Труба со стандартным оребрением и труба с лепестковым оребрением
В промышленности для охлаждения различных газов и жидкостей (воды, масел и растворов) до оптимальных температур применяют специальный аппарат, работающий за счет обдува воздухом. Особенно это востребовано при переработке сырой нефти, где такая система помогает поддерживать необходимые температуры и обеспечивать стабильную работу всего оборудования. Однако с каждым годом требования к выходу готовой нефтяной продукции растут, из-за чего нагрузка на аппарат воздушного охлаждения увеличивается. Ученые Пермского Политеха предложили способ модернизации конструкции, который улучшает процесс теплообмена на 17%. Идея позволяет снизить энергозатраты и адаптировать оборудование к возросшим производственным нагрузкам.
Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», том 3, 2025. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Основной элемент аппарата воздушного охлаждения – это оребренные трубки, через которые проходит горячая жидкость. Вентиляторы создают поток воздуха и прогоняют его через ребра, тем самым забирая основное тепло. После чего охлажденное вещество возвращается обратно. Такая система позволяет снизить температуру нефтяного сырья до 5-50 градусов.
В стандартной конструкции аппарата трубы оснащены гладкими ребрами, которые расположены по всей длине и выполняют главную теплообменную функцию. Однако даже самое сильное оребрение труб не отличается достаточным коэффициентом теплоотдачи, обычно не превышающим 90 Вт/м2.
Ученые Пермского Политеха выяснили, что повысить теплоотдачу и скорость охлаждающего воздуха возможно за счет модернизации формы ребер. Политехники предложили использовать лепестковые охлаждающие элементы, выполненные в виде пространственной спирали с углом наклона 10 градусов.
Технологию исследовали на теоретически смоделированном аппарате воздушного охлаждения ЕС-101, установленном на оборудовании гидрокрекинга (процесса интенсивной очистки нефти). Сначала ученые рассчитали теплоотдачу на действующей конструкции с гладкими ребрами, она составила всего 64,6 Вт/м2, что недостаточно для текущих технологических требований. После их заменили на трубы с лепестковым оребрением и провели перерасчет.
– Наше решение выполнить ребра в виде спиралей позволяет сохранить рифление поверхности трубок, увеличивая площадь контакта теплоносителя с окружающей средой, а также создает турбулентный режим течения воздуха вдоль оси труб, тем самым повышая интенсивность теплообмена. Моделирование такого исполнения показало увеличение значений параметров теплоотдачи 17%, по сравнению с первоначальными. Это говорит об эффективности нашей идеи, – поделился Евгений Шестаков, старший преподаватель кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ.
Улучшения, предложенные учеными Пермского Политеха, позволяют увеличить эффективность охлаждения продукта и приблизить работу аппарата к требуемым технологическим параметрам. Так внедрение особой лепестковой формы оребрения представляет собой перспективное решение для повышения производительности работы оборудования на нефтеперерабатывающих предприятиях.
