Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов.
Известен способ охлаждения газа в вихревой трубе (авт. свид. СССР N 392295 кл. F 25 B 9/02, 1971), включающей сопловую камеру, диафрагму для вывода холодного потока, диффузор для вывода горячего потока и осевой сопловой ввод дополнительного потока, например, для рециркуляции газа, причем сопловой ввод может быть выполнен в виде усеченного конуса.
Недостатком таких способов является повышенные потери напора газа при их смещении, что снижает термодинамическую эффективность трубы, так как векторы скорости осевого и дополнительного потоков в этих трубах перпендикулярны.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ охлаждения газа в вихревых трубах ( авт. свид. N 582441 кл. F 25 B 9/02, 1977), включающий закручивание исходного газового потока с последующим разделением на горячий и холодный газовые потоки.
В данном способе вихревая труба содержит сопловую камеру, диафрагму холодного потока, горячий конец, диффузор с улиткой и крышкой, конус соплового ввода дополнительного потока и трубку подвода дополнительного потока. Для повышения термодинамической эффективности вихревой трубы конус соплового ввода дополнительного потока снабжен прорезями, расположенными вдоль его образующих и направленные в сторону закрутки основного потока в сопловой камере.
Основным недостатком описанного способа охлаждения газа является неполное использование энергии газового потока.
Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа за счет эжекционного смешивания исходного газа, повышение давления и его расширения.
Цель достигается тем, что в способе охлаждения газа, включающий закручивание исходного газового потока с последующим разделением на горячий и холодный газовые потоки, подачу горячего потока в пульсационный аппарат для ударного заполнения полузамкнутых полостей и выпуска его в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, полученный при этом охлажденный газовый поток смешивают с холодным газовым потоком после разделения, а также тем, что смешивание охлажденного потока из расширительной камеры и холодного потока после разделения производят посредством эжектирования одного другим.
Перед подачей исходного газа создание вихревого течения с горячим и холодным потоками и подача горячего потока исходного газа в полузамкнутые полости позволяют в процессе ударного заполнения последних сжать горячий газ. В процессе сжатия горячий газ дополнительно нагревается, в результате чего увеличивается количество тепла, передаваемого от сжатого газа через стенки полузамкнутых полостей внешней среде, уменьшается энтальпия сжатого газа, и как следствие уменьшается температура расширяемого газа, т.е. повышается эффективность охлаждения газа.
Смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры приводит к расширению холодного потока исходного газа от своего давления до давления газа из расширительной камеры с получением холодильного эффекта, снижению температуры получаемой смеси, т.е. к повышению эффективности охлаждения газа.
Производство процесса смешения газа из расширительной камеры и холодного потока исходного газа путем эжектирования одного другим позволяет утилизировать кинетическую энергию эжектирующего газа, повысить давление получаемой смеси, снизить затраты энергии, выраженные величиной разности давлений на входе и выходе пульсационного аппарата, и как следствие повысить эффективность охлаждения газа.
Способ охлаждения газа реализуется в аппарате, фронтальный разрез которого представлен на чертеже. Способ охлаждения газа в аппарате осуществляется следующим образом.
Исходный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 308 К подают в аппарат. В завихрителе 9 исходный газ приобретает вихревое движение и попадает в энергоразделительную камеру 10, где он делится на горячий и холодный потоки. Горячий поток с температурой 350 К поочередно ударно заполняет полузамкнутые емкости 4, где газ сжимается и температура повышается до 500 К. Тепло от стенок полузамкнутых полостей 4 отводится конвекцией окружающей среды, имея температуру 313 К. Газ сбрасывается в расширительную камеру 8 при давлении 3 МПа, где расширяется и охлаждается до температуры 250 К. Холодный поток с температурой 270 280 К и давлении 5,0 МПа движется сначала спутно потоку горячему, а затем в противоположном направлении вдоль эжекторного патрубка 11 и отводится. Холодный поток эжектирует газ из расширительной камеры 8, поднимая давление до 3,3 МПа. Холодный поток расширяется и охлаждается, и полученная газовая смесь имеет температуру 245 К.
Пример. Исходный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 308 К поступает через патрубок 2 в корпус 1. Затем исходный газ через тангенциальные щелевые отверстия 14 поступает в завихритель 9, при этом сообщает последнему момент вращения. Вихрь исходного газа из завихрителя 9 попадает через отверстия 13 в энергоразделительную камеру 10, в которой исходный газ приобретает вихревое течение и разделяется на горячий и холодный потоки. Горячий поток вихревого течения, показанный белыми стрелками, стекает по периферии энергоразделительной камеры 10 в газораспределительное устройство 6. Горячий поток имеет температуру 350 К. Холодный поток занимает внутреннюю часть энергоразделительной камеры 10 показан черными стрелками. Холодный поток с температурой порядка 270 280 К движется по сложной траектории: вначале спутно горячему потоку, затем он меняет направление движения на противоположное и, двигаясь вдоль эжекционного патрубка 11, через отверстие 12 поступает в патрубок 3, отводящий газ. Горячий поток через сопла 7 поочередно ударно заполняют полузамкнутые полости 4. При ударном заполнении полузамкнутых полостей 4 горячий газ сжимается, в результате чего температура его повышается до 500 К. Нагретый газ передает свое тепло стенкам полузамкнутых полостей 4. Тепло отводится от полузамкнутых полостей 4 конвекцией окружающей среды, имеющей температуру 313 К. По мере вращения газораспределительного устройства 6 сопла 7 отводятся от заполненных полузамкнутых полостей 4, и из последних газ сбрасывается в расширительную камеру 8, в которой величина давления 3,0 МПа. В расширительной камере 8 сбрасываемый газ расширяется и при этом охлаждается до температуры 250 К. Затем газ через эжекционный патрубок 11 покидает расширительную камеру 8. Холодный поток исходного газа с температурой 270 280 К и давлением 5,0 МПа эжектирует газ из расширительной камеры 8. В процессе эжекции холодный поток исходного газа передает свою энергию газу из расширительной камеры 8, поднимая его давление до величины 3,3 МПа. При этом холодный поток исходного газа расширяется и охлаждается, поэтому полученная в результате процесса эжекции газовая смесь имеет температуру 245 К.
В связи с тем, что перед подачей исходного газа создается в завихрителе 9 и энергоразделительной камере 10 вихревое течение с горячим и холодным потоками и горячий поток подается в полузамкнутые полости 4, в последних в процессе их ударного заполнения горячий газ сжимается и дополнительно нагревается, в результате чего увеличивается количество тепла, передаваемого внешней среде, и уменьшается энтальпия сжатого газа и достигается низкая температура охлаждения газа при его расширении в расширительной камере 8.
Смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры 8 приводит к расширению первого и получению более низкой температуры газовой смеси 245 К, чем температура 280 К, полученная в прототипе в аналогичных условиях.
Эжекционное смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры 8 повышает давление охлажденного газа до 3,3 МПа и снижает затраты энергии на входе и выходе пульсационного аппарата по сравнению с прототипом на 0,3 МПа, и как следствие повышает эффективность охлаждения газа.
Использование: для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов. Сущность изобретения: перед ударным заполнением газом полузамкнутых емкостей газом создают вихревое течение газа с горячим и холодным потоками. Горячий поток газа подают в полузамкнутые емкости, а холодный поток вихревого течения смешивают с газом, поступающим из расширительной камеры. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
| Вихревая труба | 1975 |
|
SU582441A1 |
