СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА И ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов.

Известен способ охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающий спонтанное ударное заполнение нескольких полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла неподвижного газораспределительного устройства, отвод от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа.

Известен пульсационный аппарат (авт. св. N 624071) для осуществления вышеописанного способа охлаждения газа, содержащий несколько полузамкнутых емкостей, расположенных в одной плоскости, газораспределительное устройство с соплом, размещенным в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, сообщающуюся с газораспределительным устройством, полузамкнутыми емкостями и патрубками, отводящими газ. Основным недостатком описанного способа охлаждения газа в данном аппарате является спонтанное ударное заполнение исходным газом полузамкнутых емкостей. Из-за спонтанного заполнения некоторые из полузамкнутых емкостей оказываются недогруженными по газу, сжатие последнего в них происходит неэффективно, из газа при этом выделяется, а следовательно и отводится, малое количество тепла, общая энтальпия газа остается высокой, и при расширении последнего холодильный эффект низким.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающий поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла вращающегося газораспределительного устройства, отвод от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа.

Пульсационный аппарат для осуществления охлаждения газа по описанному способу содержит корпус с подводящим и отводящим газ патрубками, полузамкнутые емкости, встроенные в корпус и расположенные в одной плоскости, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения газораспределительное устройство с соплом, размещенным в одной плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру. Основным недостатком описанного способа охлаждения газа в данном аппарате является то, что при подаче из газораспределительного устройства в полузамкнутую емкость некоторая часть исходного газа смешивается со сбрасываемым газом из остальных полузамкнутых емкостей. Особенно велико количество исходного газа, подмешиваемого к сбрасываемому газу, при перемещении сопла газораспределительного устройства от одной полузамкнутой емкости к другой. В связи с этим увеличивается общая энтальпия газа в расширительной камере и снижается холодильный эффект.

Кроме того, т.к. не весь газ удаляется из полузамкнутых емкостей при их опорожнении, а также вследствие поступления в них газа при заполнении соседних емкостей из-за наличия зазоров между отверстиями емкостей и газораспределительным устройством, снижается эффект ударного заполнения емкостей. Наличие зазоров также снижает эффект отдачи тепла через стенки и соответственно охлаждения газа в полузамкнутых емкостях ввиду непродолжительности этого процесса, т. к. сразу после заполнения газ начинает поступать из емкостей в расширительную камеру. Это также снижает холодильный эффект.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа.

Достигается это тем, что в способе охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающем поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, перед заполнением после опорожнения в полузамкнутой емкости создают разрежение путем эжектирования оставшегося в ней газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру.

Достигается это также тем, что в пульсационном аппарате для охлаждения газа, содержащем корпус с подводящим и отводящим газ патрубками и полузамкнутыми емкостями, расположенными в одной плоскости и выходящими своими открытыми концами внутрь корпуса, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения и сообщающееся с подводящим газ патрубком газораспределительное устройство с соплами, размещенными в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, газораспределительное устройство снабжено эжектором, выход которого сообщен с расширительной камерой, а выходы его активного и пассивного сопел размещены на внешней поверхности газораспределительного устройства в плоскости полузамкнутых емкостей, причем расстояния между выходами активного и пассивного сопел эжектора и соплом газораспределительного устройства соответствуют расстояниям между открытыми концами полузамкнутых емкостей, а внешняя поверхность газораспределительного устройства выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса.

Кроме того, выход эжектора расположен под углом к плоскости полузамкнутых емкостей в сторону, противоположную направлению вращения газораспределительного устройства.

Наличие отличительных от прототипа признаков в заявляемых способе и устройстве свидетельствует об их соответствии критерию изобретения "новизна".

Перед подачей газа в пульсационный аппарат после опорожнения очередной полузамкнутой емкости для создания разрежения путем эжектирования оставшегося в ней газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру, в пульсационном аппарате установлен эжектор, выход которого сообщен с расширительной камерой, а выходы активного и пассивного сопел размещены на внешней поверхности газораспределительного устройства на расстоянии друг от друга и от сопла газораспределительного устройства, соответствующем расстоянию между открытыми концами полузамкнутых емкостей, а внешняя поверхность газораспределительного устройства выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса.

Перед очередным ударным заполнением создание в полузамкнутой емкости разрежения путем эжектирования из последней оставшегося газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру, увеличивает интенсивность удара при заполнении полузамкнутой емкости исходным газом, увеличивает при этом количество выделяемого газом и следовательно, отводимого от последнего, тепла, что приводит к уменьшению энтальпии сбрасываемого газа и, в конечном итоге, к увеличению холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа. Кроме того, создание разрежения путем эжектирования позволяет утилизировать энергию сбрасываемого газа для повышения эффективности получения холода.

В пульсационном аппарате для охлаждения газа выполнение открытых концов полузамкнутых емкостей на внутренней поверхности корпуса, выходов активного и пассивного сопел эжектора на внешней поверхности газораспределительного устройства на расстоянии друг от друга и от сопла газораспределительного устройства, соответствующем расстоянию между открытыми концами газораспределительного устройства, и выполнение внешней поверхности газораспределительного устройства, прилегающей к внутренней поверхности корпуса, позволяют исключить перетечки исходного газа, имеющего высокую энтальпию, и смешение его со сбрасываемым газом, имеющим низкую энтальпию, и тем самым повысить холодильный эффект при расширении последнего.

Расположение в газораспределительном устройстве эжектора, входы активного и пассивного сопел которого находятся в одной плоскости с отверстиями полузамкнутых емкостей, и выход которого сообщается с расширительной камерой, позволяет создать разрежение в полузамкнутой емкости перед ее ударным заполнением исходным газом, и тем самым создать условия для интенсификации удара исходного газа, увеличивающее количество выделяемого из последнего и отводимого от него тепла, и в конечном результате увеличить эффективность охлаждения газа.

Расположение выхода эжектора под углом к плоскости полузамкнутых емкостей позволяет утилизировать энергию сбрасываемого газа для вращения газораспределительного устройства путем использования реактивной силы расширяющегося сбрасываемого газа, и отказаться от подвода энергии извне, и таким образом уменьшить общие энергозатраты на охлаждение газа.

Т. к. в известных решениях не найдено, чтобы в пульсационном аппарате добивались повышения эффективности охлаждения газа за счет создания перед заполнением полузамкнутой емкости разрежения эжектированием газа, оставшегося в полузамкнутой емкости после ее опорожнения, газом, сбрасываемым в расширительную камеру из очередной полузамкнутой емкости делается вывод о новизне заявляемых признаков и соответствии решений критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен пульсационный аппарат; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2.

Пульсационный аппарат для охлаждения газа содержит корпус 1 с подводящим 2 и отводящим 3 газ патрубками, полузамкнутые емкости 4, встроенные в корпус 1 и расположенные в одной плоскости, а также газораспределительное устройство 5 с соплами 6, размещенными попарно друг напротив друга в плоскости полузамкнутых емкостей 4, установленное внутри корпуса 1 с возможностью вращения. Отверстия 7 (фиг. 3) полузамкнутых емкостей 4 выполнены на внутренней поверхности корпуса 1 (фиг. 1, 2). Выходные отверстия 8 сопел 6 выполнены на внешней поверхности газораспределительного устройства 5. Внешняя поверхность газораспределительного устройства 5 выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса 1.

Для уменьшения трения и лучшей герметизации внешняя поверхность газораспределительного устройства и внутренняя поверхность корпуса 1 выполняются из фторопласта. Кроме того, в газораспределительном устройстве 5 расположен эжектор 9, выходы активного 10 и пассивного 11 сопел которого находятся в одной плоскости с отверстиями 7 полузамкнутых емкостей 4. Выход 12 эжектора 9 сообщается в расширительной камере 13 пульсационного аппарата. Выход 12 эжектора 9 расположен под углом к плоскости полузамкнутых емкостей 4 в сторону, противоположную направлению вращения газораспределительного устройства. Для установки в рабочее положение газораспределительного устройства 5 служит вал 14, прикрываемый крышкой 15.

Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате (фиг. 1, 2, 3) осуществляется следующим образом.

Исходный газ с давлением 8,0 МПа и температурой 300К поступает через патрубок 2 во вращающееся по часовой стрелке газораспределительное устройство 5. Первоначальный момент вращения газораспределительному устройству 5 сообщает через вал 14. Истекая из сопел 6 газораспределительного устройства 5, исходный газ поочередно заполняет полузамкнутые емкости 4. При ударном заполнении газ сжимается в полузамкнутых емкостях 4 и нагревается до температуры 450 К. Нагретый газ передает свое тепло стенкам полузамкнутых емкостей 4. Тепло, показанное на фиг. 2 в виде зигзагообразных стрелок, отводится от полузамкнутых емкостей 4 конвекцией окружающего воздуха, имеющего температуру 283 К. По мере вращения газораспределительного устройства 5 к заполненным полузамкнутым емкостям 4 подходит активное сопло 10 эжектора 9. Через активное сопло 7 эжектора 9 сжатый и отдавший тепло газ сбрасывается из полузамкнутой емкости 4 в расширительную камеру 13, в которой давление равно 3,5 МПа. После опорожнения полузамкнутой емкости 4 к ее отверстию 7, расположенному на внутренней поверхности корпуса 1, подходит вход пассивного сопла 11 эжектора 9. Путем эжектирования оставшегося газа в полузамкнутой емкости 4 газом, сбрасываемым через активное сопло 10 эжектора 9 в расширительную камеру 13, создается разрежение перед заполнением полузамкнутой емкости 4. Величина разрежения в полузамкнутой емкости достигает 1,2-1,3 МПа. В расширительной камере 13 сбрасываемый газ расширяется и при этом охлаждается до температуры 264 К.

В связи с тем, что внешняя поверхность газораспределительного устройства 5 выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса 1, исключаются перетечки исходного газа из сопел 6 газораспределительного устройства 5, сжатого газа из полузамкнутой емкости 4 и смешивание указанных газов со сбрасываемым газом, а также в связи с тем, что создается разрежение в полузамкнутых емкостях 4 перед их заполнением, достигается более низкая температура охлаждения газа 264К, чем температура охлаждения газа 271К по прототипу в аналогичных условиях.

Использование: изобретение относится к струйной технике и может использоваться для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов. Сущность изобретения заключается в том, что способ охлаждения газа в пульсационном аппарате включает поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей 4 газом, подаваемым из сопла 6 газораспределительного устройства 5, последующее их опорожнение путем сброса газа в расширительную камеру 13 с получением холодильного эффекта. Перед очередным заполнением после опорожнения полузамкнутой емкости 4 в ней создают разрежение путем эжектирования оставшегося в ней газа через пассивное сопло эжектора газом, сбрасываемым в расширительную камеру 13 из следующей полузамкнутой емкости 4 через активное сопло эжектора. Выполнение выхода активного и пассивного сопел эжектора на расстоянии друг от друга и от сопла 6 газораспределительного устройства 5 на расстоянии, соответствующем расстоянию между открытыми концами полузамкнутых емкостей 4, а также выполнение внешней поверхности газораспределительного устройства 5, примыкающей к внутренней поверхности корпуса 1, позволяет выполнять ударное заполнение полузамкнутых емкостей, их опорожнение и создание разрежение, исключая смешивание поступающего и уходящего газа. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате включающий поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения газа, перед заполнением после опорожнения в полузамкнутой емкости создают разрежение путем эжектирования оставшегося в ней газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру. 2. Пульсационный аппарат для охлаждения газа, содержащий корпус с подводящим и отводящим газ патрубками и полузамкнутыми емкостями, расположенными в одной плоскости и выходящими своими открытыми концами внутрь корпуса, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения и сообщающееся с подводящим газ патрубком газораспределительное устройство с соплами, размещенными в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения газа, газораспределительное устройство дополнительно снабжено эжектором с активным и пассивным соплами, выход которого сообщен с расширительной камерой, а выходы его активного и пассивного сопл размещены на внешней поверхности газораспределительного устройства в плоскости полузамкнутых емкостей, причем расстояния между выходами активного и пассивного сопл эжектора и соплом газораспределительного устройства соответствуют расстояниям между открытыми концами полузамкнутых емкостей, а внешняя поверхность газораспределительного устройства выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выход эжектора расположен под углом к плоскости полузамкнутых емкостей в сторону, противоположную направлению вращения газораспределительного устройста.