Аппараты воздушного охлаждения играют важную роль в системе перекачки газа. Высокая температура газа, вызванная компримированием, подвергает опасности трубопроводы, их изоляцию и, как следствие, понижает надежность.
Конструкция теплообменной секции АВО приведена ниже (рисунок 1).
параметров, влияющих на параметры работы аппаратов воздушного охлаждения, и диапазона их изменения с целью определения оптимальных значений, которые непосредственно влияют на коэффициент теплопередачи теплообменных секций АВО [2].
В работе проводится рассмотрение вариации геометрических характеристик оребренных труб АВО. Определение точки оптимума с учетом номенклатуры показателей, по которым производится вариация, позволит разработать методику подбора аппаратов воздушного охлаждения природного газа в зависимости от имеющихся температурных показателей на входе в теплообменную секцию и необходимых показателей на выходе из нее.
В дальнейшем разработанную методику планируется апробировать на существующем АВО на профильном производстве в качестве вспомогательного инструмента при подборе соответствующего оборудования.
Чаще теплообменные элементы изготавливаются из двух материалов – для внутренних труб теплообменной установки используют сталь, а для оребрения – алюминий.
Значительная металлоемкость и трудоемкость изготовления повышает дороговизну в изготовлении и эксплуатации элементов.
Задачами проведения эксперимента являются определение необходимой номенклатуры показателей, при которых коэффициент теплоотдачи будет наивысшим, а экономичность теплообменников аппарата будет повышена.
Теплоотдача аппаратов воздушного охлаждения зависит от площади поверхности теплообмена, от теплового контакта оребрения с несущей трубой и производительности вентилятора системы АВО.
Аппараты воздушного охлаждения относятся к габаритному и металлоемкому оборудованию, однако вариация параметров оребряемой поверхности может увеличить теплоотдачу, повысить эффективность системы и привести к более экономически целесообразному использованию материалов. Благодаря методу оребрения поверхностей теплообменных трубок, обеспечивается возможность выдерживать повышение тепловых нагрузок теплообменных аппаратов за счет увеличения контактируемой поверхности со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи.
Индекс 
показывает, что физические параметры при определении числа Прандтля берутся при температуре стенки (формула 2):
Коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности трубок АВО к воздуху определяется по эмпирической формуле 3 [1]:
В качестве результата проведенной работы стоит отметить определение более выгодных параметров из номенклатуры нормируемых показателей для повышения коэффициента теплоотдачи АВО за счет вариации расположения оребренных пластин, их высоты, а также их геометрических характеристик.
В первую очередь для проведения расчетов и анализа полученных данных необходимо выбрать тип рассматриваемых труб и вид оребрения. Конструирование аппаратов воздушного охлаждения предполагает использование теплообменных труб с различными способами оребрения:
1. поперечно-винтовое накатывание ребер на алюминиевой трубе, надетой на гладкую несущую трубу, с образованием биметаллической оребренной трубы;
2. образование ребер методом навивки алюминиевой ленты с последующей завальцовкой ее в винтовую канавку на поверхности несущей трубы;
3. образование L-образных ребер методом навивки с натягом алюминиевой ленты на несущую трубу с насечкой и без насечки наружной поверхности несущей трубы;
4. образование ребер методом навивки стальной ленты.
Интенсивность теплообмена в межтрубном пространстве во многом зависит от материала и толщины ребра. Коэффициент теплопередачи будет увеличиваться при повышении теплопроводности ребра. Для обеспечения высоких коэффициентов теплопроводности ребра следует выполнять из алюминия или меди.
Метод накатки алюминиевой ленты на стальную трубу позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи, а также уменьшить металлоемкость труб с оребрением. Данный метод позволяет получить наиболее тонкое ребро. Для изготовления деталей аппаратов должны применяться материалы, обеспечивающие их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации.
Для оценки ряда коэффициентов теплоотдачи, полученных путем вариации геометрических параметров высоты ребра, шага ребра и наружного диаметра ребер, воспользуемся уравнением Э.Р. Карасиной:
Определяем критерий Нуссельта:
Определение коэффициента теплоотдачи от газа к внутренней поверхности трубок АВО описывается формулой 1 [1]:
Пример оребрения трубы и геометрические характеристики представлены на рисунке ниже (рисунок 2).
Примем
определим критерий для нескольких вариаций расположения ребер и их геометрических характеристик, а затем определим коэффициенты теплоотдачи для каждого из вариантов и определим оптимальный и самый подходящий.
Исходные данные, необходимые для анализа оребрения:
диаметр оребрения – Dор = 49 мм;
наружный диаметр труб – dн = 28 мм;
внутренний диаметр труб – dвн = 22 мм;
высота ребра – h = 10,5 мм;
шаг ребер – t = 3,5 мм.
Результаты расчетов по формулам (4) и (5) и графическое представление при вариации параметра t, шага ребра, приведены в таблице 1 и графике 1.
Результаты расчетов по формулам (4) и (5) и графическое представление при вариации параметра t, шага ребра, приведены в таблице 2 и графике 2.
Из графика следует, что при увеличении частоты оребрения и высоты ребра значение коэффициента теплоотдачи снижается. Уменьшение шага ребер приводит к снижению конвективной теплоотдачи, так как у основания ребер образуются зоны со слабой циркуляцией потока воздуха. Это свидетельствует о том, что увеличение площади контактируемой поверхности не всегда является эффективным решением по улучшению характеристик работы теплообменного аппарата. Расчеты зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты ребра h также продемонстрировали уменьшение показателей. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что для улучшения теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения требуется расширить номенклатуру изучаемых параметров работы АВО. В [4] говорится, что при более глубоком анализе можно выявить, что падение коэффициента теплоотдачи не всегда является показателем неэффективности. Если интенсивность роста площади поверхности теплопередачи при повышении значения коэффициента оребрения выше, чем снижение коэффициента теплопередачи, то можно говорить о том, что характеристики аппарата улучшаются.
