СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОДОГРЕВА, НАПРИМЕР, ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2017 года по МПК F24H4/06 

Изобретение относится к области отопления, в частности к нагреву текучей среды с использованием нагнетательных насосов или компрессоров.

Известен подогреватель газа, содержащий основание с фланцами подвода и отвода газа, металлический трубчатый теплообменник, выполненный в виде короткозамкнутых витков, размещенных на магнитопроводе и катушках индуктора, защитный кожух. Трубки теплообменника выполнены в виде одинаковых секций из последовательно соединенных спиральных витков, охватывающих катушки вертикально расположенных стержней магнитопровода индуктора. Секции расположены одна над другой на стержнях магнитопровода индуктора и выполнены из цельной металлической трубы круглого сечения (Патент RU №141121 U1. Подогреватель газа. МПК: F24H 3/00. - 27.05.2014).

Известно устройство для подогрева газа и нефти, содержащее корпус, заполненный жидким теплоносителем, в котором размещен теплообменник и два теплогенераторных блока, в состав которых входят горелки, жаровые трубы, пучки дымогарных труб и камера поворота, а также дымовая труба, соединенная с пучками дымогарных труб (Патент RU №53410 U1. Устройство для подогрева газа и нефти. МПК: F22B 7/00. - 10.05.2006).

Известен технологический нагреватель для подогрева жидкостей и газов, например для подогрева природного газа, на входе газораспределительных станций, содержащий горелочное устройство, кожухотрубный теплообменник, экранированный наружным поясом теплообменных труб. По всей длине теплообменника размещен внутренний пояс экранирующих труб, коаксиальный наружному поясу труб таким образом, чтобы одинаковые по конструкции, длине и числу трубы наружного и внутреннего поясов в пределах топочного объема со стороны горелочного устройства были поддержаны в отверстиях кольцевой перегородки, закрепленной с внутренней стенкой кожуха, а с другого конца - в отверстиях заднего днища дымового короба. При этом трубы в радиальном направлении движения греющей среды расположены в шахматном порядке (Патент RU №2168121 C1. Технологический нагреватель. МПК⁷: F24H 3/08. - 27.05.2001).

Известен технологический нагреватель для подогрева жидкостей, газов и их смесей, содержащий горелку, вертикально установленный кожухотрубный теплообменник, экранированный, по меньшей мере, двумя поясами штыковых труб с кольцевыми зазорами и внутренними трубами, которые сообщены съемными патрубками с установленными в нижней части нагревателя коллекторами входа и выхода нагреваемой среды. В кольцевом зазоре установлен завихритель. Непосредственно за кольцевой, поддерживающей штыковые трубы и ограничивающей топочную зону перегородкой, в приосевой части нагревателя, не занятой трубами, установлен обтекатель в виде пустотелого цилиндра, соосного с кожухом теплообменника и дымовой трубой, и своей конусной вершиной обращенный в сторону горелки так, что кольцевое пространство между обтекателем и кожухом образует полость конвективной секции, заканчивающейся перед входом в дымовую трубу равнорасположенными по диаметру обтекателя отверстиями (Патент RU №2265160 C1. Технологический нагреватель. МПК⁷: F24H 3/08, F24H 1/12, F28D 7/12. - 27.11.2005).

Известен технологический нагреватель для подогрева жидкостей, газов и их смесей, например для подогрева природного газа, содержащий горелочное устройство, кожухотрубный теплообменник, имеющий наружный пояс и, по меньшей мере, один внутренний пояс теплообменных труб, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды. Теплообменные трубы представляют собой комплект из двух труб, внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, обращенными в сторону горелочного устройства, и образующих внешнюю и внутреннюю полости, при этом внешняя полость сообщена с коллектором входа, а внутренняя - с коллектором выхода нагреваемой среды. Внутри кожухотрубного теплообменника в его верхней части размещена, по меньшей мере, одна потолочная секция теплообменных труб, расположенных вдоль теплообменника. Теплообменные трубы снабжены интенсификаторами теплоотдачи, выполненными в виде гофр, выштампованных на стенках труб, или скрученной ленты (Патент RU №2467260 C2. Технологический нагреватель. МПК: F24H 3/00. - 20.11.2012).

Известен технологический нагреватель для подогрева жидкостей и газов, например для подогрева природного газа, на входе газораспределительных станций, содержащий источник греющей среды, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированный теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды. В качестве источника греющей среды используется горелочное устройство, расположенное за радиационной секцией, образующей топочный объем, в котором размещен внутренний конвективный пучок теплообменных труб, равнорасположенных по радиусам, коаксиальным радиусу расположения экранных труб. Все теплообменные трубы представляют собой вставленные одна в другую трубы, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца, за пределами дымового короба. Рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены двумя съемными патрубками с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды. В кольцевом зазоре между внешней и внутренней трубами каждой теплообменной трубы установлен завихритель нагреваемой среды в виде спирально навитой на внутреннюю трубу проволоки на длине от глухого конца не менее протяженности радиационной секции, которая, в свою очередь, должна быть не менее величины дальнобойности факела горелочного устройства (Патент RU №2140045 C1. Технологический нагреватель. МПК⁶: F24H 3/00, F16L 53/00. - 20.10.1999).

Известен технологический нагреватель для подогрева жидкостей, газов и их смесей, например для подогрева природного газа, на входе газораспределительных станций, содержащий источник греющей среды, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированный теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды. В качестве источника греющей среды используется горелочное устройство, расположенное за радиационной секцией, образующей топочный объем, в котором размещена конвективная секция теплообменных труб. Все теплообменные трубы представляют собой вставленные одна в другую трубы, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с противоположного конца, за пределами нагревателя рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены съемными патрубками с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды. Трубы конвективной секции размещены в отдельном верхнем кожухе, установленном над кожухом радиационной секции, полости которых соединены между собой дымоходом. (Патент RU №2228502 C2. Технологический нагреватель. МПК⁷: F28D 7/12. - 10.05.2004).

Недостатком известных технических решений является взрывоопасность их эксплуатации из-за близкого расположения источника нагрева, в частности горелочного устройства, к газопроводу и сложность их ремонта и обслуживания.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение взрывобезопасности, удобства ремонта и обслуживания оборудования и предотвращение образования в трубах теплообменника гидрата.

Техническим результатом является повышение взрывобезопасности, удобства ремонта и обслуживания оборудования системы технологического подогрева газа и предотвращение образования в трубах теплообменника гидрата.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известной системе технологического подогрева, например, природного газа, содержащей источник греющей среды и теплообменник, согласно предложенному техническому решению

теплообменник интегрирован в магистральный газопровод при входе газа в газораспределительную станцию, и параллельно теплообменнику в магистральный газопровод встроен байпас, оснащенный регулировочной заслонкой, а источник греющей среды расположен на взрывобезопасном расстоянии от магистрального газопровода и сообщается с теплообменником через теплоизолированные трубопроводы с рециркуляцией теплоносителя посредством насоса или компрессора, при этом в магистральный газопровод при входе газа в газораспределительную станцию встроен датчик температуры подогрева газа, сигнал от которого заведен на блок регулирования температуры подогрева газа, управляющий регулировочной заслонкой байпаса;

в качестве источника греющей среды используется котельная установка или сеть теплоснабжения;

к магистральному газопроводу подсоединен трубопровод подачи газа в топку котельной установки, снабженный регулировочным краном, управляемым сигналом от блока регулирования температуры подогрева газа;

для технологического подогрева газа используется пластинчатый или трубчатый теплообменник;

в качестве теплоносителя греющей среды используется горячая вода или тосол, либо водяной пар.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной системы технологического подогрева, например, природного газа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть использовано на газораспределительных станциях с целью повышения взрывобезопасности, удобства ремонта и обслуживания оборудования системы технологического подогрева газа и предотвращения образования в трубах теплообменника гидрата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фигуре показана схема системы технологического подогрева, например, природного газа.

Система технологического подогрева, например, природного газа содержит источник греющей среды, например сеть теплоснабжения или котельная установка 1, включающая котел с топкой, для получения водяного пара либо горячей воды или тосола в качестве теплоносителя за счет теплоты сжигаемого топлива, например газа, и пластинчатый или трубчатый теплообменник 2, последний интегрирован в магистральный газопровод 3 для технологического подогрева природного газа при входе его в газораспределительную станцию. Параллельно теплообменнику 2 в магистральный газопровод 3 встроен байпас 4, оснащенный регулировочной заслонкой 5. Котельная установка 1 расположена на взрывобезопасном расстоянии от магистрального газопровода 3 и сообщается с теплообменником 2 через теплоизолированные трубопроводы 6 с рециркуляцией теплоносителя посредством компрессора или центробежного насоса 7. К магистральному газопроводу 3 подсоединен трубопровод 8 подачи газа в топку котельной установки 1, снабженный регулировочным краном 9. Система технологического подогрева газа снабжена датчиком 10 температуры подогрева газа, встроенным в магистральный газопровод 3 перед входом газа в газораспределительную станцию, сигнал от которого заведен на блок регулирования температуры газа 11, управляющий регулировочным краном 9 подачи газа в топку котельной установки и регулировочной заслонкой 5 байпаса 4.

Система технологического подогрева, например, природного газа работает следующим образом.

Природный газ с температурой до минус 10°C поступает по магистральному газопроводу 3 в интегрированный в него пластинчатый или трубчатый теплообменник 2 под давлением до 120 атм. Одновременно из сети теплоснабжения или котельной установки 1, расположенной на взрывобезопасном расстоянии от магистрального газопровода 3, посредством компрессора или центробежного насоса 7, в зависимости от применяемого теплоносителя, горячая вода или тосол, либо водяной пар, получаемые за счет теплоты сжигаемого в топке котельной установки 1 топлива, например газа, теплоноситель под давлением нагнетается из котельной установки 1 по теплоизолированному трубопроводу 6 в пластинчатый или трубчатый теплообменник 2, в котором теплоноситель передает свое тепло природному газу, протекающему в газовых трубах теплообменника 2 через его теплопроводные стенки, нагревая в них природный газ до температуры, не выше плюс 70°C на выходе из теплообменника 2, а охлажденный в теплообменнике 2 теплоноситель снова поступает в котельную установку 1 для повторного нагрева, создавая тем самым рециркуляцию теплоносителя в системе технологического подогрева природного газа. Температура газа на входе в газораспределительную станцию поддерживается блоком регуляции температуры подогрева газа в пределах 30-40°C от сигнала датчика температуры 10, встроенного в магистральный газопровод 3 перед входом газа в газораспределительную станцию. При отклонении температуры природного газа на входе в газораспределительную станцию от заданных пределов, датчик температуры 10 подает сигнал на блок регулирования температуры газа 11, последний управляющими сигналами регулирует подачу газа в топку котельной установки 1 регулировочным краном 9 и в магистральный газопровод 3 перед входом газа в газораспределительную станцию регулировочной заслонкой 5 через байпас 4 в обход теплообменника 2. По сигналу датчика 10 температуры блок регулирования температуры газа 11 посредством регулировочного крана 9 изменяет расход газа в топку котельной установки 1, устраняя тем самым указанное отклонение температуры. Учитывая инерционность процесса подогрева газа, для обеспечения быстродействия устранения указанного отклонения температуры, блок регулирования температуры газа 11 через регулировочную заслонку 5 в байпасе 4 увеличивает или уменьшает подачу холодного природного газа через байпас 4 в магистральный газопровод 3, который смешивается с подогретым в теплообменнике 2 газом до температуры смеси в пределах 30-40°C, исключая тем самым чрезмерные разбросы температуры газа на входе в газораспределительную станцию, обеспечивая прохождение необходимого объема природного газа в газораспределительную станцию, повышая эффективность ее работы.

Предлагаемая система технологического подогрева, например, природного газа позволяет исключить возможность взрыва газа в пластинчатом или трубчатом теплообменнике 2 и на газораспределительной станции, а также повысить ремонтопригодность узлов и блоков оборудования системы технологического подогрева природного газа, а также предотвращение образования в трубах теплообменника гидрата.

Изобретение относится к области отопления, в частности к нагреву текучей среды с использованием нагнетательных насосов или компрессоров. Система технологического подогрева, например, природного газа содержит источник греющей среды и пластинчатый или трубчатый теплообменник, последний интегрирован в магистральный газопровод на входе газа в газораспределительную станцию. Параллельно теплообменнику в магистральный газопровод встроен байпас, оснащенный регулировочной заслонкой. Источником греющей среды является котельная установка или сеть теплоснабжения. Котельная установка расположена на взрывобезопасном расстоянии от магистрального газопровода и сообщается с теплообменником через теплоизолированные трубопроводы с рециркуляцией теплоносителя посредством компрессора или насоса. К магистральному газопроводу подсоединен трубопровод подачи газа в топку котельной установки, снабженный регулировочным краном. Система технологического подогрева газа снабжена блоком регулирования температуры подогрева газа в заданных пределах, которая включает датчик температуры, встроенный в магистральный газопровод перед входом газа в газораспределительную станцию, сигнал от которого заведен на блок регулирования температуры газа, управляющий регулировочным краном подачи газа в топку котельной установки и регулировочной заслонкой байпаса. Такая система взрывобезопасна, повышает удобство ремонта и обслуживания, а также предотвращает образование в трубах теплообменника гидрата. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система технологического подогрева, например, природного газа, содержащая источник греющей среды и теплообменник, отличающаяся тем, что теплообменник интегрирован в магистральный газопровод при входе газа в газораспределительную станцию и параллельно теплообменнику в магистральный газопровод встроен байпас, оснащенный регулировочной заслонкой, а источник греющей среды расположен на взрывобезопасном расстоянии от магистрального газопровода и сообщается с теплообменником через теплоизолированные трубопроводы с рециркуляцией теплоносителя посредством насоса или компрессора, при этом в магистральный газопровод при входе газа в газораспределительную станцию встроен датчик температуры подогрева газа, сигнал от которого заведен на блок регулирования температуры подогрева газа, управляющий регулировочной заслонкой байпаса.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источника греющей среды используется котельная установка или сеть теплоснабжения.

3. Система по любому из пп. 1-2, отличающаяся тем, что к магистральному газопроводу подсоединен трубопровод подачи газа в топку котельной установки, снабженный регулировочным краном, управляемым сигналом от блока регулирования температуры подогрева газа.

4. Система по п. 1 отличающаяся тем, что для технологического подогрева газа используется пластинчатый или трубчатый теплообменник.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя греющей среды используется горячая вода или тосол, либо водяной пар.