К числу ответственных технологических процессов в производстве различных видов нефтепродуктов относится их охлаждение, которое осуществляется аппаратами воздушного охлаждения (АВО). Их модернизация - важнейшее звено в цепи мероприятий по повышению эффективности работы оборудования нефтеперерабатывающих заводов, позволяющая также реализовать преимущества этих аппаратов в технологическом и экологическом аспектах.

Динамика развития

   В настоящее время сформировались два основных направления в конструировании АВО - создание крупногабаритных аппаратов, поставляемых в виде, отдельных узлов и сборок, и блочных аппаратов, отгружаемых несколькими блоками максимальной заводской готовности. В крупногабаритных аппаратах применяется вентиляторная установка (ВУ) со штатными рабочими колесами (РК), в основном СТ-28 с диаметром колеса 2,8 метра, Т-50-4 и Т-50-6 с диаметром колеса 5,0 метра. Эти ВУ не могут быть применены в блочных аппаратах, так как при перевозке оборудования железнодорожным транспортом ширина блока не должна превышать трех метров.
   Вышеупомянутые РК изготавливаются из металла, который в период их создания был наиболее доступным конструкционным материалом. Отсюда - основные их хрестоматийные эксплуатационные проблемы: значительная масса колеса влечет за собой необходимость использовать привод с запасом по электрической мощности, образуются большие осевые и радиальные нагрузки на подшипники привода, увеличиваются сроки монтажа-демонтажа РК, особенно на высоте. Изготовление металлических лопастей требуемой аэродинамической формы сопряжено со значительными трудностями, а зачастую просто невыполнимо.
   Динамика развития АВО требует модернизации РК, что возможно за счет совершенствования их аэродинамической и геометрической компоновки. Это подтверждается типовыми испытаниями рабочего колеса ОВ50К4, созданного ООО «ВЕНТО-Ц» для замены штатных колес Т-50-4, проведенных ОАО «Борхиммаш» в аппарате 2 АВГ-100, и нами в аппарате 2 АВГ-75 на Бубновской ЛПУМГ: в обоих случаях получен прирост КПД ВУ не менее 15%.
   ООО «ВЕНТО-Ц», используя накопленный его сотрудниками научный, конструкторский и производственный опыт за время работы в вертолетостроительной отрасли авиации, специализируется в области проектирования и изготовления одноступенчатых осевых вентиляторов (ОВ) схемы «К».
   Статистический анализ геометрических компоновок известных отечественных и зарубежных ОВ показал, что при расчете интегральных характеристик лопаточных машин схемы «К» может быть с успехом применен метод, основанный на теории профессора В.И.ШАЙДАКОВА (ГТУ« МАИ») для винта в кольце. Система «винт в кольце» состоит из коллектора, винта, диффузора и внутренних устройств в канале, дающих сопротивление. Потери давлений в проточной части определяются как сумма местных потерь. Влияние зазора между концами лопастей и корпусом вентилятора на величину концевых потерь напора рабочего колеса учитывается по методу Прандтля- Шайдакова.
   Актуальное значение приобретает также и вопрос конструктивного оформления проточной части ВУ АВО, особенно у аппаратов блочно-модульного типа. Из-за их нынешней неудачной аэродинамической компоновки потери в диффузоре коробчатого типа (случай внезапного расширения движущегося потока воздуха) равняются динамическому давлению потерянной скорости. Рама привода занимает значительную часть пространства перед РК вентилятора и препятствует нормальному протеканию воздуха. Острый край рабочего корпуса вентилятора приводит к срыву потока воздуха и концевые части лопастей РК работают не эффективно. Экспериментально установлено, что штатные ВУ функционируют с фактическим КПД 54-57%, что приводит к ухудшению технологических параметров работы АВО по сравнению с расчетными.

Результаты плодотворного сотрудничества

   ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ», внося большой вклад в создание АВО для различных отраслей промышленности, в частности, для комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов ОАО «Танеко», совместно с ООО «ВЕНТО-Ц» начал разработку нового типоразмерного ряда ВУ, удовлетворяющего современному уровню вентиляторостроения по экономичности, надежности, регулируемости.
   Особая роль здесь отводится применению в конструкциях ВУ композиционных материалов вместо металла: ООО «ВЕНТО-Ц» впервые в отечественной практике вентиляторостроения внедряет и активно применяет технологию изготовления лопастей по патенту № 69591 «Композиционная лопасть осевого вентилятора», основанную на использовании «сэндвич»-концепции, что значительно повышает эксплуатационные свойства изделия: взамен пустотелых клееных лопастей изготавливаются лопасти в виде оболочки из стеклоткани на полимерном связующем, заполненной вспененной жесткой полиуретановой системой.
   Жесткая сердцевина лопасти обеспечивает требуемую прочность на сдвиг (чтобы выдержать воздушную нагрузку), достаточную прочность на сжатие (с целью стабилизации оболочки для противостояния изгибу), а также помогает оболочке выдерживать динамические нагрузки, которым подвергаются лопасти вентиляторов в эксплуатации. Помимо прочего, гарантируется использование характерных особенностей сэндвич-структур.
   Промышленная эксплуатация нашей продукции на объектах Федеральной службы охраны, Министерства обороны РФ, ООО «Пермнефтегазпереработка», ОАО «ОЭМК» и других предприятий доказывает правильность выбранных инженерных решений, подтверждает технологические и энергосберегающие свойства ВУ.
   Нами были проведены сравнительные испытания рабочих колес, выполненных из металла, и колес с лопастями из композиционного материала на объектах ОАО «Борхиммаш», ОАО «Пензхиммаш», ЗАО «РНПК» (г. Рязань) и Бубновского ЛПУМГ. Анализ результатов показал, что в одинаковых условиях эксплуатации колеса с лопастями из композиционного материала, вследствие совершенной аэродинамической формы последних, имеют более высокие интегральные аэродинамические характеристики (на 10 - 16%), они более просты при монтаже, регулировке. Масса РК уменьшается в 2-3 раза, не нужна избыточная электрическая мощность на пусковых режимах.
   Применяемые нами технологии изготовления лопастей позволяют в сжатые сроки (2 - 3 месяца в зависимости от размера) создавать новые РК. Конструктивно- технологические решения, заложенные в их конструкцию, дают возможность модифицировать наши вентиляторы. Это, в свою очередь, способствует расширению модельного ряда оборудования до необходимых размеров, которые определяются конкретными задачами того или иного предприятия.
   Итогом успешного сотрудничества ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ» и ООО «ВЕНТО-Ц» стало, в первую очередь, освоение нового ряда РК для АВО, которые покрывают область давления от 10 до 400 Па, производительностью от 5,5 до 350 м3/с. Для построения этого ряда используется десять видов лопастей и семь втулок различного диаметра. РК соответствующего диаметра образуются за счет установки лопастей на втулки необходимого размера. Принципы устройства узла крепления лопастей на втулке у всего ряда один и тот же. У всех РК лопасти, геометрическая форма которых выбирается из соображений аэродинамического и конструктивного характера по патенту № 69591, подобны и отличаются только размерами.

Будущее за композиционными материалами

   ООО «ВЕНТО-Ц» продолжает совершенствовать технологическую базу производства ВУ для АВО, проводит испытания опытных образцов РК и проточных частей ВУ, осуществляет их подконтрольную эксплуатацию. Это позволяет создавать надежные и эффективные ВУ для различных отраслей промышленности.
   К нашим последним наиболее значимым проектам можно отнести разработку и запуск в серийное производство рабочих колес РКМ25К4, РКМ16К6 ВУ блочно-модульныхаппаратов для ОАО «Танеко». Эти изделия обеспечивают расчетные параметры аппаратов при применении штатных электродвигателей.
   Наряду с обновлением модельного ряда РК, нами совместно с отделом Главного конструктора Бугульминского механического завода продолжена модернизация проточной части ВУ. Успешное применение коллекторов плавного входа (при использовании штатного электродвигателя) в аппаратах для комплекса нефтеперерабатывающих предприятий и нефтехимических заводов ОАО «Танеко» позволило увеличить производительность ВУ на 8%. И в настоящее время запускаются в серийное производство проточные части ПЧ25К-У и ПЧ16К-У, выполненные целиком из композиционного материала, что приводит к снижению в них гидравлического сопротивления, способствующее дальнейшему повышению КПД ВУ до 65-70%, снижению уровня звуковой мощности, а за счет демпфирующих свойств композиционного материала уменьшаются значения передаваемой вибрационной мощности на металлоконструкцию аппарата.
   На наш взгляд, перспектива широкого применения композиционных материалов при изготовлении ВУ связана не только с лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с ВУ, выполненными из металла. Появляется возможность, варьируя составом материала, получать конструкции максимально соответствующие условиям эксплуатации: искробезопасные, химстойкие, негорючие или сочетающие перечисленные свойства.
   Не случайно наши последние разработки широко применяются в Татарстане, где развитию инновационных технологий уделяется большое внимание. Именно в такой экономической и научно-технической политике, проводимой региональными властями и руководством предприятий, заложена возможность экономического роста и укрепления конкурентоспособности отечественной промышленности.