ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ПРИЕМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ Российский патент 2007 года по МПК F22B7/00 F28D15/00 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и предназначено для обеспечения стабильного режима транспортировки в газообразном состоянии углеводородов, и может быть использовано для подогрева жидких нефтепродуктов, газообразных и жидких сред, контакт которых с пламенем и горячими продуктами горения не желателен.

Известен технологический нагреватель из патента Российской Федерации №2140045, кл.⁷ F24Н 3/00, 1998 г., содержащий источник, греющий среды в виде горелочного устройства, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированной теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды.

Недостатками вышеуказанного технического решения является его низкий коэффициент полезного действия, повышенный удельный расход топлива, воздействие факела пламени и горячих продуктов горения на поверхность внутреннего конвективного пучка теплообменных труб.

Наиболее близким по своей технической сути решением к предложенному технологическому нагревателю преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии является известный из статьи В.Рачук и др. «Космические технологии - нефтяной и газовой промышленности», рис.2, «Нефть Газ промышленность», №1, 2003 г., технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, содержащий заполненную промежуточным жидким теплоносителем емкость с размещенными в ней конвекционным и радиационным трубчатыми теплообменниками, первый из которых сообщается с магистральным трубопроводом через коллекторы подвода и отвода подогреваемой среды, а второй соединен с дымовой трубой, и расположенную под днищем емкости камеру сгорания с, по крайней мере, одним горелочным устройством.

Недостатками вышеуказанного наиболее близкого технического решения является: низкая эффективность теплопередачи от источника тепла нагреваемому рабочему телу, низкий коэффициент полезного действия, недостаточно высокие экологические показатели, большая металлоемкость, неудовлетворительные весовые и габаритные характеристики и экономические показатели.

Задачами предлагаемого изобретения является интенсификация процессов теплопередачи, повышение надежности и коэффициента полезного действия, снижения теплопотерь и уменьшение габаритов и металлоемкости.

Решение указанных задач достигается тем, что технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, содержащий заполненную промежуточным жидким теплоносителем емкость с размещенными в ней конвекционным и радиационным трубчатыми теплообменниками, первый из которых сообщается с магистральным трубопроводом через коллекторы подвода и отвода подогреваемой среды, а второй соединен с дымовой трубой, и расположенную под днищем емкости камеру сгорания с, по крайней мере, одним горелочным устройством, снабжен нагнетателем воздуха, турбулизаторами потоков продуктов сгорания и нормализатором давления пара промежуточного жидкого теплоносителя, камера сгорания - корытобразным кожухом и установленными в одном уровне равномерно по периметру на ее стенках кронштейнами для крепления к ним при помощи прижимов горелочного устройства, емкость снабжена ограничителем уровня заливки промежуточного жидкого теплоносителя, сливным патрубком и предохранительным клапаном и выполнена герметичной, конвекционный трубчатый теплообменник - горизонтальным и размещенным выше уровня промежуточного жидкого теплоносителя, радиационный трубчатый теплообменник - в виде погруженного в упомянутый теплоноситель ниже его уровня генератора пара последнего из вваренных нижними концами в днище герметичной емкости проходных вертикальных жаровых труб, расположенных в несколько рядов в шахматном порядке и соединенных порядно верхними концами через объединяющие их коллекторы с дымовой трубой, горелочное устройство выполнено составным из отдельных секций, подключенных через эжектор к газопроводу блока подготовки топливного газа, турбулизаторы потоков продуктов сгорания размещены в проходных жаровых трубах генератора пара упомянутого теплоносителя, причем нагнетатель воздуха сообщается посредством воздуховода, образованного между корытообразным кожухом и горелочным устройством с эжектором, с последним и камерой сгорания, при этом температура кипения промежуточного жидкого теплоносителя составляет 80-200°С, а площадь S_дт проходного сечения дымовой трубы и объем V_в герметичной емкости, заполненной промежуточным жидким теплоносителем, превышают суммарную площадь S_сум проходного сечения жаровых труб генератора пара и объем V_ве нормализатора давления пара вышеупомянутого теплоносителя, заполненный последним, соответственно в 1,05-3,0 и 2-10 раз.

Кроме того, технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии может быть снабжен теплоизоляцией, которая может быть выполнена съемной и многослойной, камера сгорания - охлаждаемой, предохранительный клапан - съемным, горелочное устройство - с системой охлаждения, подключенной через подводящий и отводящий штуцера к заполненной жидким промежуточным теплоносителем герметичной емкости, нормализатор давления пара упомянутого теплоносителя может быть выполнен в виде вспомогательной с заливной горловиной емкости с размещенными в ней и соединенными друг с другом нижними концами стабилизирующим трубчатым теплообменником и вертикальной дыхательной трубкой, причем верхний конец стабилизирующего трубчатого теплообменника соединен посредством уравнительного трубопровода с верхней частью герметичной емкости, а вспомогательная емкость связана с герметичной емкостью при помощи возвратного трубопровода, расположенного ниже уровня поверхности упомянутого ранее теплоносителя, при этом наружные поверхности труб конвекционного трубчатого теплообменника, стабилизирующего трубчатого теплообменника и вертикальной дыхательной трубки могут быть выполнены с радиационными ребрами.

В технологическом нагревателе преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии нагнетатель воздуха может быть так же установлен на горелочном устройстве, которое может быть снабжено системой охлаждения, подключенной через подводящий и отводящий штуцера к герметичной емкости, при этом стенки камеры сгорания стенки могут быть выполнены полыми, а герметичная емкость может сообщаться с образованными в стенках камеры сгорания полостями.

Сущность изобретения поясняется чертежами: где на фиг.1 схематично изображен общий вид технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, в разрезе; на фиг.2 схематично изображен продольный разрез камеры сгорания с нагнетателем атмосферного воздуха и сменным горелочным устройством и на фиг.3 - поперечный разрез камеры сгорания с горелочным устройством.

Технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии состоит из герметичной емкости 1 с горловиной 2, ограничителем 3 уровня заливки промежуточного жидкого теплоносителя 4, сливным патрубком 5 и установленным на горловине 2 предохранительным клапаном 6. Герметичная емкость 1 заполнена упомянутым ранее теплоносителем 4. В верхней части герметичной емкости 1 установлен горизонтально над поверхностью вышеуказанного теплоносителя 4 сообщающийся с магистральным трубопроводом (на чертежах условно не показан) через коллекторы подвода 7 и отвода 8 подогреваемой среды конвекционный трубчатый теплообменник 9. Под конвекционным трубчатым теплообменником 9 размещен полностью погруженный в упомянутый теплоноситель 4 генератор пара этого теплоносителя 4, выполненный из вертикальных проходных жаровых труб 10, расположенных в шахматном порядке в несколько рядов. Внутри каждой жаровой трубы 10 размещен турбулизатор 11 потока газового продуктов сгорания. Верхние концы проходных жаровых труб 10 объединены порядно коллекторами 12, сообщающимися с дымовой трубой 13 через шиберную заслонку 14. Нижние концы проходных жаровых труб 10 герметично вварены в днище 15 герметичной емкости 1 и сообщаются с камерой 16 сгорания. Камера 16 сгорания снабжена корытообразным кожухом 17, запальной свечей 18, электродами 19 контроля горения и кронштейнами 20, установленными на стенках камеры 16 сгорания равномерно по ее периметру на одном уровне. На кронштейнах 20 посредством прижимов 21 закреплено горелочное устройство 22, выполненное из подключенных через эжектор 23 к газопроводу 24 блока подготовки топливного газа. Камера 16 сгорания и эжектор 23 соединены посредством образованного между поверхностями корытообразного кожуха 17 и горелочного устройства 22 напорного воздуховода 26 с нагнетателем 27 атмосферного воздуха. С герметичной емкостью 1 соединен нормализатор давления пара упомянутого ранее теплоносителя 4, выполненный в виде вспомогательной емкости 28 с горловиной 29 для заливки этого теплоносителя 4 и связи вспомогательной емкости 28 с атмосферой, размещенных в ней и соединенных друг с другом нижними концами стабилизирующего трубчатого теплообменника 30 и вертикальной дыхательной трубкой 31. Стабилизирующий трубчатый теплообменник 30 верхним концом соединен посредством уравнительным трубопроводом 32 с верхней частью герметичной емкости 1. Вспомогательная емкость 28 заполнена промежуточным жидким теплоносителем 4 до уровня, соответствующего его уровню в герметичной емкости 1, и сообщается посредством возвратного трубопровода 33 с нижней частью герметичной емкости 1, поверхность которой может быть покрыта теплоизоляцией 34. Температура кипения промежуточного жидкого теплоносителя 4 составляет 80-200°С. Площадь S_дт проходного сечения дымовой трубы 13 и объем V_в герметичной емкости 1, заполненной промежуточным жидким теплоносителем 4, превышают суммарную площадь S_сум проходного сечения жаровых труб 13 генератора пара и объем V_ве нормализатора давления пара вышеупомянутого теплоносителя 4, заполненный последним, соответственно в 1,05-3,0 и 2-10 раз.

Работает технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии следующим образом.

Предварительно перед включением запальной свечи 18 и розжигом горелочного устройства 22 производят заливку промежуточного жидкого теплоносителя 4 через горловину 29 вспомогательной емкости 28 нормализатора давления пара упомянутого теплоносителя 4, при этом, если предохранительный клапан 6 выполнен съемным, заливку упомянутого теплоносителя 4 в герметичную емкость 1 производят через ее горловину 2 до ограничителя 3 уровня заливки промежуточного жидкого теплоносителя 4. Затем включают нагнетатель 27 атмосферного воздуха и осуществляют продувку камеры 16 сгорания атмосферным воздухом, после чего подают природный газ в горелочное устройство 22 и осуществляют его розжиг посредством запальной свечи 18. Продукты горения природного газа, последовательно проходя из камеры сгорания 16 по каналам, образованным между турбулизатороми 11 потока газообразных продуктов горения и внутренними поверхностями стенок проходных жаровых труб 10, через коллекторы 12 радиационного трубчатого теплообменника в дымовую трубу 13, нагревают до кипения упомянутый теплоноситель 4, а образующийся на поверхности проходных жаровых труб 10 и коллекторов 12 генератора упомянутого теплоносителя 4 пар последнего, подымаясь в верхнюю часть герметичной емкости 1, конденсируется на наружной рабочей поверхности конвекционного трубчатого теплообменника 9, передавая при этом за счет фазового перехода энергию парообразования проходящему через конвекционный трубчатый теплообменник 9 природному газу, который вследствие этого нагревается. Конденсирующийся при этом упомянутый ранее теплоноситель 4 стекает обратно в нижнюю часть герметичной емкости 1, где снова нагревается и переходит в пар на поверхности стенок жаровых труб 10 и коллекторов 12.

При переходных режимах работы технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, например, в случае перепроизводства пара промежуточного жидкого теплоносителя 4, его не сконденсированные излишки по уравнительному трубопроводу 32 поступают в стабилизирующий трубчатый теплообменник 30, где конденсируется. Полученный конденсат жидкого промежуточного теплоносителя 4 затем через вертикальную дыхательную трубку 31 поступает в полость вспомогательной емкости 28, повышая в ней уровень ранее упомянутого теплоносителя 4. Повышение уровня вышеуказанного теплоносителя 4 во вспомогательной емкости 28, в свою очередь, в соответствии с «Законом сообщающихся сосудов», через возвратный трубопровод 33 приводит к повышению уровня этого теплоносителя 4 в герметичной емкости 1. При форсированных режимах работы технологического нагревателя, преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, количество излишков пара упомянутого теплоносителя 4 может оказаться таким, что все излишки пара не сконденсируются в стабилизирующем трубчатом теплообменнике 30, в этом случае они через вертикальную дыхательную трубку 31 поступают в верхнюю часть полости вспомогательной емкости 28, незаполненной упомянутым теплоносителем 4, и через горловину 29 сбрасывается в атмосферу, нормализуя величину давления пара упомянутого теплоносителя 4 в герметичной емкости 1 до уровня, близкого к атмосферному. Для нормализации температурного режима внутри камеры 16 сгорания в последнюю при помощи нагнетателя 27 подается атмосферный воздух.

При прекращении работы технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии после выключения горелочного устройства 22 давление газообразной среды внутри герметичной емкости 1 снижается до величины, меньшей величины атмосферного давления, вследствие чего наружный воздух всасывается через горловину 29 вспомогательной емкости 28 и далее через вертикальную дыхательную трубку 31, стабилизирующий трубчатый теплообменник 30 и уравнительный трубопровод 32 поступает в герметичную емкость 1 и выравнивает давление внутри нее до атмосферного давления. Для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с выходом из строя нормализатора пара или разгерметизации конвекционного трубчатого теплообменника 9 в герметичной емкости 1, установлен предохранительный клапан 6.

Назначение: изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для подогрева жидких нефтепродуктов, газообразных и жидких сред, контакт которых с пламенем и горячими продуктами горения не желателен. Изобретение позволяет улучшить энергетические характеристики нагревателя, уменьшить его габариты и металлоемкость. Сущность изобретения: технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии состоит из герметичной емкости, заполненной жидким промежуточным теплоносителем. В верхней части герметичной емкости установлен горизонтально над поверхностью жидкого промежуточного теплоносителя сообщающийся с магистральным трубопроводом конвекционный трубчатый теплообменник. Под конвекционным трубчатым теплообменником размещен погруженный в промежуточный жидкий теплоноситель генератор пара, состоящий из жаровых труб. Внутри каждой из жаровых труб размещен турбулизатор потока газообразных продуктов сгорания. Верхние концы жаровых труб сообщаются с дымовой трубой, а их нижние концы вварены в днище герметичной емкости и соединены с камерой сгорания, в которой размещено горелочное устройство, связанное напорным воздуховодом с нагнетателем воздуха. Герметичная емкость соединена с вспомогательной емкостью нормализатора давления пара жидкого промежуточного теплоносителя, в которой расположены соединенные нижними концами стабилизирующий теплообменник и дыхательная трубка. Верхний конец стабилизирующего трубчатого теплообменника соединен уравнительным трубопроводом с верхней частью основной емкости. Вспомогательная емкость сообщается возвратным трубопроводом с нижней частью герметичной емкости. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, содержащий заполненную промежуточным жидким теплоносителем емкость с размещенными в ней конвекционным и радиационным трубчатыми теплообменниками, первый из которых сообщается с магистральным трубопроводом через коллекторы подвода и отвода подогреваемой среды, а второй соединен с дымовой трубой, и расположенную под днищем емкости камеру сгорания с, по крайней мере, одним горелочным устройством, отличающийся тем, что он снабжен нагнетателем воздуха, турбулизаторами потоков продуктов сгорания и нормализатором давления пара промежуточного жидкого теплоносителя, камера сгорания - корытообразным кожухом и установленными в одном уровне равномерно по периметру на ее стенках кронштейнами для крепления к ним при помощи прижимов горелочного устройства, емкость снабжена ограничителем уровня заливки промежуточного жидкого теплоносителя, сливным патрубком и предохранительным клапаном и выполнена герметичной, конвекционный трубчатый теплообменник - горизонтальным и размещенным выше уровня промежуточного жидкого теплоносителя, радиационный трубчатый теплообменник - в виде погруженного в промежуточный жидкий теплоноситель ниже его уровня генератора пара из вваренных нижними концами в днище герметичной емкости проходных вертикальных жаровых труб, расположенных в несколько рядов в шахматном порядке и соединенных порядно верхними концами через объединяющие их коллекторы с дымовой трубой, горелочным устройством - составным из отдельных секций, подключенных через инжектор к газопроводу блока подготовки топливного газа, турбулизаторы потоков продуктов сгорания размещены в проходных жаровых трубах генератора пара упомянутого теплоносителя, причем нагнетатель воздуха сообщается посредством воздуховода, образованного между корытообразным кожухом и горелочным устройством, с эжектором последнего и камерой сгорания, при этом температура кипения упомянутого ранее теплоносителя составляет 80-200°С, а площадь S_дт проходного сечения дымовой трубы и объем V_в герметичной емкости, заполненной упомянутым теплоносителем превышают суммарную площадь S_сум проходного сечения жаровых труб генератора пара и объем V_ве нормализатора давления пара вышеупомянутого теплоносителя, заполненный последним, соответственно в 1,05-3,0 и 2-10 раз.2. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что нормализатор давления пара промежуточного жидкого теплоносителя выполнен в виде вспомогательной с заливной горловиной емкости с размещенными в ней и соединенными друг с другом нижними концами трубчатым теплообменником и вертикальной дыхательной трубкой, причем верхний конец стабилизирующего трубчатого теплообменника соединен посредством уравнительного трубопровода с верхней частью герметичной емкости, а вспомогательная емкость соединена с герметичной емкостью при помощи возвратного трубопровода, расположен ниже уровня поверхности промежуточного жидкого теплоносителя.3. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена охлаждаемой.4. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что снабжен теплоизоляцией.5. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что снабжен многослойной теплоизоляцией.6. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что снабжен съемной теплоизоляцией.7. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности трубы конвекционного трубчатого теплообменника выполнены радиационные ребра.8. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что наружные поверхности стабилизирующего трубчатого теплообменника и вертикальной дыхательной трубки выполнены с радиационными ребрами.9. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что предохранительный клапан выполнен съемным.11. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что горелочное устройство снабжено системой охлаждения, подключенной через подводящий и отводящий штуцера к герметичной емкости.12. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что стенки камеры сгорания выполнены полыми.13. Технологический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что герметичная емкость сообщается с образованными в стенках камеры сгорания полостями.