Статья с детальным описанием новых разработок инженерной школы Пермского Политеха опубликована в современном научном сборнике «Химия. Экология. Урбанистика». Исследовательская работа проводилась в рамках передовой государственной программы «Приоритет 2030», направленной на ускоренное развитие академической среды и внедрение достижений в промышленные отрасли.
Современные вызовы нефтяной промышленности
Для достижения оптимальной производительности на нефтеперерабатывающих заводах инженеры активно ищут технические решения по повышению эффективности оборудования. Одним из ключевых компонентов в процессах переработки нефти является аппарат воздушного охлаждения. Его основой служат оребренные трубки, по которым протекает горячая рабочая среда — чаще всего это сырье после гидрокрекинга. Вентиляторы прогоняют воздух вдоль этих труб, что позволяет быстро отводить лишнее тепло и возвращать уже охлажденную жидкость обратно в технологическую цепочку. Такая конструкция способна понизить температуру сырья до значений в пределах 5–50 градусов Цельсия, обеспечивая необходимый температурный режим обработки.
Проблемы классических систем охлаждения
Широко распространённые аппараты воздушного охлаждения обычно оснащаются трубами с гладкими металлическими ребрами, равномерно размещёнными по всей длине. Именно эти элементы выполняют основную функцию теплообмена. Однако, несмотря на эффективность такого решения, коэффициент отдачи тепла у традиционных моделей часто не достигает требуемого уровня: обычно он не превышает 90 Вт/м², что ограничивает скорости технологических процессов и, как следствие, общую производительность предприятий.
Инженерный прорыв: лепестковое оребрение труб
Команда ученых Пермского Политеха под руководством Евгения Шестакова вышла на передний план технического прогресса, предложив принципиально новый способ усиления теплообмена. Их идея заключалась в применении лепестковых охлаждающих элементов, обладающих формой пространственных спиралей, наклонённых под углом 10 градусов. Такой подход позволил заметно увеличить площадь соприкосновения между потоком воздуха и обрабатываемым сырьем, а также спровоцировать турбулентное движение воздуха внутри аппарата.
Новый метод был исследован на виртуальной модели одного из наиболее распространённых аппаратов воздушного охлаждения — ЕС-101, который активно применяется на установках гидрокрекинга для глубокой очистки нефти. В ходе экспериментов первоначально оценивались параметры работы классической конструкции с гладкими ребрами — коэффициент тепловой отдачи составил всего 64,6 Вт/м². Затем были смоделированы условия работы с модернизированной лепестковой арматурой, и результаты приятно удивили специалистов.
Результаты испытаний и перспективы применения
Лепестковая форма оребрения труб позволила добиться прироста коэффициента теплоотдачи сразу на 17% по сравнению с исходным вариантом. Математическое моделирование продемонстрировало значительный рост эффективности и соответствие новаторской схемы самым строгим технологическим требованиям. Как отметил Евгений Шестаков, руководитель проекта, спиральная структура оребрения поддерживает микрорельеф поверхности труб, увеличивает площадь контакта с воздухом и индуцирует турбулентное течение вдоль каждой секции. Всё это в комплексе обеспечивает максимально быстрый и эффективный отвод тепла, что крайне важно для бесперебойной работы нефтеперерабатывающего оборудования.
Инновация, открывающая новые горизонты
Внедрение предложенного конструктивного решения принесёт очевидные преимущества для производственных площадок. Теперь охлаждение сложных нефтяных смесей и продуктов переработки будет происходить быстрее, обеспечивая предприятиям возможность увеличить объём выхода конечного продукта и повысить общую экономическую эффективность. Модернизированный аппарат ЕС-101 с уникальными лепестковыми элементами может стать новым индустриальным стандартом, а опыт Пермского Политеха и научный вклад Евгения Шестакова – ярким подтверждением успешности отечественных инженерных идей. Уверенно можно сказать, что стараниями российских учёных нефтехимическая отрасль получила мощный импульс для дальнейшего развития и инновационного обновления.
Источник: naked-science.ru
