предел рабочих температур для электродвигателей можно повышать, если заменять систему изоляции и смазочный материал подшипников на материалы, рассчитанные на более высокие температуры. В большинстве случаев использования в холодную погоду двигатели снабжают обогревателями, чтобы поддерживать температуру воздуха внутри их выше точки росы.

С.8.4.5 Клиновидные ремни [от минус 40°С до плюс 60°С (от минус 40°F до 140°F)] и ремни принудительной передачи с высоким крутящим моментом [от минус 34°С до плюс 85°С (от минус 30°F до плюс 185 (F)]

Если ремни эксплуатируют за пределами вышеуказанных температурных диапазонов, их срок службы сокращается. Имеются специальные ремни, предназначенные для эксплуатации выше и ниже этих диапазонов. Ожидаемая долговечность специальных ремней может быть ниже, чем у стандартных.

С.8.4.6 Зубчатые передачи [от минус 18°С до плюс 77°С (от минус 0°F до плюс 170°F)]

Для эксплуатации зубчатых передач при температурах нижеуказанного диапазона необходимо заменять смазочные материалы на пригодные для данной температуры и, возможно, добавлять маслоподогреватель. Фактические диапазоны рабочих температур и рекомендации по расширению этих диапазонов следует получать у изготовителя зубчатой передачи.

С.8.4.7 Подшипники [от минус 45°С до плюс 121°С (от минус 50°F до плюс 250°F)]

Указанный выше диапазон рабочих температур подшипников можно расширять, заменив смазочный материал на пригодный для требующегося температурного диапазона.

С.8.4.8 Стальные или алюминиевые жалюзи [от минус 40°С до плюс 121°С (от минус 40°F до плюс 250°F)]

Жалюзи должны быть рассчитаны на нагрузки, ожидаемые во время работы при низких температурах. Для этого необходимо выбирать более пластичный материал. При проектировании следует учитывать нагрузки от снега и льда, а также воздействие льда на конструкцию и работу рычажной передачи. Диапазон температур можно расширять, если выбирать другие материалы подшипников.

С.8.4.9 Мембранные пневмоприводы [от минус 40°С до плюс 82°С (от минус 40°F до плюс 180°F)], поршневые пневмоприводы [от минус 34°С до плюс 79°С (от минус 30°F до плюс 175°F)] и пневматические позиционирующие устройства [от минус 40°С до плюс 71°С (от минус 40°F до плюс 160°F)]

Вышеуказанный температурный диапазон для пневмоприводов и позиционирующих устройств можно расширять, заменив материалы некоторых компонентов, в том числе мембран и уплотнительных колец.

С.8.5 Вспомогательное нагревательное оборудование

С.8.5.1 Если в какой-либо системе защиты от зимних условий используют паровые нагревательные змеевики, то максимальную расчетную температуру находящегося под их воздействием механического оборудования можно определять по температуре насыщения пара. Эффект излучения от парового змеевика ничтожен, и его можно не учитывать при определении расчетных температур механического оборудования, расположенного под змеевиком. Паровые змеевики обычно используют во время пуска и отключения, но не при обычной работе. Для предотвращения замерзания парового змеевика следует использовать пароотделитель.

С.8.5.2 Успешно используют также другие типы вспомогательного нагревательного оборудования, такие как змеевики со смесью гликоля и воды, с жидким теплоносителем, электрические нагреватели и пространственные обогреватели.

С.9 Процедуры пуска и отключения

С.9.1 Общие положения

Описанные в этом разделе процедуры предназначены для того, чтобы дополнять процедуры, принятые у потребителя, а не заменять их. Эти процедуры применяют только к аппаратам с воздушным охлаждением с некоторой степенью защиты от зимних условий, от простейшей степени (только отрегулирования воздушного потока) до наиболее сложных степеней (до полной рециркуляции внешнего воздуха). Данные процедуры относят только к пуску и отключению в холодную погоду.

С.9.2 Процедуры пуска

С.9.2.1 Перед пуском удаляют снег, лед или защитные покрытия, которые могут помешать работе жалюзи или вентиляторов. В зависимости от конкретных погодных условий снег и лед иногда допускается удалять, включив пусковой нагревательный змеевик. Следует действовать осторожно, чтобы не допускать повреждения верхних жалюзи. Рабочие не должны ходить по жалюзи.

С.9.2.2 Проверяют систему подачи воздуха на приборы и убеждаются, что она работает и в ней нет воды.

С.9.2.3 Проверяют работу контрольно-измерительных приборов и клапанов системы управления.

С.9.2.4 Проверяют работу всех жалюзи, их рычажных передач, а также автоматически регулируемых вентиляторов с переменным шагом (если они используются).

С.9.2.5 Жалюзи закрывают. Включают пусковой нагревательный змеевик (если он еще не включен). Если нагревательной системой является паровой змеевик, проверяют пароотделитель и убеждаются, что он функционирует удовлетворительно. Перед пуском трубного пучка в работу его температура и температура окружающего его воздуха должны быть выше критической температуры технологического процесса.

С.9.2.6 Для систем с внутренней циркуляцией (см. рисунки С.3, С.4 и С.5) проверяют, находится ли система управления в зимнем режиме, а именно, вентилятор, расположенный ближе к выходу технологической среды, должен иметь такой угол установки, чтобы была возможность подавать воздух вниз через трубный пучок, а второй вентилятор мог подавать воздух вверх через пучок. Оба вентилятора должны быть установлены в положение максимального воздушного потока.

С.9.2.7 Для систем с внешней рециркуляцией (см. рисунок С.6) проверяют:

a) работают ли обводные жалюзи как следует, если имеется рычажная передача между верхними жалюзи и обводными жалюзи;

b) работу и средства привода входных жалюзи;

c) кожух теплообменника и убеждаются, что в нем нет больших отверстий, впускающих холодный воздух внутрь.

С.9.2.8 Пуск аппарата осуществляют в соответствии с обычными процедурами, однако при некоторых условиях процесса могут возникнуть особые требования. Например, паровые конденсаторы или охладители вязких жидкостей при умеренных температурах обычно требуют введения технологического потока с полным или близ ким к полному расходом. Напротив, технологические потоки с высокими температурами вводят в теплообменник постепенно, чтобы минимизировать высокие термические напряжения, которые могут привести к механическим неисправностям.

С.9.2.9 Включают вентиляторы, ставят жалюзи и автоматически управляемые вентиляторы с переменным шагом на автоматическое управление, и после достижения нормальных рабочих параметров отключают нагрева тельный змеевик.

С.9.3 Процедуры отключения

С.9.3.1 Перед отключением выключают вентиляторы, закрывают жалюзи и включают нагревательный змеевик, если он имеется.

С.9.3.2 Необходимо соблюдать нормальную процедуру отключения аппарата.

С.9.3.3 Если необходима прочистка паром, следует убедиться в полном стоке конденсата.

С.9.3.4 Далее отключают нагревательный змеевик.

С.9.3.5 Для защиты оборудования в период простоя соблюдают нормальные предусмотренные для него процедуры.

С.10 Пример экономического сравнения косвенного (с промежуточной водой) и прямого воздушного охлаждения для систем, требующих подготовки к эксплуатации в зимних условиях

С.10.1 Общие положения

Перед тем, как проводить экономическое сравнение систем с прямым и косвенным воздушным охлаждением, требующих подготовки к эксплуатации в зимних условиях, выбирают рабочие температуры для промежуточной воды. Это является важным фактором для экономики системы. Температура на выходе аппарата с воздушным охлаждением (см. рисунок С. 12) является функцией расчетной температуры воздуха по сухому термометру и критических температур технологической среды и трубных стенок в кожухотрубном теплообменнике. Температура должна быть выше критической температуры технологической среды. Температурный диапазон - влияет на размер аппарата с воздушным охлаждением с промежуточной водой, кожухотрубного теплообменника и мощность циркуляционного насоса и определяет количество корпусов в последовательности. Температурный диапазон следует выбирать так, чтобы оптимизировать компоненты конкретной системы.

Выводы из примера, приведенного в С. 10.2 и С. 10.3, справедливы только для этого конкретного случая. Каждый случай применения необходимо исследовать отдельно.

"Рисунок С.12 - Система с промежуточной водой"

С.10.2 Пример (единицы СИ)

Охладитель "нефтяного остатка" предназначен для охлаждения 363000 кг/ч продукта при атмосферном давлении с 171°С до 93°С. Расчетная температура по сухому термометру должна быть 49°С, минимальная расчетная температура воздуха должна быть 0°С. Температура застывания остатка должна быть 35°С, вязкость на входе и выходе 6,0 и 48,0 сП соответственно. Входная и выходная температуры циркуляционной воды были выбраны 57°С и 123°С при расходе 227000 кг/ч. Обратите внимание, что для примера выбрана система с водой под давлением. В таблице С.3 характеризуются обе системы, а в таблице С.5 сравнивается их стоимость.

Примечание - Система теплообменника с прямым воздушным охлаждением, описанная в этом разделе, хотя и является случаем практического применения, но не может быть оптимальной. Кроме того, данные о стоимости оборудования, приводимые в данном примере, относятся к 1981 году и взяты исключительно для иллюстрации; при реальном экономическом сравнении следует использовать действующие цены.

С.10.3 Пример (единицы, принятые в США)

Охладитель "нефтяного остатка" предназначен для охлаждения 800000 фунтов/час остатка при атмосферном давлении с 340°F до 200°F. Расчетная температура по сухому термометру должна быть 120°F, минимальная расчетная температура воздуха должна быть 32°F. Температура застывания остатка должна быть 95°F, вязкость на входе и на выходе 6,0 и 48,0 сП соответственно. Входная и выходная температуры циркуляционной воды были выбраны 135°F и 254°F при расходе 500000 фунтов/ч. Для примера выбрана система с водой под давлением. В таблице С.4 характеризуются обе системы, а в таблице С.5 сравнивается их стоимость.

Примечание - Система теплообменника с прямым воздушным охлаждением, описанная в этом разделе, хотя и является случаем практического применения, но не может быть оптимальной. Кроме того, данные о стоимости оборудования, приводимые в данном примере, относятся к 1981 году и взяты исключительно для иллюстрации; при настоящем экономическом сравнении следует использовать действующие цены.

Таблица С.3 - Описание косвенной и прямой систем воздушного охлаждения (единицы СИ)

Наименование показателя	Значение показателя
Наименование показателя	Косвенная система охлаждения	Прямая система воздушного охлаждения a
Площадь, : - кожухотрубного теплообменника	1486	-
- аппарата с воздушным охлаждением Технологическая нагрузка:	1208	-
- пропускная способность насоса,	227	-
- номинальный диаметр трубной обвязки/вместимость уравнительного бака,	150/1,89	-
Коэффициенты стоимости монтажа(b):
- кожухотрубного теплообменника	2,7	-
- аппарата с воздушным охлаждением	1,8	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям(a)	1,8	-
- насоса	2,5	-
- трубной обвязки/уравнительного бак	2,5	-
Мощность привода, кВт
- вентилятора аппарата с воздушным охлаждением	111,9	-
- насоса	18,6	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям(a)	160,3	-
(a) Технологическая нагрузка аппарата с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям, делится на две функции, причем они выполняются теплообменниками разной конфигурации. Обе конфигурации имеют полную внешнюю рециркуляцию и паровые змеевики. Для охлаждения от 171,11°С до 126,67°С конфигурация состоит из двух секций шириной 5,79 м и длиной 9,14 м с двумя трубными пучками в каждой секции. Каждый пучок имеет пять рядов и 12 проходов. Трубы имеют наружный диаметр 50,8 мм и 394 алюминиевых ребра (высотой 15,88 мм) на метр. Трубы расположены равносторонним треугольником и имеют шаг 101,6 мм. Общая площадь поверхности составляет 12,289 (площадь поверхности гладких труб 806 ). Для охлаждения от 226,67°С до 93,33°С конфигурация состоит из трех параллельных секций шириной 4,88 м и длиной 9,14 м с шестью трубными пучками в каждой секции. Они расположены в две параллельные нитки по три пучка последовательно. Каждый пучок имеет шесть рядов и три хода. Трубы гладкие наружным диаметром 25,4 мм и толщиной стенки 2,77 мм. Трубы расположены равносторонним треугольником и имеют поперечный шаг 44,45 мм. Площадь поверхности составляет 4133 . (b) Коэффициенты стоимости монтажа могут зависеть от места, стоимости рабочей силы и т.п.

Таблица С.4 - Описание косвенной и прямой систем воздушного охлаждения (единицы, принятые в США)

Наименование показателя	Значение показателя
Наименование показателя	Косвенная система охлаждения	Прямая система воздушного охлаждения a
Площадь, :
- кожухотрубного теплообменника	16000	-
- аппарата с воздушным охлаждением	13000	-
Технологическая нагрузка:
- пропускная способность насоса, галлонов/мин	1000	-
- номинальный диаметр трубной обвязки/вместимость уравнительного бака, галлонов	НТР 6/500	-
Коэффициенты стоимости монтажа(b):
- кожухотрубного теплообменника	2,7	-
- аппарата с воздушным охлаждением	1,8	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям a	1,8	-
- насоса	2,5	-
- трубной обвязки/уравнительного бака	2,5	-
Мощность привода, эфф. л. с.
- вентилятора аппарата с воздушным охлаждением	150	-
- насоса	25	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям(a)	215	-
(а) Технологическая нагрузка аппарата с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям, делится на две функции, причем они выполняются теплообменниками разной конфигурации. Обе конфигурации имеют полную внешнюю рециркуляцию и паровые змеевики. Для охлаждения от 340°F до 260°F конфигурация состоит из двух секций шириной 19 футов и длиной 30 футов с двумя трубными пучками в каждой секции. Каждый пучок имеет пять рядов и 12 проходов. Трубы имеют наружный диаметр 2" и 10 алюминиевых ребер на дюйм; высота ребер 5/8". Трубы расположены равносторонним треугольником с поперечным шагом 1". Общая площадь поверхности составляет 142800 кв. футов (площадь поверхности гладких труб 8671 кв. футов). Для охлаждения от 260°F до 200°F конфигурация состоит из трех параллельных секций шириной 16 футов и длиной 30 футов, с шестью трубными пучками в каждой секции. Они расположены в две параллельные нитки по три пучка последовательно. Каждый пучок имеет шесть рядов и три хода. Трубы гладкие наружным диаметром 1" и толщиной стенки 0,109". Трубы расположены равносторонним треугольником и имеют поперечный шаг 1 3/4". Площадь поверхности составляет 44485 кв. футов. (b) Коэффициенты стоимости монтажа могут зависеть от места, стоимости рабочей силы и т.п.

Таблица С.5 - Сравнение стоимости систем с косвенным и прямым охлаждением

Наименование показателя	Косвенная система охлаждения	Прямая система воздушного охлаждения a
Стоимость оборудования(a), доллары США:
- кожухотрубного теплообменника	150000	-
- аппарата с воздушным охлаждением	287000	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям	11360000	1136000
- насоса	10000	-
- трубной обвязки/уравнительного бака	20000	-
Стоимость в смонтированном виде(b), доллары США
- кожухотрубного теплообменника	405000	-
- аппарата с воздушным охлаждением	516000	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям	2045000	-
- насоса	25000	-
- трубной обвязки/уравнительного бака	50000	-
Стоимость энергии(c), доллары США
- вентиляторов аппарата с воздушным охлаждением	225000	-
- теплообменника с воздушным охлаждением, приспособленного к зимним условиям	322000	-
- насоса	37000	-
Оценка полной стоимости(d)
Система	1258000	2367000
(а) Стоимость оборудования приведена по данным 1981 г. (b) Стоимость в смонтированном виде получают, умножив коэффициент стоимости монтажа на закупочную цену оборудования, о котором идет речь. Стоимость в смонтированном виде включает в себя стоимость подвода трубопроводов, земляных работ, бетонных работ, конструкционной стали, электромонтажных работ, установки контрольно-измерительных приборов, окраски и изоляции. (с) Для расчета стоимости энергии была взята цена 1500 долларов США за эффективную лошадиную силу (2011 долларов США за киловатт). (d) Полная стоимость равна сумме стоимости в установленном виде и затрат на энергию.

С.11 Расчет минимальной температуры стенок труб

С.11.1 Пример расчета минимальной температуры стенок труб для оребренных труб (единицы, принятые в США)

С.11.1.1 Общие сведения

Проектируется аппарат с нагнетательной тягой, описанный в С.11.1.2, предназначенный для охлаждения 116000 фунтов/ч газойля (с плотностью 21,4° Американского нефтяного института и показателем К по системе Universal Oil Products 11,5) с 290°F до 160°F при температуре воздуха на входе 90°F. Необходимо рассчитать минимальную температуру стенок труб на выходе нижнего ряда труб для температуры воздуха на входе 10°F и минимальном расходе воздуха 147000 фунтов/ч, которая требуется для поддержания необходимой выходной температуры проектируемого процесса. Температура застывания газойля 50°F.

С.11.1.2 Описание аппарата

Аппарат состоит из одной секции, содержащей один трубный пучок шириной 9,5 футов и длиной 30 футов, с семью рядами и семью проходами. Пучок содержит 319 труб из углеродистой стали с наружным диаметром 1" и толщиной стенки 0,109", расположенных в виде равностороннего треугольника, с шагом 2 1/2". Трубы имеют 10 алюминиевых ребер на дюйм; высота ребра 5/8", толщина 0,016".

С.11.1.3 Данные

Переменные, значения которых приведены ниже, определены в С.5.2.

- 0,2047 ;

- 5,5 ;

- 1,2;

- 0,3367 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 0,0389 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 0,0251 (см. таблицу С.6);

= 0,0389 (5,5/0,2047) + 0,025 + (0,3367/1,2),

= 1,351 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 10°F;

- 160°F;

= 160 - (0,038 9/1,351) (5,5/0,2047) (160-10),

=44°F

Вычисленная температура стенок труб намного ниже рекомендуемой температуры 75°F (50°F плюс 25°F как запас надежности). Следовательно, конструктор должен рассмотреть метод подготовки к зимним условиям, адекватно защищающий данную систему от проблем с температурой застывания. В этой ситуации возможными решениями могут стать системы С или D, которые следует рассмотреть; однако конструктор решает устранить эту проблему другим способом, который описан в С.11.2.

С.11.2 Пример расчета минимальной температуры стенок гладких труб (единицы, принятые в США)

С.11.2.1 Общие сведения

Конструктор решает спроектировать аппарат с использованием как оребренных, так и гладких труб. В новой конструкции трубный пучок имеет верхние ряды оребренных труб и нижние ряды гладких труб. Количество воздуха температурой 10°F, требующееся, чтобы получить расчетную выходную температуру технологической среды 160°F, такое же, как и в конструкции, описанной в С.11.1.1. Теперь конструктор рассчитывает минимальную температуру стенок труб на выходе нижнего ряда гладких труб.

С.11.2.2 Описание аппарата

Аппарат состоит из одной секции, содержащей один трубный пучок шириной 9,5 футов и длиной 30 футов, с восемью рядами и восемью проходами. Верхние шесть рядов пучка содержат 273 трубы из углеродистой стали наружным диаметром 1" и толщиной стенки 0,109", расположенные в виде равностороннего треугольника с шагом 2 1/2". Трубы имеют 10 алюминиевых ребер на один дюйм; высота ребра 5/8", толщина 0,016". Кроме того, пучок содержит 166 труб из углеродистой стали в двух нижних рядах. Эти трубы также имеют наружный диаметр 1" и толщину стенки 0,109" и расположены в виде равностороннего треугольника с шагом 1 3/8".

С.11.2.3 Данные

Данные для нижнего ряда гладких труб:

- ;

- 0,2047 ;

- 0,153 (Т) () (ч)/БТЕ;

- 0,058 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 0,0004 (°F) () (ч)/БТЕ;

= 0,058 (0,2618/0,2047) + 0,0004 + (0,153/1,2),

= 0,202 (°F) () (ч)/БТЕ;

= 160 - (0,058/0,202) (0,2618/0,2047) (160 - 10),

=105T.

Рассчитанная температура стенок труб на выходе нижнего ряда гладких труб много выше 75°F, поэтому замерзания газойля не ожидается. Чтобы удостовериться, что оребренная часть пучка также защищена, конструктор решает рассчитать температуру стенок труб на выходе шестого прохода (ряд оребренных труб непосредственно над гладкими трубами). В результате тепловых расчетов конструктор получает следующие данные:

- 0,3356 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 0,0236 (°F) () (ч)/БТЕ;

= 0,0236 (5,5/0,2047) + 0,0251 + (0,3356/1,2),

= 0,939 (°F) () (ч)/БТЕ;

- 31,3°F (температура воздуха, выходящего из участка гладких труб);

- 173,4°F (температура газойля, выходящего из шестого прохода);

= 173,4 - (0,0236/0,939) (5,5/0,2047) х (173,4 - 31,3),

= 77,4°F (> 75°F).

Представляется, что эта конструкция надежна с точки зрения потенциального замерзания при непрерывной работе. Однако, как и во всех охладителях для вязких жидкостей, рекомендуется использовать вспомогательный нагревательный змеевик для пуска в холодную погоду.

С.11.3 Пример расчета минимальной температуры стенок труб для оребренных труб (единицы СИ)

С.11.3.1 Общие сведения

Проектируется аппарат с нагнетательной тягой, описанный в С.11.3.2, предназначенный для охлаждения 52618 кг/ч газойля (с плотностью 21,4° Американского нефтяного института) и показателем К по Universal Oil Products 11,5) с 143°С до 71°С при температуре воздуха на входе 32°С. Конструктор желает рассчитать минимальную температуру стенок труб на выходе нижнего ряда труб для температуры воздуха на входе минус 12°С и минимальном расходе воздуха 66679 кг/ч, которая требуется для поддержания необходимой выходной темпера туры проектируемого процесса. Температура застывания газойля должна быть 10°С.

С.11.3.2 Описание аппарата

Аппарат состоит из одной секции, содержащей один трубный пучок длиной 2,90 м, с семью рядами и семью проходами. Пучок содержит 319 труб из углеродистой стали наружным диаметром 25,4 мм и толщиной стенки 2,77 мм, расположенных в виде равностороннего треугольника с шагом 63,5 мм. Трубы имеют 394 алюминиевых ребер на метр; высота ребра 15,9 мм, толщина - 0,4 мм.

С.11.3.3 Данные

Переменные, значения которых приводятся ниже, определены в С.5.2.

- 0,0624 ;

- 1,68 ;

- 1,2;

- 0,0593 ;

- 0,00685 ;

- 0,00443 (см. таблицу С.7);

;

= 0,00685 (1,68/0,0624) + 0,00443 + (0,0593/1,2);

= 0,238 ;

- минус 12°С;

- 71°С;

;

= 71 - (0,00685/0,238) (1,68/0,0624) [71 - (-12)];

= 6,7°С.

Вычисленная температура стенок труб намного ниже рекомендуемой температуры 23,9°С (10°С плюс 13,9°С как запас надежности). Следовательно, конструктор должен рассмотреть метод приспособления к зимним условиям, адекватно защищающий данную систему от проблем с температурой застывания. В этой ситуации возможными решениями могут стать системы С или D, которые следует рассмотреть; однако конструктор решает устранить эту проблему другим способом, который описан в С.11.4.

С.11.4 Пример расчета минимальной температуры стенок гладких труб (единицы СИ)

С.11.4.1 Общие сведения

Конструктор решает спроектировать аппарат с использованием как оребренных, так и гладких труб. В новой конструкции трубный пучок имеет верхние ряды оребренных труб и нижние ряды гладких труб. Количество воздуха температурой минус 12°С, требующееся, чтобы получить расчетную выходную температуру технологической среды 71°С, такое же, как и в конструкции, описанной в С. 11.3.1. Теперь конструктор рассчитывает минимальную температуру стенок труб на выходе нижнего ряда гладких труб.

С.11.4.2 Описание аппарата

Аппарат состоит из одной секции, содержащей один трубный пучок шириной 2,90 м и длиной 9,14 м, с восемью рядами и восемью проходами. Верхние шесть рядов пучка содержат 273 трубы из углеродистой стали наружным диаметром 25,4 мм и толщиной стенки 2,77 мм, расположенные в виде равностороннего треугольника с шагом 63,5 мм. Эти трубы имеют 394 алюминиевых ребра на метр; высота ребра 15,9 мм, толщина 0,4 мм. Кроме того, пучок содержит 166 труб из углеродистой стали в двух нижних рядах. Эти трубы также имеют наружный диаметр 25,4 мм и толщину стенки 2,77 мм и расположены в виде равностороннего треугольника с шагом 34,9 мм.

С.11.4.3 Данные

Данные для нижнего ряда гладких труб:

- 0,0798 ;

- 0,0624 ;

- 0,0629 ;

- 0,0102 ;

- 0,000070 ;

= 0,0102 (0,0798/0,0624) + 0,000070 + (0,0269/1,2),

= 0,0355 .

= 71 - (0,0102/0,0355) (0,0798/0,0624) [71 - (-12)],

= 40,5°С.

Рассчитанная температура стенок труб на выходе нижнего ряда гладких труб много выше 23,9°С, поэтому замерзания газойля не ожидается. Чтобы удостовериться, что оребренная часть пучка также защищена, конструктор решает рассчитать температуру стенок труб на выходе шестого прохода (ряд оребренных труб непосредственно над гладкими трубами). В результате тепловых расчетов конструктор получает следующие данные:

- 0,059 ;

- 0,00415 ;

= 0,00415 (1,68/0,0624) + 0,0044 + (0,059/1,2),

= 0,1653 ;

- минус 0,4°С (температура воздуха, выходящего из участка гладких труб);

- 78,5°С (температура газойля, выходящего из шестого прохода);

= 78,5 - (0,00415/0,1653) (1,68/0,0624) [78,5 - (-0,4)],

= 25,2°С (> 23,9°С).

Таблица С.6 - Значение для полной площади наружной поверхности трубы наружным диаметром 1", с алюминиевыми ребрами высотой 5/8" и толщиной 0,016"

Материал трубы	Теплопроводность	Кол-во ребер на дюйм	Толщина стенки трубы, дюйм
			0,035	0,049	0,065	0,083	0,109	0,134
			(°Fч/БТЕ)
Адмиралтейская латунь	70	7	0,01677	0,01708	0,01745	0,01787	0,01852	0,01918
		8	0,01700	0,01735	0,01777	0,01825	0,01898	0,01943
		9	0,01720	0,01760	0,01806	0,01860	0,01942	0,02025
		10	0,01739	0,01782	0,01833	0,01893	0,01984	0,02076
		11	0,01755	0,01803	0,01859	0,01925	0,02024	0,02125
Алюминий	90	7	0,01655	0,01677	0,01702	0,01732	0,01778	0,01824
		8	0,01675	0,01700	0,01729	0,01763	0,01814	0,01866
		9	0,01692	0,01720	0,01752	0,0190	0,01848	0,01906
		10	0,01708	0,01738	0,01774	0,01816	0,01879	0,01944
		11	0,01722	0,01755	0,01794	0,01840	0,01909	0,01980
Углеродистая сталь	26	7	0,01789	0,01867	0,01959	0,02067	0,02230	0,02396
		8	0,01827	0,01916	0,02020	0,02142	0,02327	0,02515
		9	0,01862	0,01961	0,02078	0,02214	0,02421	0,02631
		10	0,01896	0,02005	0,02134	0,02285	0,02513	0,02745
		11	0,01927	0,02047	0,02188	0,02353	0,02603	0,02858
Нержавеющая (коррозионно-стойкая) сталь (марки 302, 304, 316, 321 и 347)	9,3	7	0,02068	0,02263	0,02493	0,02762	0,03169	0,03584
		8	0,02143	0,02364	0,02625	0,02930	0,03392	0,03862
		9	0,02215	0,02463	0,02755	0,03095	0,03611	0,04137
		10	0,02286	0,02559	0,02882	0,03258	0,03829	0,04409
		11	0,02355	0,02654	0,03008	0,03420	0,04045	0,04681
= теплопроводность в Британских тепловых единицах (час) (квадратный фут) (градус Фаренгейта) на один фут. Примечание - Приведенные в таблице значения исходят из допущения максимального сопротивления воздушной стороны ( или ), равного 0,15. Эффективность ребер допускается = 1.

Таблица С.7 - Значение для полной площади наружной поверхности трубы наружным диаметром 25,4 мм, с алюминиевыми ребрами высотой 15,9 мм и толщиной 0,4 мм

Материал трубы	Теплопроводность	Кол-во ребер на дюйм	Толщина стенки трубы, дюйм
			0,89	1,24	1,65	2,10	2,77	3,40
			()
Адмиралтейская латунь	121	276	0,00295	0,00301	0,00307	0,00315	0,00326	0,00338
		315	0,00299	0,00306	0,00313	0,00321	0,00334	0,00342
		354	0,00303	0,00310	0,00318	0,00328	0,00342	0,00357
		394	0,00306	0,00314	0,00323	0,00333	0,00349	0,00366
		433	0,00309	0,00318	0,00327	0,00339	0,00356	0,00374
Алюминий	155,6	276	0,00291	0,00295	0,00300	0,00305	0,00313	0,00321
		315	0,00295	0,00299	0,00304	0,00310	0,00319	0,00329
		354	0,00298	0,00303	0,00309	0,00315	0,00325	0,00336
		394	0,00301	0,00306	0,00312	0,00320	0,00331	0,00342
		433	0,00303	0,00309	0,00316	0,00324	0,00336	0,00349
Углеродистая сталь	45,0	276	0,00315	0,00329	0,00345	0,00364	0,00393	0,00422
		315	0,00322	0,00337	0,00356	0,00377	0,00410	0,00443
		354	0,00328	0,00345	0,00366	0,00390	0,00426	0,00463
		394	0,00334	0,00353	0,00376	0,00402	0,00443	0,00483
		433	0,00339	0,00360	0,00385	0,00414	0,00458	0,00503
Нержавеющая сталь (типы 302, 304, 316, 321 и 347)	16,08	276	0,00364	0,00399	0,00439	0,00486	0,00558	0,00631
		315	0,00377	0,00416	0,00462	0,00516	0,00597	0,00680
		354	0,00390	0,00434	0,00485	0,00545	0,00636	0,00729
		394	0,00403	0,00451	0,00508	0,00574	0,00674	0,00760
		433	0,00415	0,00467	0,00530	0,00602	0,00712	0,00824
= теплопроводность в ваттах на (метр Кельвин). Примечание - Приведенные в таблице значения исходят из допущения максимального сопротивления воздушной стороны ( или ), равного 0,0264. Эффективность ребер допускается = 1.

С.12 Пример расчета тепловых потерь

С.12.1 Пример расчета тепловых потерь (единицы, принятые в США)

С.12.1.1 Общие сведения

В примерах, приведенных в этом разделе, необходимо устанавливать перепад температур между окружающим воздухом и воздухом внутри аппарата. В расчете для определения минимального количества подводимого тепла, которое требуется от вспомогательного нагревательного змеевика, температурой воздуха, заключенного в объеме, окружающем технологический змеевик, должна быть температура, до которой желательно нагревать технологический трубный пучок.

Внутри нагреваемого объема воздух вверху будет горячее, чем воздух внизу. Значения температуры внутреннего воздуха как для верха, так и для низа объема являются допущенными. Это не рекомендованные температуры воздуха, а просто взятые в качестве допущения для иллюстрации процедуры расчетов.

Обратите внимание, что здесь допускается, что площадь жалюзи такая же, как и лицевая площадь трубного пучка, - это не всегда бывает так.

С.12.1.2 Номенклатура

С.12.1.2.1 Обозначения

- площадь утечки жалюзи в квадратных футах. (В приводимых ниже расчетах допускается, что составляет 2% лицевой площади трубного пучка);

- средняя удельная теплоемкость в британских тепловых единицах на (фунт) (градус Фаренгейта). (Для воздуха берется значение 0,24);

- давление, стимулирующее утечку, в футах столба среды;

- давление эффективное, стимулирующее утечку, в футах столба среды;

g - ускорение силы тяжести, равное 32,17 ;

h - высота столба горячего воздуха в футах;

К - локальный коэффициент теплопередачи в британских тепловых единицах на (час) (квадратный фут) (градус Фаренгейта);

- тепловые потери в единицу времени в британских тепловых единицах в час;

Т - температура в градусах Фаренгейта;

U - коэффициент теплового пропускания в британских тепловых единицах на (час) (квадратный фут) (градус Фаренгейта);

v - скорость в футах в секунду;

- расход в единицу времени, в фунтах в час;

- плотность воздуха в фунтах на кубический фут.

С.12.1.2.2 Подстрочные индексы

о - относится к условиям снаружи теплообменника с воздушным охлаждением;

i - относится к условиям внутри теплообменника с воздушным охлаждением.

С.12.1.3 Утечка через жалюзи

С.12.1.3.1 Воздух с температурой теплее, чем у окружающего воздуха, находящийся в негерметичном кожухе, стремится подниматься внутри кожуха и оказывает давление на верхнюю поверхность. Если верхняя поверхность состоит из не закрытых герметично лопаток жалюзи, то это вызывает утечку. Давление, стимулирующее утечку, можно выражать следующим образом:

(С.9)

Скорость протекания через области утечки (при допущении потери в 1,5 скоростных напора) составляет:

(С.10)

Расход, с которым теплый воздух утекает через жалюзи, равен:

(С.11)

Интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи равна

(С.12)

Пример расчета тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи представлен в С.12.1.3.2.

С.12.1.3.2 Допускаем следующие условия: полностью заключенный в кожух аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 14 футов, длину 36 футов, высоту 8 футов. Температура внутреннего воздуха равна 100°F, а температура наружного воздуха равна 0°F. Если допустить, что действуют законы идеального газа, плотность воздуха можно определить из уравнения (С.13):

(С.13)

где М - молекулярный вес воздуха, равный 28,96;

р - абсолютное давление в фунтах на квадратный дюйм;

R - газовая постоянная, равная 10,73 (кубических футов) (фунтов на квадратный дюйм, абсолютное) на (фунт-моль) (градусы Ренкина);

T - температура наружного воздуха в градусах Ренкина.

Следовательно, плотность наружного воздуха составляет:

= [(28,96) (14,70)]/[(10,73) (0 + 459,67)] = 0,0863 .

Плотность внутреннего воздуха составляет:

= [(28,96) (14,70)]/[(10,73) (0 + 459,67)] = 0,0709 .

Давление, стимулирующее утечку через жалюзи, определяют с помощью уравнения (С.9):

= [8 (0,0863 - 0,0709)]/0,0709 = 1,738 футов воздушного столба.

Скорость протекания через площадь утечки жалюзи, вытекающая из этого давления, вычисляют с помощью уравнения (С.10):

= 8,63 футов/с.

Расход утечки воздуха через жалюзи вычисляют с помощью уравнения (С.11):

= 3600 = (3600) (8,63) (0,0709) [(0,02) (14) (36)] = 22203 фунта/ч.

Интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи вычисляют с помощью уравнения (С.11):

= = (22,203) (0,24) (100 - 0) = 532900 БТЕ/ч.

С.12.1.4 Тепловые потери через поверхности

С.12.1.4.1 Теплота, теряемая вследствие конвекции от внешних поверхностей замкнутого объема, является функцией перепада температур, скорости ветра и площади поверхности. Для скоростей ниже 16 футов/с рекомендуется следующее уравнение из ссылки [13] для определения коэффициента теплопередачи К для воздушно го потока, параллельного плоским поверхностям:

К= 0,99 + 0,21 v.

(С.14)

Примечание - Это уравнение выведено для вертикальных поверхностей; однако для простоты его используют здесь для всех поверхностей, поскольку большинство из них вертикальны.

Для скоростей не менее 16 футов/с рекомендуется следующее уравнение:

(С.15)

Образец расчета тепловых потерь за счет конвекции для воздухоохлаждаемого теплообменника представ лен в С.1.4.2.

С.12.1.4.2 Допускаем следующие условия: полностью заключенный в кожух аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 18 футов, длину 36 футов, высоту 16 футов (от уровня основания до верха жалюзи). Температура внутреннего воздуха изменяется линейно от 100°F вверху до 50°F внизу. Температура наружного воздуха равна 0°F. Скорость внутреннего воздуха - 2 фута/с. Скорость ветра снаружи - 30 футов/с.

Коэффициент теплового пропускания U вычисляют следующим образом:

= 0,99 + 0,21v= 0,99 + (0,21) (2) = 1,41 БТЕ/(ч°F).

БТЕ/(ч°F).

U= 1/[(1/) + (1/)] = 1/[(1/1,41) + (1/7,09)] = 1,176 БТЕ/(ч°F).

Полную интенсивность тепловых потерь через поверхность определяют следующим образом:

;

= (1,17) {(18) (36) (100 - 0) + (16 + 18 + 36 + 36) [(100 + 50)/2 - 0]};

= 227400 БТЕ/ч.

С.12.1.5 Расчет полных тепловых потерь

С. 12.1.5.1 Нагнетательная тяга с внешней рециркуляцией

Допускаем, что кожух имеет ширину 18 футов, длину 36 футов и высоту 18 футов. Размеры верхних жалюзи 14 х 36 футов. Жалюзи входного воздуха расположены на боковых сторонах внизу. Между нагревательным змеевиком и верхними жалюзи имеется столб горячего воздуха высотой 9 футов. Допускаем, что температура наружного воздуха равна 0°F, а температура внутреннего воздуха изменяется линейно от 100°F над нагревательным змеевиком до 50°F в низу кожуха.

Тепловые потери через верхние жалюзи вычисляют следующим образом:

= 0,0863 ;

= 0,0709 .

Давление, стимулирующее утечку и возникающее вследствие столба горячего воздуха над нагревательным змеевиком, определяют следующим образом:

= [(9) (0,0863 - 0,0709)] / 0,0709 = 1,95 фута воздушного столба.

Плотность воздуха при средней температуре под нагревательным змеевиком составляет

= [(28,96) (14,7)]/{(10,73) [(100 + 50)/2 + 459,67]} = 0,0742 .

Стимулирующее утечку давление ниже нагревательного змеевика определяют следующим образом:

= [9 (0,0863 - 0,0742)]/0,0742 = 1,47 фута воздушного столба.

Полное стимулирующее утечку давление является суммой давлений выше и ниже нагревательного змеевика:

= 1.95 + 1,47 = 3,42 фута воздушного столба.

Этот перепад давлений, однако, не предполагает ограничения воздуха, входящего в теплообменник. Поскольку весь аппарат заключен в кожух, поступающий воздух должен проходить через входные жалюзи. Количество входящего воздуха должно равняться количеству выходящего воздуха. Можно допустить, что эффективное стимулирующее утечку давление будет поровну поделено между входными и выходными жалюзи. Следовательно:

= 3,42/2 = 1,71 фута воздушного столба.

Скорость протекания через площадь утечки жалюзи составляет

футов/с,

Тогда интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи будет:

= [(3600) (8,56) (0,0709)] [(0,02) (14) (36)] [(0,24) (100 - 0)] = 528600 БТЕ/ч.

Коэффициент теплового пропускания U равен 1,176 БТЕ/(ч°F). Тепловые потери через поверхности составляют:

= 1,176 (9) (18+18+36+36) (100-0)] +

+ 1,176 {(9) (18 + 18 + 36 + 36) [(100 + 50)/2 - 0]} + 1,176 [(18) (36) (100 - 0)] = 276200 БТЕ/ч.

С.12.1.5.2 Нагнетательная тяга без жалюзи

Этот случай обсуждается для того, чтобы показать, что без верхних жалюзи тепловые потери в четыре-восемь раз больше, чем при их наличии. Такие потери вызываются не встречающей препятствий естественной тягой воздуха через трубный пучок. В таких условиях разумно будет принимать скорость воздуха на лицевой поверхности трубного пучка равной 50 футам/мин. Геометрия аппарата с воздушным охлаждением допускается такой же, как и в примере

С.12.1.3: полностью закрытый аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 14 футов, длину 36 футов и высоту 8 футов. Допускается также, что воздух нагревается с 0°F до 100°F.

Тепловые потери вычисляют следующим образом. Потери теплого воздуха при прохождении через трубный пучок составляют:

= 3600 = (3600) (50/60) (0,0709) [(14) (36)] = 107200 фунтов/ч.

Это приводит к следующим тепловым потерям:

= (107200) (0,24) (100 - 0) = 2572800 БТЕ/ч.

Для других конструкций, анализ которых может потребоваться, рекомендуется применять принципы, ис пользованные в этих примерах.

С.12.2.2 Пример расчета тепловых потерь (единицы СИ)

С.12.2.2.1 Общие сведения

В примерах, приведенных в этом разделе, необходимо устанавливать перепад температур между окружающим воздухом и воздухом внутри аппарата. В расчете для определения минимального количества подводимого тепла, которое требуется от вспомогательного нагревательного змеевика, температурой воздуха, заключенного в объеме, окружающем технологический змеевик, должна быть температура, до которой желательно нагреть технологический трубный пучок.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

С.12.2.2 Номенклатура

С.12.2.2.1 Обозначения

- площадь утечки жалюзи, . (В приводимых ниже расчетах допускается, что составляет 2% лицевой площади трубного пучка);

- средняя удельная теплоемкость в кДж/() (Для воздуха берется значение 1,005);

- давление, стимулирующее утечку, в футах столба среды;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,807 ;

h - высота столба горячего воздуха, м;

К - локальный коэффициент теплопередачи, Вт/();

- тепловые потери в единицу времени, Вт;

Т - температура,°С;

U - коэффициент теплового пропускания, Вт/();

v - скорость, м/с;

- расход в единицу времени, кг/ч;

- плотность воздуха, ;

С.12.2.2.2 Подстрочные индексы

о - относится к условиям снаружи теплообменника с воздушным охлаждением;

i - относится к условиям внутри теплообменника с воздушным охлаждением.

С.12.2.3 Утечка через жалюзи

С.12.2.3.1 Воздух с температурой выше, чем у окружающего воздуха, находящийся в негерметичном кожухе, стремится подниматься внутри кожуха и оказывает давление на верхнюю поверхность. Если верхняя поверхность состоит из не закрытых герметично лопаток жалюзи, то это вызывает утечку. Давление, стимулирующее утечку, можно выразить следующим образом:

(С.16)

Скорость протекания через области утечки (при допущении потери в 1,5 скоростных напора) составляет:

(С.17)

Расход, с которым теплый воздух утекает через жалюзи, равен:

(С.18)

Интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи равна:

(С.19)

Пример расчета тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи представлен в С.12.2.3.2.

С.12.2.3.2 Допускаем следующие условия: полностью заключенный в кожух аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 4,27 м, длину 10,97 м, высоту 2,44 м. Температура внутреннего воздуха равна 37,78°С, а температура наружного воздуха равна минус 17,78°С. Если допустить, что действуют законы идеального газа, плотность воздуха можно определять из уравнения:

(С.20)

где М - молекулярный вес воздуха, равный 28,96;

р - абсолютное давление, кПа;

R - газовая постоянная, равная 8,31

Т - температура наружного воздуха, К.

Следовательно, плотность наружного воздуха составляет:

= [(28,96) (101,33)]/[(8,31) (-17,78 + 273,15)] = 1,383 .

Плотность внутреннего воздуха составляет:

= [(28,96) (101,33)]/[(8,31) (37,78 + 273,15)] = 1,136 .

Давление, стимулирующее утечку через жалюзи, определяют с помощью уравнения (С.16)

= [2,44 (1,383 - 1,136)]/1,136 = 0,531 метра воздушного столба.

Скорость протекания через площадь утечки жалюзи, вытекающая из этого давления, вычисляют с помощью уравнения (С.17):

м/с.

Расход утечки воздуха через жалюзи рассчитывают с помощью уравнения (С.18):

= 3600 = (3600) (2,63) (1,136) [(0,02) (4,27) (10,97)] = 10076 кг/ч.

Интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи определяют с помощью уравнения (С.19):

= (10076) [(1,005) (100/3600)] [37,78 - (-17,78)] = 156284 Вт.

С.12.2.4 Тепловые потери через поверхности

С. 12.2.4.1 Теплота, теряемая вследствие конвекции от внешних поверхностей замкнутого объема, является функцией перепада температур, скорости ветра и площади поверхности. Для скоростей ниже 4,88 м/с рекомендуется следующее уравнение [13] для определения коэффициента теплопередачи К для воздушного потока, параллельного плоским поверхностям:

К= 7,88 + 0,21v.

(С.21)

(С.22)

Образец расчета тепловых потерь за счет конвекции для аппарата с воздушным охлаждением представлен в С.12.2.4.2.

С.12.2.4.2 Допускаем следующие условия: полностью заключенный в кожух аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 5,49 м, длину 10,97 м, высоту 4,88 м (от уровня основания до верха жалюзи). Температура внутреннего воздуха изменяется линейно от 37,78°С вверху до 10,0°С внизу. Температура наружного воздуха равна минус 17,78°С. Скорость внутреннего воздуха - 0,61 м/с. Скорость ветра снаружи - 9,14 м/с.

Коэффициент теплового пропускания U вычисляют следующим образом:

= 7,88 + 0,21 v = 7,88 + (0,21) (0,61) = 8,01 .

U = 1/[(1/) + (1/)] = 1/[1/(8,01) + (1/40,26)] = 6,68 .

Полную интенсивность тепловых потерь через поверхность определяют следующим образом:

= 6,68 {[(5,49) (10,97)] [37,78 - (-17,78)] + [(4,88) (5,49 + 5,49 + 10,97 + 10,97)] х

x [(37,78 + 10)/2 - (-17,78)]} = 67000 Вт.

С.12.2.5 Расчет полных тепловых потерь

С. 12.2.5.1 Нагнетательная тяга с внешней рециркуляцией

Допускаем, что кожух имеет ширину 5,49 м, длину 10,97 м и высоту 5,49 м. Размеры верхних жалюзи 4,27 х 10,97 м. Жалюзи входного воздуха расположены на боковых сторонах внизу. Между нагревательным змеевиком и верхними жалюзи имеется столб горячего воздуха высотой 2,74 м. Допускаем, что температура наружно го воздуха равна минус 17,78°С, а температура внутреннего воздуха изменяется линейно от 37,78°С над нагрева тельным змеевиком до 10,0°С в низу кожуха.

Тепловые потери через верхние жалюзи вычисляют следующим образом:

= 1,383 ;

= 1,136 .

= [2,74 (1,383 - 1,136)]/1,136 = 0,596 метра воздушного столба.

Плотность воздуха при средней температуре под нагревательным змеевиком составляет:

= [(28,96) (101,33)]/{(37,78 + 10,0)/2 + 273,15} = 1,189 .

Стимулирующее утечку давление ниже нагревательного змеевика определяют следующим образом:

= [2,74 (1,383 - 1,189)]/1,189 = 0,447 метра воздушного столба.

Полное стимулирующее утечку давление является суммой давлений выше и ниже нагревательного змеевика:

= 0,596 + 0,447 = 1,043 метра воздушного столба.

Этот перепад давлений, однако, не ограничивает подачу воздуха, входящего в аппарат. Поскольку весь аппарат заключен в кожух, поступающий воздух должен проходить через входные жалюзи. Количество входящего воздуха должно равняться количеству выходящего воздуха. Можно допустить, что эффективное стимулирующее утечку давление будет поровну поделено между входными и выходными жалюзи. Следовательно:

= 1,043/2 = 0,522 метра воздушного столба.

Скорость протекания через площадь утечки жалюзи составляет:

м/с,

Тогда интенсивность тепловых потерь вследствие утечки через жалюзи будет:

= [(3600) (2,61) (1,136)] [(0,02) (4,27) (10,97)] х

х [(1,005) (1000/3 600)] [37,78 - (- 17,78)] = 155100 Вт.

Коэффициент теплового пропускания U равен 6,68 . Тепловые потери через поверхности составляют:

= 6,68 (2,74) (5,49 + 5,49 + 10,97) [37,78 - (-17,78)] + 6,68 (2,74) (5,49 + 5,49 + 10,97 +

+ 10,97) x [(37,78 + 10,0)/2 - (-17,78)] + 6,68 [(5,49) (10,97)] [37,78 - (-17,78)] = 80900 Вт.

С.12.2.5.2 Нагнетательная тяга без жалюзи

Этот случай рассматривается для того, чтобы показать, что без верхних жалюзи тепловые потери в четыре-восемь раз больше, чем при их наличии. Такие потери вызываются не встречающей препятствий естественной тягой воздуха через трубный пучок. В таких условиях разумно будет принимать скорость воздуха на лицевой поверхности трубного пучка равной 15,24 м/мин. Геометрия аппарата с воздушным охлаждением допускается такой же, как и в примере С.2.3: полностью закрытый аппарат с воздушным охлаждением имеет ширину 4,27 м, 10,97 м и высоту 2,44 м. Допускается также, что воздух нагревается с минус 17,78°С до плюс 37,78°С.

Тепловые потери рассчитывают следующим образом:

Интенсивность потерь теплого воздуха при прохождении через трубный пучок составляет:

= 3600 = (3600) (15,24/60) (1,136) [(4,27) (10,97)] = 48700 кг/ч.

Это приводит к следующим тепловым потерям:

= (48700) [(1,005) (1000/3600)] [(37,78 - ( - 17,78)] = 754700 Вт.

Для других конструкций, анализ которых может потребоваться, рекомендуется применять принципы, использованные в этих примерах.

<< Приложение В (рекомендуемое). Контрольный лист, листы технических характеристик и электронный обмен данными		Приложение >> ДА Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам (справочное)
	Содержание Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 13706-2011 "Аппараты с воздушным охлаждением. Общие технические требования" (введен в...

Приложение С (рекомендуемое). Подготовка аппаратов с воздушным охлаждением к эксплуатации в зимний период

ГАРАНТ:

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас