Система регазификации Российский патент 2021 года по МПК F17C9/02 

Изобретение относится к области регазификации сжиженного природного газа (СПГ) и касается вопросов подачи газа потребителю, в том числе для мобильных установок газификации.

Известен автономный регазификатор, содержащий нагреватель, состоящий из жаровой трубы и горелки, испаритель регазификатора выполнен в виде герметичного блока, в котором установлены греющие трубы, а нагреватель снабжен водяным объемом, с которым соединены греющие трубы испарителя, при этом в водяном объеме нагревателя установлены дымогарные трубы (Патент РФ №2301939, МПК F17C9/02).

Недостатком данного регазификатора является то, что при достаточно сложной конструкции агрегата в нем реализуется испарения СПГ и переход из жидкой фазы в газообразную с достаточно низкой температурой газа, в то время как в сети потребления должен быть газ с плюсовой температурой во избежание гидратообразования.

Известен испаритель сжиженного углеводородного газа, в котором испаритель, содержит теплообменник, состоящий из трех жестко соединенных между собой цилиндрических оболочек, образующие кольцевые полости для прохода сжиженного углеводородного газа, причем испаритель содержит в себе подогревающее устройство с топливными форсунками (патент РФ №2594833, МПК F17C9/02 - прототип).

Недостатком данного испарителя также является недостаточный подогрев газа для использования напрямую потребителем, что делает проблемным их применение в мобильных установках для подачи газа потребителю, где требуется высокоэффективный подогреватель газа по КПД для уменьшения потребления топливного газа, обладающий малой массой для транспортабельности и малыми вредными выбросами в атмосферу.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении регазификации СПГ, подаваемого потребителю, до уровня положительной температуры газа с целью исключения образования гидратов, а также в обеспечении их использования в качестве мобильных установок.

Технический результат достигается тем, что в системе регазификации, содержащей испаритель сжиженного природного газа (СПГ), источник тепла для подогрева газа, приборы контроля температуры и давления газа, а также шаровые краны на входе и выходе газа в системе регазификации, новым является то, что на выходе из испарителя размещен дополнительный подогреватель газа, при этом испаритель содержит теплообменник, выполненный из трубок Фильда, размещенных в емкости теплообменника, а подогреватель газа содержит теплообменник, выполненный из набора двух коаксиально расположенных U-образных труб, размещенных в емкости теплообменника и кольцевая полость которых сообщена с подводом газа из испарителя, причем внутренние из U-образных труб сообщены с источником тепла, в качестве которого использован теплогенератор пульсирующего горения, через коллектор в теплообменнике, причем выход из каждой внутренней трубы произведен непосредственно в емкость подогревателя газа, которая посредством трубопровода соединена с емкостью испарителя, где размещены трубки Фильда, далее отвод теплоносителя выполнен на вход в теплогенератор пульсирующего горения; при этом подвод СПГ выполнен через входной шаровой кран системы регазификации в трубки Фильда в испарителе, а выход газа из испарителя выполнен по трубопроводу и коллектору в дополнительном подогревателе на вход в кольцевые полости U-образных труб с выходом из этих полостей через коллектор, трубопровод, регулятор давления и шаровой кран потребителю, при этом отбор топливного газа для теплогенератора пульсирующего горения выполнен также с выхода из дополнительного подогревателя газа через регулятор малого давления газа.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема системы регазификации, на фиг. 2 - конструкция теплообменника подогревателя газа.

Система регазификации состоит из испарителя 1, подогревателя газа 2 и источника тепла - теплогенератора пульсирующего горения 3. Подогреватель газа 2 служит для подогрева газа, поступающего из испарителя 1, где реализовано испарения СПГ путем подогрева его в теплообменнике 4, выполненного из трубок Фильда 5, размещенных в емкости 6 теплообменника 4. В процессе фазовых превращений в испарителе 1 температура паровой среды на выходе из трубок Фильда имеет низкий уровень, поэтому использован дополнительный подогреватель газа 2, в котором теплообменник 7 выполнен из набора двух коаксиально расположенных труб 8, размещенных в емкости 9. Кольцевая полость 10 (фиг. 2) этих U-образных труб сообщена с подводом газа из испарителя 1 через трубопровод 11 и коллектор 12, а внутренняя труба 13 сообщена с источником тепла, в качестве которого применен теплогенератор пульсирующего горения 3 через коллектор 14 в теплообменнике 7. При этом выходы 15 внутренних труб 13 произведены непосредственно в емкость 9 дополнительного подогревателя газа 2. Эта емкость 9 сообщена трубопроводом 16 с емкостью 6 теплообменника 4 испарителя 1. Отвод теплоносителя («обратка») из емкости 6 выполнен на вход в теплогенератор пульсирующего горения по трубопроводу 17. Последовательность подвода тепла теплоносителям из теплогенератора пульсирующего горения и применение более эффективного теплообменника (две коаксиально расположенные трубы с кольцевой полостью для газа) связано с более низким уровнем значений линейных коэффициентов теплоотдачи от жидкости через стенку газа (дополнительный подогреватель), нежели от жидкости через стенку жидкости (испаритель).

Подвод СПГ на вход в регазификатор выполнен через входной кран 18, коллектор 19 в трубки Фильда 5, выход из которых осуществлен через коллектор 20, трубопровод 11 и коллектор 12 в кольцевую полость 10 U-образных труб подогревателем газа 2, из которых подогретый газ через коллектор 21, трубопровод 22, регулятор давления газа 23 и шаровой кран 24 имеет выход потребителю. По трубопроводу 25 через регулятор малого давления газа 26 выполнен подвод топливного газа к теплогенератору пульсирующего горения 3. Использование теплогенератора пульсирующего горения, обладающего высокой экономичностью, малым весом и низким выбросом СО и NO_x в атмосферу позволяет эффективно применить его в мобильных регазификаторах.

Система регазификации СПГ работает следующим образом.

Сжиженный природный газ (СПГ) через шаровой кран 18 и коллектор 19 подается на трубки Фильда 5 в испарителе 1, в котором за счет подвода тепла от теплоносителя в емкости 6 теплообменника 4 переходит из жидкого в парообразное состояние. Далее, холодный газ из трубок Фильда 5 теплообменника 4, коллектор 20 и трубопровод 11 поступает в дополнительный подогреватель газа 2 через коллектор 12 теплообменника 7, где в кольцевых полостях 10 набора двух коаксиально расположенных U-образных труб 8 происходит его нагрев до плюсовых температур теплоносителем, поступающим из теплогенератора пульсирующего горения 3. Нагретый в дополнительном подогревателе 2 газ до температуры выше температуры гидратообразования с учетом ее понижения в регуляторе давления газа 23 поступает потребителю через шаровой кран 24, а по трубопроводу 25 также через регулятор малого давления газа 26 для питания теплогенератора пульсирующего горения 3.

При этом подводимый от теплогенератора пульсирующего горения 3 теплоноситель поступает во внутреннюю трубу 13 U-образных труб 8 через коллектор 14 в теплообменнике 7, передавая тепло газу, протекающему по кольцевой полости 10. Теплоноситель из каждой трубы 13, истекая в емкость 9, передает дополнительное тепло газу, протекающему по кольцевой полости 10 через наружную поверхность U-образных труб 8, повышая уровень его нагрева. После этого отводимый из емкости 9 в емкость 6 теплообменника 4 теплоноситель передает СПГ в трубках Фильда 5 тепло, достаточное для его испарения.

Теплообменник дополнительного подогревателя более эффективен, чем теплообменник испарителя, но более сложен в изготовлении, а теплообменник испарителя менее эффективен, но проще в изготовлении, вместе с тем коэффициент теплопередачи для систем жидкость-стенка-жидкость (в испарителе) выше, чем таковой для систем жидкость-стенка-газа (в дополнительном подогревателе), поэтому выбранная комбинация теплообменников и последовательность их расположения, а также очередность подачи тепла от теплогенератора является оптимальной. Выбор теплогенератора пульсирующего горения для подготовки теплоносителя, имеющего высокий КПД, малый вес и незначительные выбросы вредных веществ (СО и NO_x) повышает эффективность применения регазификаторов в мобильном исполнении.

Предложенное изобретение относится к системе регазификации, а именно обеспечивает оптимальный вариант превращения сжиженного природного газа (СПГ) в газообразное состояние, в том числе в варианте мобильной установки. Система регазификации содержит испаритель сжиженного природного газа, источник тепла для подогрева газа, приборы контроля температуры и давления газа, а также шаровые краны на входе и выходе газа в системе регазификации. На выходе из испарителя размещен дополнительный подогреватель газа, при этом испаритель содержит теплообменник, выполненный из трубок Фильда, размещенных в емкости теплообменника, а дополнительный подогреватель газа содержит теплообменник, выполненный из набора двух коаксиально расположенных U-образных труб, размещенных в емкости теплообменника и кольцевая полость которых сообщена с подводом газа из испарителя через трубопровод и коллектор. Внутренние из U-образных труб сообщены с источником тепла, в качестве которого использован теплогенератор пульсирующего горения, через коллектор в теплообменнике. Выход из каждой внутренней трубы произведен непосредственно в емкость подогревателя газа, которая посредством трубопровода соединена с емкостью испарителя, где размещены трубки Фильда. Отвод теплоносителя выполнен на вход в теплогенератор пульсирующего горения. Подвод СПГ в испаритель выполнен через входной шаровой кран системы регазификации и коллектор в трубки Фильда в испарителе, а выход газа из испарителя выполнен по трубопроводу и коллектору в дополнительном подогревателе в кольцевые полости U-образных труб с выходом из этих полостей через коллектор, трубопровод, регулятор давления и шаровой кран потребителю. Отбор топливного газа для теплогенератора пульсирующего горения выполнен также с выхода из дополнительного подогревателя газа через регулятор малого давления газа. Техническим результатом является эффективный подогрев СПГ до температуры, исключающей гидратообразование и регулирование заданного уровня давления регулятором давления на выходе из системы регазификации. 2 ил.

Система регазификации, содержащая испаритель сжиженного природного газа (СПГ), источник тепла для подогрева газа, приборы контроля температуры и давления газа, а также шаровые краны на входе и выходе газа в системе регазификации, отличающаяся тем, что на выходе из испарителя размещен дополнительный подогреватель газа, при этом испаритель содержит теплообменник, выполненный из трубок Фильда, размещенных в емкости теплообменника, а дополнительный подогреватель газа содержит теплообменник, выполненный из набора двух коаксиально расположенных U-образных труб, размещенных в емкости теплообменника и кольцевая полость которых сообщена с подводом газа из испарителя через трубопровод и коллектор, причем внутренние из U-образных труб сообщены с источником тепла, в качестве которого использован теплогенератор пульсирующего горения, через коллектор в теплообменнике, причем выход из каждой внутренней трубы произведен непосредственно в емкость подогревателя газа, которая посредством трубопровода соединена с емкостью испарителя, где размещены трубки Фильда, далее отвод теплоносителя выполнен на вход в теплогенератор пульсирующего горения, при этом подвод СПГ в испаритель выполнен через входной шаровой кран системы регазификации и коллектор в трубки Фильда в испарителе, а выход газа из испарителя выполнен по трубопроводу и коллектору в дополнительном подогревателе в кольцевые полости U-образных труб с выходом из этих полостей через коллектор, трубопровод, регулятор давления и шаровой кран потребителю, при этом отбор топливного газа для теплогенератора пульсирующего горения выполнен также с выхода из дополнительного подогревателя газа через регулятор малого давления газа.