ГОСТ Р 72011-2025

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АППАРАТЫ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Требования к проведению теплового, гидравлического и аэродинамического расчетов

Air-Cooled Heat Exchanger. Requirements for thermal, hydraulic and aerodynamic calculations

ОКС 71.120.01

        75.180.20

        75.200

Дата введения 2025-09-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения "ВНИИНЕФТЕМАШ" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"), Автономной некоммерческой организацией "Институт нефтегазовых технологических инициатив" (АНО "ИНТИ"), Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "Институт стандартизации")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 270 "Сосуды и аппараты, работающие под давлением"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 апреля 2025 г. № 250-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к проведению теплового, гидравлического и аэродинамического расчетов при проектировании аппаратов воздушного охлаждения (далее - аппараты) в соответствии с ГОСТ ISO 13706, ГОСТ Р 51364 в зависимости от происходящих в них процессов теплообмена.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ ISO 13706-2011 Аппараты с воздушным охлаждением. Общие технические требования

ГОСТ Р 51364 (ИСО 6758-80) Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические условия

СП 131.13330 Свод правил "СНиП 23-01-99* Строительная климатология"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 гидравлическое сопротивление аппарата: Разность рабочих давлений потока горячего теплоносителя в трубном пространстве аппарата от штуцеров входа до штуцеров выхода.

3.2 конвекция: Процесс переноса теплоты посредством перемещения частиц жидкости или газа в потоке теплоносителя из одной точки в другую.

3.3 конденсация: Процесс теплообмена с частичным или полным фазовым переходом паровой фазы продукта в жидкую фазу.

3.4 продукт; рабочая среда: Теплоноситель, который охлаждается или конденсируется в трубном пространстве аппарата.

3.5 тепловой поток: Количество теплоты, которое проходит через поверхность аппарата в единицу времени.

3.6 теплоноситель: Однофазная (газ или жидкость) или многофазная среда, которая участвует в теплопередаче, выступая в качестве посредника при охлаждении на одной стороне процесса, транспортировании и хранении тепловой энергии, нагреве на другой стороне процесса.

3.7 теплообмен: Самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в области с неоднородным полем температуры от более нагретого участка к менее нагретому.

3.8 теплоотдача: Процесс переноса теплоты посредством конвекции между движущейся средой и омываемой ею поверхностью твердого тела.

3.9 теплопередача: Процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к охлаждающему воздуху через разделяющие их стенки теплообменных труб аппарата.

3.10 теплопроводность: Процесс переноса теплоты посредством хаотического движения и взаимодействия микрочастиц (молекул, атомов, электронов, ионов), обусловленный разностью температур между различными частями тела.

     4 Общие требования к проведению расчетов

4.1 В трубном пространстве аппаратов могут происходить следующие процессы теплообмена:

- охлаждение газов;

- охлаждение невязких жидкостей со среднемассовой кинематической вязкостью потока до м/с (25 сСт);

- охлаждение вязких жидкостей со среднемассовой кинематической вязкостью потока до м/с (100 сСт);

- охлаждение высоковязких жидкостей со среднемассовой кинематической вязкостью потока свыше м/с (100 сСт);

- частичная конденсация чистых веществ и парогазовых смесей;

- полная конденсация.

4.2 В зависимости от процесса теплообмена к конструкции аппарата предъявляют следующие требования:

а) при охлаждении газов:

1) значение скорости продукта в теплообменных трубах и патрубках штуцеров должно быть не более 20 м/с;

2) уклон теплообменных труб в направлении движения потока продукта, как правило, не требуется;

б) при охлаждении невязких жидкостей:

1) значение скорости продукта в теплообменных трубах и патрубках штуцеров должно быть не более 3 м/с;

2) рекомендуется применение подогревателя воздуха для проведения пуска и остановки аппарата в холодный период года;

3) уклон теплообменных труб в направлении движения потока продукта, как правило, не требуется;

в) при охлаждении вязких и высоковязких жидкостей:

1) значение скорости продукта в теплообменных трубах и патрубках штуцеров должно быть не более 1 м/с;

2) необходимо применение подогревателя воздуха для проведения пуска и остановки аппарата в холодный период года;

3) рекомендуется применение внутреннего подогревателя (змеевика) для вязких жидкостей со среднемассовой кинематической вязкостью потока свыше м/с (50 сСт);

4) рекомендуется применение гладких теплообменных труб при коэффициенте теплоотдачи в них не выше 30 Вт/м°С;

5) для вязких жидкостей распределение теплообменных труб по ходам в теплообменной секции должно быть таким, чтобы один ход занимал не более одного ряда труб, для высоковязких жидкостей - чтобы в одном ходу было не более трех труб (все трубы в одном ряду);

г) при охлаждении жидкостей с наличием твердых примесей (с массовой долей свыше 5%) необходимо обеспечить оптимальную скорость среды в трубах, обеспечивающую минимальную скорость образования осадка на внутренней поверхности труб, при этом исключающую абразивный износ стенки труб, причем данное значение зависит от реологических свойств жидкости и требует специального рассмотрения;

д) при конденсации:

1) оптимальное количество ходов по трубному пространству - один ход, рекомендуемое количество ходов - два хода, максимальное количество ходов в теплообменной секции должно быть не более четырех;

2) уклон теплообменных труб каждого хода в направлении движения потока продукта требуется не менее 1:100 (в случае встречного рефлюксного движения фаз в теплообменных трубах требуется отдельное рассмотрение);

3) при полной конденсации необходимо обеспечить гарантированный дренаж конденсата в выходной камере за счет подбора соответствующего диаметра выходных штуцеров во избежание затопления конденсатом нижних рядов теплообменных труб теплообменной секции;

4) при полной конденсации и наличии неконденсируемых газов в основном потоке продукта необходимо обеспечить гарантированное удаление неконденсируемых газов.

4.3 При задании критических температур процессов (таких, как температура замерзания или застывания продукта, образования гидратов, выпадения твердого осадка нерастворимой соли, конденсации жидкой фазы) необходимо ограничивать предельное значение температуры стенки теплообменных труб, которое рассчитывают, исходя из этих критических температур процессов и дополнительного запаса надежности согласно ГОСТ ISO 13706-2011 (пункты С.2.5, С.2.6, С.2.7).

4.4 Критические температуры процессов также необходимо учитывать при проектировании конструкции аппарата, при этом в конструкции аппарата могут быть предусмотрены жалюзийные устройства, системы внутренней или внешней рециркуляции нагретого воздуха; дополнительными мерами снижения переохлаждения среды могут служить:

- ограничение по скорости воздуха;

- снижение коэффициента оребрения (в том числе применение гладких теплообменных труб);

- применение прямоточной схемы в теплообменной секции при числе ходов больше одного;

- увеличение скорости потока продукта в трубах.

4.5 Для проведения расчетов необходимо задать исходные данные по указанным далее параметрам эксплуатации аппарата.

4.6 Предельную допустимую температуру продукта на входе в аппарат, изготовляемый из нелегированной (углеродистой) или легированной марганцовистой, марганцевокремнистой (низколегированной) стали, рекомендуется принимать до 400°С, изготовляемый из нержавеющей стали - до 500°С.

4.7 Предельную допустимую температуру продукта на выходе из аппарата для следующих процессов теплообмена рекомендуется принимать:

- для процессов охлаждения воды и других замерзающих водных растворов (конденсации водяного пара и переохлаждения конденсата), охлаждения парогазовых смесей при наличии в составе воды (свыше 0,01% мол.) - не менее 15°С;

- для процессов охлаждения углеводородных газов (природного газа, попутного нефтяного газа, сланцевого газа и т.п.) при возможности образования гидратов - не менее значения, равного температуре образования гидратов плюс 20°С;

- для процессов охлаждения вязких жидкостей при среднемассовой кинематической вязкости потока свыше м/с (50 сСт) - не менее значения, равного температуре застывания вязкой жидкости плюс 25°С;

- для процессов охлаждения растворов с возможным выпадением нерастворимых солей - не менее значения, равного температуре выпадения твердого осадка нерастворимой соли плюс 20°С.

4.8 Для эффективной круглогодичной работы аппарата рекомендуется принимать расчетную температуру поступающего в аппарат воздуха, исходя из условия получения требуемой температуры охлаждаемого продукта:

- в наиболее теплый период года в данной местности, при этом занижение расчетной температуры воздуха может привести к снижению производительности технологических установок, завышение - к значительному увеличению мощности приводов вентиляторов, поверхности теплообмена, размеров аппарата и, соответственно, капитальных затрат, особенно в тех случаях, когда по условиям производства допустимо повышение температуры продукта после аппарата или кратковременное снижение производительности технологической установки в наиболее теплый период года;

- в наиболее холодный период года в данной местности, в том числе определять наименьшую возможную температуру.

4.9 При выборе значения расчетной температуры поступающего в аппарат воздуха необходимо учитывать следующие факторы:

- допустимость кратковременного повышения температуры продукта на выходе из аппарата для рассматриваемого технологического процесса в наиболее теплый период года;

- допустимость кратковременного снижения производительности аппарата, например, по конденсату, на выходе из аппарата для рассматриваемого технологического процесса в наиболее теплый период года;