Газификатор сжиженного газа модульный, варианты Российский патент 2025 года по МПК F17C9/02 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сжиженного газа и других криогенных жидкостей, подаваемых из стационарных и мобильных емкостей в режимах стационарного и переменного газопотребления.

Известен технологический нагреватель (патент РФ №2467260, МПК F24H 3/00, опубл. 20.11.2012), содержащий горелочное устройство, кожухотрубный теплообменник, имеющий наружный пояс теплообменных труб и, по меньшей мере, один внутренний пояс теплообменных труб, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба представляет собой комплект из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, образующих внешнюю и внутреннюю полости, при этом внешняя полость сообщена с коллектором входа, а внутренняя полость с коллектором выхода нагреваемой среды. Внутри кожухотрубного теплообменника в его верхней части размещена, по меньшей мере, одна потолочная секция теплообменных труб, расположенная вдоль всей длины теплообменника или вдоль его части. Интенсификаторы теплоотдачи выполнены в виде выштамповок на стенках теплообменных труб, или в виде скрученной ленты на стенках теплообменной трубы, или в виде гофр. Известное устройство малоэффективно для регазификации жидкости, поскольку гидравлические тракты теплообменной трубы, состоящей из двух труб, образуют внутренний и внешний каналы. Вследствие испарения жидкости в тракте канала будет реализовываться двухфазный поток с различными структурными формами (пузырьковый, снарядный, дисперсный, пленочный и прочие), что в свою очередь будет приводить к разнообразным явлениям: кризису теплоотдачи, кавитации, кризису течения. Перечисленные явления будут сопровождаться пульсациями расхода, затруднять безопасную и управляемую работу устройства.

Известен испаритель сжиженного углеводородного газа (патент РФ №2597633, МПК F17C 9/02, опубл. 10.09.2016), содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, полую обечайку с глухим выходным торцом, установленную на оси корпуса. Во внутренней полости обечайки расположен трубопровод подачи сжиженного углеводородного газа, на цилиндрической поверхности которого выполнены ряды радиальных отверстий, причем его выходной торец выполнен глухим. Испаритель также содержит кольцевую камеру сгорания с горелочным устройством, запальное устройство, расположенное на цилиндрической поверхности кольцевой камеры сгорания, трубчатые теплообменные элементы, расположенные вокруг обечайки и соединяющие внутреннюю полость кольцевой камеры сгорания с дымовой грубой, расположенной в выходной части корпуса. Данный испаритель сжиженного углеводородного газа не позволяет работать в широком диапазоне изменения газопотребления.

Известен регазификатор-подогреватель газа (патент РФ №2793 269 МПК F17C 9/02, опубл. 30.03.2023), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий корпус с тепловоспринимающими элементами, состоящими из двух труб - внешней с заглушенным торцом и внутренней с открытым концом, образующих соответственно внешний -выходной и внутренний - входной каналы, магистраль подачи регазифицируемой жидкости, магистраль отвода газа к потребителю, магистраль выхода теплоносителя из корпуса. Корпус содержит магистраль входа теплоносителя внутрь корпуса с регулятором расхода теплоносителя и с датчиком температуры теплоносителя. Тепловоспринимающие элементы объединены в модули. Каждый модуль включает в себя один или более тепловоспринимающих элементов и через отсечной клапан подсоединен к магистрали подачи регазифицируемой жидкости через внутренние входные каналы тепловоспринимающих элементов данного модуля, а через внешние к потребителю. В данном газификаторе возможно образование паровой фазы, паровых пробок и прочих переходных структурных форм двухфазного потока во внутренней трубе тепловоспринимающего элемента, что будет сопровождаться гидроударами и неустойчивой работой газификатора, а исполнение тепловоспринимающего элемента по схеме труба в трубе усложняет конструкцию и увеличивает гидравлическое сопротивление регазификатора.

Техническая проблема, на решение которой направлен предлагаемый газификатор сжиженного газа модульный, заключается в создании газификатора сжиженного природного газа, обеспечивающего регулируемую и безопасную работу в широком диапазоне производительности, в том числе, и в динамических режимах подачи газа потребителю с использованием как промежуточного теплоносителя, так и огневого подогрева, упрощения и унификации конструкции модуля-испарителя и газификатора, снижения гидравлического сопротивления модуля-испарителя, повышению экономичности.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности процесса газификации жидкостей, преимущественно криогенных, обеспечения устойчивой работы газификатора в режиме переменных нагрузок, а также в унификации конструкции и расширения функциональных возможностей за счет изменения количества однотипных модулей, устанавливаемых в газификаторе сжиженного газа и возможности использования различных теплоносителей, в том числе и тепловых ресурсов окружающей среды.

Технический результат по варианту 1 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, магистраль подачи теплоносителя с регулятором расхода теплоносителя, систему управления, новым является то, что в полость корпуса газификатора сжиженного газа принудительно поступает теплоноситель, нагреваемый в котле, оснащенном газовыми горелками и теплообменником, котел располагается снаружи корпуса, нагрев теплоносителя осуществляется за счет сгорании газа, поступающего из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.

Газификатор снабжен котлом внешним с теплообменником, блоком горелок и контуром принудительной циркуляцией теплоносителя.

Газификатор снабжен магистралью циркуляции резервного теплоносителя.

Подача топлива в блок горелок осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.

Магистраль подачи топлива в блок горелок оснащена редуктором и регулятором подачи топлива.

Газификатор снабжен магистралью входа резервного теплоносителя, использующей внешние источники энергии, в том числе и тепловые ресурсы различных водоемов.

Модули имеют профилированную геометрию в виде нисходяще-поднимающейся трубы.

Труба модуля имеет постоянную и/или переменную площадь гидравлического тракта.

Модуль содержит входное устройство с проставкой, оснащенной форсунками центробежными и/или струйными.

Форсунки установлены под углом к оси трубы.

Гидравлический тракт модуля оснащен ленточным и/или лопаточным завихрителями.

Гидравлический тракт модуля оснащен турбулизаторами потока.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 1 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку в гидравлическом тракте модуля и тангенциальной составляющей скорости потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок, дополнительной закрутке потока в гидравлическом такте модуля с помощью завихрителя ленточного и/или лопаточного, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи через стенку модуля от промежуточного теплоносителя, нагрев которого осуществляется с помощь газового котла, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности с использованием как основного, так и резервного теплоносителя, упрощения и унификации конструкции, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля и повышению экономичности.

Технический результат по варианту 2 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, магистраль подачи теплоносителя с регулятором расхода теплоносителя, систему управления, новым является то, что котел с блоком горелок и дымовой трубой, установлены внутри полости корпуса газификатора сжиженного газа, нагрев теплоносителя осуществляется за счет теплоотдачи от стенок котла и дымовой трубы при сгорании газа в горелках котла, газ в горелки поступает из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и/или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и/или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.

Газификатор снабжен котлом внутренним с блоком горелок.

Подача газа в котел осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.

Магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором подачи топлива.

Газификатор снабжен магистралью входа резервного теплоносителя, использующей внешние низкопотенциальные источники энергии, в том числе и тепловые ресурсы различных водоемов.

Модули имеют профилированную геометрию в виде нисходяще-поднимающейся трубы.

Труба модуля имеет постоянную и/или переменную площадь гидравлического тракта.

Модуль содержит входное устройство с проставкой, оснащенной форсунками центробежными и/или струйными.

Форсунки установлены под острым углом к оси трубы.

Гидравлический тракт модуля оснащен ленточным и/или лопаточным завихрителями.

Гидравлический тракт модуля оснащен турбулизаторами потока.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 2 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку осевой и тангенциальной составляющей скорости дисперсного потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок. Закрутке потока в гидравлическом такте модуля, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи энергии через стенку модуля от промежуточного теплоносителя, нагрев которого осуществляется с помощь внутреннего газового котла, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности с использованием как основного, гак и резервного теплоносителя, упрощения и унификации конструкции, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля и повышению экономичности.

Технический результат по варианту 3 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, систему управления, новым является то, что в основании тепловой камеры установлен блок горелок и подвод тепла к модулям осуществляется от горячих дымовых газов, образующихся при сгорании газа в блоке горелок, газа в блок горелок поступает из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и/или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и/или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.

Газификатор снабжен тепловой камерой, в основании которой установлен блок горелок.

Тепловая камера оснащена магистралью слива конденсата.

Подача газа в блок горелок осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.

Магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором газа топлива.

Модули имеют профилированную геометрию в виде нисходяще-поднимающейся трубы.

Труба модуля имеет постоянную и/или переменную площадь гидравлического тракта.

Модуль содержит входное устройство с проставкой, оснащенной форсунками центробежными и/или струйными.

Форсунки установлены под острым углом к оси трубы.

Гидравлический тракт модуля оснащен ленточным и/или лопаточным завихрителями.

Гидравлический такт модуля оснащен турбулизаторами потока.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 3 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку осевой и тангенциальной составляющей скорости дисперсного потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок, дополнительной закрутке потока в гидравлическом такте модуля, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи энергии через стенку модуля от дымовых газов, образующихся при сгорании газа в блоке горелок, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности упрощения и унификации конструкции, уменьшению размеров теплообменного оборудования, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля, повышению экономичности.

На фиг. 1 (вариант 1) представлена технологическая схема газификатора сжиженного газа модульного с промежуточным теплоносителем и наружным котлом.

На фиг. 2 (вариант 2) представлена технологическая схема газификатора сжиженного газа модульного с промежуточным теплоносителем и внутренним котлом

На фиг. 3 представлен модуль с каналом постоянного сечения.

На фиг. 4 представлена проставка с форсунками.

На фиг. 5 представлен модуль с каналом переменного сечения.

На фиг. 6 (вариант 3) представлена технологическая схема газификатора газа модульного с огневым подогревом.

Здесь: 1 - емкость, 2 - магистраль заправки, 3 - насос, 4 - регулятор расхода, 5 - коллектор входной, 6 - коллектор выходной, 7 - корпус газификатора, 8 - крышка, 9 - патрубок входа теплоносителя, 10 - патрубок выхода теплоносителя, 11 - плита, 12 - модуль, 13 - ресивер, 14 - магистраль выхода газа, 15 - регулятор расхода теплоносителя, 16 - магистраль входа резервного теплоносителя, 17 - котел внешний, 18 - дымовая труба, 19 - теплообменник, 20 - регулятор расхода топлива, 21 - блок горелок, 22 - насос теплоносителя, 23 - магистраль выхода резервного теплоносителя, 24 - основание, 25 - входной патрубок, 26 - выходной патрубок, 27 - котел внутренний, 28 - проставка, 29 - форсунка центробежная, 30 - форсунка струйная, 31 - труба профилированная, 32 - завихритель ленточный, 33 - завихритель лопаточный, 34 - выштамповки, 35 - труба переменного сечения, 36 - спираль (интенсификатор теплоотдачи), 37 - магистраль слива конденсата, (T1, Т2, Т3) - датчики температуры, (P1, Р2, Р3) - датчики давления, (РД1, РД₂) -редукторы газовые, (B₁…B₈) - вентили, (КЭО₁…КЭО₅) - клапаны отсечные, (ПСК₁, ПСК₂) - клапаны предохранительные, (C1, С2) - свечи, СГ - счетчик газа, СУ - система управления, КТ - камера тепловая.

Газификатор сжиженного газа модульного типа (вариант 1), фиг. 1, содержит емкость 1, в которой размещается сжиженный газ. Емкость 1 оснащена магистралью заправки 2, датчиком температуры T₁, датчиком давления P₁, клапаном предохранительным ПСК₁, вентилями B₁, В₂, свечой С₁. Емкость 1 соединена трубопроводом с коллектором входным 5. В трубопроводе, соединяющем емкость с коллектором входным 5 установлены: клапан запорный КЭО₁, насос 3, вентили В₃, В₄, В₅, и регулятор расхода 4. Коллектор входа 5 соединен с одним или более модулями 12 через запорные клапаны и входные патрубки 25. На фиг. 1 показаны три модуля испарителя 12, соединенные с коллектором 5 через клапаны отсечные КЭО₂, КЭО₃, КЭО₄. Выходные патрубки 26 модулей 12 соединены с коллектором выхода 6. Коллектор выхода 6 соединен с ресивером 13 трубопроводом, в котором установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, редуктор РД₁, счетчик газа СГ. Ресивер 13 содержит магистраль выхода газа 14.

Однотипные модули испарителя 12 смонтированы на плитах 11 и установлены на крышке 8 внутри камеры тепловой КТ, заполненной жидким теплоносителем. Камера тепловая КТ образованна корпусом 7 с основанием 24 и крышкой 8. Модули испарителя 12, в случае использования нескольких модулей, располагаются в камере тепловой КТ рядами, в шахматном порядке или иным способом, сообразно наивыгоднейшим условиям теплообмена между теплоносителем и модулями. Газификатор оснащен котлом внешним 17 с теплообменником 19, блоком горелок 21 и дымовой трубой 18.

Камера тепловая КТ содержит патрубок входа теплоносителя 9, установленный на крышке 11 и патрубок выхода теплоносителя 10, установленный в основании 24. Патрубок входа теплоносителя 9 соединен с патрубком выхода теплоносителя 10 магистралью циркуляции теплоносителя, в которой установлены: регулятор расхода теплоносителя 15, вентиль В₇, теплообменник 19, циркуляционный насос 22, вентиль В₈. К магистрали циркуляции теплоносителя подключены: магистраль входа резервного теплоносителя 16 с вентилем В₆ и магистраль выхода резервного теплоносителя 23 с вентилем В₉. Теплообменник 19 установлен внутри котла 17. Котел 17 оснащен блоком газовых горелок 21. Топливо в газовые горелки 21 подводится либо из паровой подушки емкости 1 по магистрали, в которой установлены: запорный клапан КЭО₇, редуктор РД₂, с датчиком давления Р₃, регулятор расхода топлива 20; либо из коллектора выхода газа 6 через запорные клапаны КЗО₅, КЗО₆, редуктор РД₂ и далее в блок горелок 21. В блок горелок 21 может подаваться и другое горючее из внешней топливной системы, например, мазут (на фиг. 1 не показано).

Модули 12, установленные в тепловой камере, имеют сборную конструкцию, фиг. 3 и фиг. 4. Каждый модуль 12 смонтирован на отдельной плите 11. Модуль содержит входной патрубок 25, соединенный с трубой профилированной 31 через проставку 28. В проставке 28 установлены, фиг. 3 и фиг. 4, одна или более центробежных 29 и (или) струйных 30 форсунок. Оси форсунок 29 и 30 ориентированы под острым углом к оси тубы 31. В трубе 31, фиг. 3, установлены завихритель ленточный 32 и/или завихритель лопаточный 33, которые обеспечивает закрутку потока и одновременно выполняет роль теплового моста. Труба 31 оснащена интенсификаторами теплоотдачи, например, в виде выштамповок 34 (фиг. 3) или иных элементов, представляющих собой выступы-впадины сферической или другой формы, либо оснащена интенсификатором теплоотдачи в виде спирали 36, фиг. 5, круглого или прямоугольного сечения, установленной на внутренней поверхности трубы модуля. Гидравлический тракт модуля испарителя может иметь как постоянную площадь проходного сечения, фиг. 3, так и переменную площадь проходного сечения, фиг. 5.

Модуль с переменной площадью проходного сечения, фиг. 5, состоит из трубы профилированной 31 с постоянной площадью проходного сечения, в которой смонтированы форсунки 29 и 30, ленточный 31 и (или) завихритель лопаточный 33, и трубы переменного сечения 35, образующей расширяющийся канал. Такая конструкция модуля позволяет снизить гидравлическое сопротивление модуля испарителя 12 при движении в нем испаряемой и нагреваемой среды. Модули 12 как постоянного сечения (фиг. 3), так и переменного сечения (фиг. 5) могут содержать интенсификаторы теплоотдачи в виде выштамповок 34 (фиг. 3) или в виде спирали (фиг. 5).

Выходные патрубки 26 модулей 12, фиг. 1, подключены к коллектору выхода 6, который соединен с ресивером 13 гидравлической магистралью. В магистрали, соединяющей коллектор выхода 6 с ресивером 13 установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, клапан отсечной КЭО₅ редуктор РД₁, датчик давления Р₂ и счетчик газа СГ. Ресивер 13 содержит магистраль выхода 14. Газификатор сжиженного газа модульный содержит систему управления СУ, информация в которую поступает от датчиков температуры Т₁…Т₄, датчиков давления Р₁…Р₃, регуляторов расхода 4, 15 и 20, редукторов РД₁ и РД₂, клапанов отсечных КЭО₁…КЭО₅.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2, фиг. 2, отличается от варианта 1 тем, что внутри камеры тепловой КТ установлен котел внутренний 27 с блоком горелок 21 и дымовой трубой 18. Котел внутренний 27 газификатора по варианту 2 не содержит системы циркуляции жидкого теплоносителя. В остальном состав газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2 совпадает с газификатором по варианту 1.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 3, фиг. 6, отличается от варианта 1 тем, что в основании 24 камеры тепловой КТ установлен блок горелок 21. Теплоносителем газификатора по варианту 3 являются продукты сгорания топлива, поступающего в блок горелок 21, которые удаляются по дымовой трубе 18. В основании 24 установлена магистраль слива конденсата 37. Газификатор по варианту 3 не содержит систему циркуляции теплоносителя и котла. В остальном состав газификатора сжиженного газа модульного по варианту 3 совпадает с газификатором по варианту 1.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 1, фиг. 1, работает следующим образом. Перед началом работы емкость 1 заправляется сжиженным газом через магистраль заправки 2 при открытых вентилях B₁ и В₂ и закрытом клапане КЭО₁ до объема, не превышающем 85% номинального объема емкости 1. По окончанию заправки емкости 1 сжиженным газом вентиль В₁ закрывается. Температура и давление в емкости измеряются датчиками T₁ и P₁. Для обеспечения безопасной работы газификатора емкость 1 оснащена предохранительным клапаном ПК₁, который срабатывает при достижении в емкости 1 предельного давления. Газ из предохранительного клапана поступает на свечу C₁. Полость тепловой камеры заполнена теплоносителем, в качестве которого может быть использован тосол, другие органические жидкости и вода. Теплоноситель нагревается до заданной температуры в теплообменнике 19, размещенном в котле 17, и с помощью насоса циркуляционного 22 прокачивается через камеру тепловую КТ. Подвод тепла к теплообменнику осуществляется вследствие сгорания газа в блоке горелок 21 в котле 17. Газ, при подготовке газификатора к работе, поступает из паровой подушки емкости 1 через открытый клапан отсечной КЭО₂, редуктор РД₂, понижающий давление паров газа до рабочего давления горелок 21. Расход газа, поступающего в блок горелок, задается регулятором подачи топлива 20 по командам системы управления СУ. Возможна подача нагретого теплоносителя в камеру тепловую КТ из магистрали входа резервного теплоносителя 16. По достижению заданной температуры теплоносителя, которая контролируется датчиком температуры Т₃, осуществляется процесс газификации сжиженного газа.

Для осуществления процесса газификации открываются клапан отсечной КЭО₁ и сжиженный газ поступает в коллектор входной 5 и через открытые клапаны отсечные КЭО₂… КЭО₄ направляется во входные патрубки 25 модулей 12. В гидравлических трактах модулей 12, вследствие передачи тепла от нагретого теплоносителя, циркулирующего через камеру тепловую КТ, происходит испарение жидкости и перегрев газа. Нагретый газ из гидравлического тракта модулей 12 через выходные патрубки 26 направляется в коллектор выходной 6 и через открытый отсечной клапан КОЭ₅ поступает в ресивер 13 и далее в магистраль выхода газа 14. Количество газа, поступающего в ресивер, измеряется счетчиком газа СГ; давление, задаваемое потребителем, регулируется редуктором РД₁ и контролируется датчиком давления Р₂; температура, задаваемая потребителем, контролируется датчиком температуры Т₂. Подача сжиженного газа в коллектор входной 5 может осуществляться или самовытеснением, под давлением насыщенных паров P₁ в емкости 1, превышающем давление Р₂ в ресивере 13, когда, когда вентиль В₃ открыт, а вентили В₄ и В₅ закрыты; или принудительно, с помощью насоса 3, когда вентиль В₃ закрыт, а вентили В₄ и В5 открыты. Промышленные емкости, предназначенные для хранения сжиженных газов, в том числе и СПГ, могут работать при избыточном давлении в емкости 0,7…1,5 MI 1а, что при давлении в магистрали потребителя Р≤ 0,3 МПа позволяет реализовать подачу жидкости в модули 12 самовытеснением, под давлением насыщенных паров в емкости 1. При принудительной подаче сжиженного газ в модули с помощью насоса 3 возможна подача газа потребителю в магистраль 14 с давлением составляющим порядка 40% от давления, создаваемого насосом 3 в коллекторе 5. Производительность газификатора может регулироваться либо дискретно, путем включения (отключения) клапанов отсечных (КЭО₁…КЭО₄), установленных перед модулями 12, либо плавно с помощью регулятора расхода 4. Дискретное и плавное регулирование расхода расширяет функциональные возможности газификатора и позволяет использовать газификатор в условиях динамических нагрузок. Использование однотипных модулей 12, смонтированных на плитах 11, позволяет создавать газификаторы с различной производительностью и унифицирует конструкцию газификатора.

Сжиженный газ, поступающий в модуль (модули) 12, попадает в полость патрубка входного 26 (фиг. 3, фиг. 4) и дросселируется через центробежные 28 и (или) струйные 29 форсунки. Оси форсунок ориентируются под острым углом коси трубы 25, что придает парожидкостному потоку как осевую, так и тангенциальную составляющие скорости потока. В процессе дросселирования жидкости в тракте форсунок, вследствие падения давления, происходит частичное испарение жидкости и образование дисперсного парожидкостного потока, в котором несущей средой является пар с рассредоточенными в нем каплями жидкости. (Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 391-392). Достаточным условием образования двухфазного потока на выходе из форсунок является выполнение требования, давление за срезом форсунок в полости трубы 25 должно быть меньше или равно давлению насыщения, соответствующего температуре сжиженного газа T₁ в емкости 1. Преобразование капельного потока жидкости в дисперсный способствует устойчивому и управляемому движению парожидкостного потока в газодинамическом тракте модуля 12, по сравнению с движением закипающей жидкости в обогреваемых каналах, которое характеризуется множественными переходными структурами потока: пузырьковый, снарядный и прочие (Болтенко Э.А. Кризис теплоотдачи и распределение жидкости в парогенерирующем канале - М.: Радуга, 2015. - стр. 11-17). Наличие сложных, переходных и непредсказуемых форм двухфазного потока в обогреваемых каналах сопровождается пульсациями давления, гидроударами, нестационарностью, запиранием потока и прочим кризисным явлениям, что существенно усложняет эксплуатацию теплообменного оборудования и управление процессом газификации жидкости. Исключение всевозможных переходных и непредсказуемых структурных форм двухфазного потока путем дросселирования жидкости в форсунках и получения дисперсного двухфазного потока за срезом форсунок обеспечивает устойчивый и управляемый режим работы газификатора, исключает гидроудары в газодинамическом тракте газификатора и повышает надежность работы оборудования. Придание дисперсному парожидкостному потоку тангенциальной составляющей скорости потока с помощь форсунок 28 и 29, ленточного 25 и лопаточного 31 завихрителей, способствует дрейфу боле тяжелой, жидкой фазы к обогреваемым стенкам внутренних каналов модуля испарителя 12. Орошение обогреваемого внутренних стенок модуля 12 жидкой фазой существенно повышает коэффициент теплоотдачи α до значений α = 2000…3000 Вт/м² К (Кипение криогенных жидкостей. Григорьев Ю.М., Павлов Ю.М. Аметистов Е.В. М.: «Энергия» 1977. стр. 58-59). Таким образом в газодинамическом тракте модуля осуществляется преобразование капельного потока жидкости в дисперсный парожидкостный поток с помощью форсунок, испарении жидкой фазы и нагрев паровой фазы до требуемых значений. При газификации СПГ в типовых условиях температура на выходе из газификатора составляет, t≈ 10°С. Закрутка парожидкостного потока, перемешивание и турбулизация потока с помощью завихрителей и интенсификаторов теплоотдачи 33 и 35 (фиг. 2 и фиг. 3), а также омывание наружных стенок модуля испарителя жидким теплоносителем способствует снижению термического сопротивления теплопередачи, уменьшению габаритов и металлоемкости конструкции элементов теплообменного оборудования газификатора.

Нагретый до требуемой температуры газ поступает в выходной патрубок 32 модуля или модулей, которые соединены с коллектор выходным 6 (фиг.1). Из коллектора выходной 6 газ поступает в ресивер 13 и далее в магистраль потребителя 14. В магистрали, соединяющей коллектор выхода с ресивером 13 установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, клапан запорный КЗО₅, редуктор РД₁ и счетчик газа СГ. Счетчик газа осуществляет учет поставляемого газофицированного продукта, датчики температуры Т₂ и давления Р₂ обеспечивают контроль и управление параметрами газа

Модульный принцип построения регазификатора позволяет создавать устройства желаемой производительности на базе унифицированных модулей, что упрощает конструкцию, и снижает затраты на ее создание. Отсутствие в модуле внутренней трубы упрощает конструкцию и снижает его гидравлическое сопротивление.

С целью обеспечения прогнозируемой и управляемой работы газификатора сжиженного газа модульного фиксируются следующие характеристики и параметры: измеряются расход поставляемого продукта счетчиком газа СГ, регулируется количество жидкости, направляемой в газификатор с помощью регулятора расхода 4, измеряется температура теплоносителя Т₃ и регулируется количество теплоносителя поступающего в емкость корпуса 7, обеспечивается контроль и управлении работой котла 18, обеспечивающего нагрев теплоносителя.

Вся измерительная информация от датчиков температуры, давления, расхода и положения клапанов отсечных поступает и обрабатывается в системе управления СУ. Система управления СУ обеспечивает работу газификатора сжиженного газа модульного в режимах запуска и переключения на различную производительность в автоматическом (автономном) режиме и может передавать информацию о работе газификатора на вышестоящий уровень управления.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2, фиг. 2, который оснащен котлом внутренним 27, работает следующим образом. Подготовительные операции: заполнение емкости 1 сжиженным природным газом, подача газа в блок горелок 21 котла 27, нагрев теплоносителя в камере тепловой с помощь котла внутреннего до заданной температуры Т₃ осуществляется аналогично работе газификатора по варианту 1. Циркуляция теплоносителя, нагреваемого котлом 27 и дымовой трубой 18, осуществляется путем естественной конвекции, что позволяет исключить из конструкции насос циркуляционный. Подача сжиженного газа в модули 12, парообразование и поступление газа потребителю в магистраль 14 с температурой Т₂ и давлением Р осуществляется аналогично варианту 1. В газификаторе, работающему по варианту 2 предусмотрена вынужденная циркуляция теплоносителя от внешних источников тепла по контуру: магистраль входа резервного теплоносителя 16, вентиль В₆, регулятор расхода теплоносителя 15, камера тепловая КТ, вентиль В₉, магистраль выхода резервного теплоносителя 23. Работа газификатора по варианту 2 с внутренним котлом позволяет уменьшить утечки тепла, по сравнению с вариантом 1 и более полно использовать теплоту сгорания топлива, поступающего в котел 27.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 3, технологическая схема которого представлена на фиг. 6, использует подвод тепла к модулю испарителю 12 непосредственно от дымовых газов, образующихся при сгорании топлива в блоке горелок 21, смонтированных в основании 24 камеры тепловой КТ. Подготовительные операции: заполнение емкости 1 сжиженным природным газом, подача газа в блок горелок 21, подача сжиженного газа в модуль испарителя 12, испарение сжиженного газа в гидравлическом тракте модуля и подача нагретого газа потребителю в магистраль выхода газа 14 осуществляется аналогично варианту 1. Использование в качестве теплоносителя дымовых газов позволяет повысить технико-экономические характеристики газификатора. Дымовые газы, образующиеся при сгорании углеводородных топлив, содержат пары воды. Поскольку газ в газификаторах нагревается до небольших положительных температур, порядка t ≈10°С, то наружная поверхность модуля имеет температуру t <100°С. При контакте водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания газа, с наружной поверхностью модуля, имеющего температуру t <100°С, происходит конденсация водяных паров. Для удаления конденсата продуктов сгорания топлива в основании 24 тепловой камеры КТ установлена магистраль слива конденсата 37. Конденсация водяных паров приводит к тому, что в процессе сгорания углеводородных топлив реализуется высшая теплота сгорания топлива, а вследствие конденсации паров воды па наружной поверхности модуля испарителя 12 обеспечиваются высокие коэффициенты теплоотдачи α≈2000-3000 Вт/м²К. (Волошин A.M., Шайхутдинов А.З., Зарецкий Я.В., Серазетдинов Ф.Ш., Тонконог В.Г., Явкин В.Б., Серазетдинов Ф.Ш. Подогреватели газа нового поколения. // Газовая промышленность №8 (649), 2010, с. 78-80). Реализация высшей теплоты сгорания углеводородного топлива повышает экономичность газификатора, а повышение коэффициента теплоотдачи и высокий тепловой напор ΔT ≈Т_ДГ - Т₂, где Т_ДГ - температура дымовых газов составляющая сотни °С, обуславливает плотность теплового потока, q = α × ΔТ, большую, чем в газификаторе с жидким промежуточным теплоносителем, вследствие чего снижаются размеры и металлоемкость конструкции теплообменного оборудования газификатора. Таким образом, улучшаются технико-экономические характеристики газификатора.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сжиженного газа и других криогенных жидкостей, подаваемых из стационарных и мобильных емкостей в режимах стационарного и переменного газопотребления. Газификатор сжиженного газа модульный содержит емкость-хранилище сжиженного газа, тепловую камеру с модулями, магистраль подачи сжиженного газа в модули. Подвод тепла в модули осуществляется: от промежуточного теплоносителя, нагреваемого котлом внешним, оснащенным теплообменником и блоком горелок (вариант 1); котлом внутренним, оснащенным газовыми горелками (вариант 2); дымовыми газами (вариант 3). Модули представляют собой профилированную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения и содержат во входном устройстве проставку с центробежными и/или струйными форсунками. Модули оснащены закручивающими устройствами и интенсификаторами теплоотдачи. Газификатор содержит систему управления характеристиками процесса газификации. Техническим результатом является обеспечение устойчивой и управляемой работы газификатора, в унификации конструкции и расширения функциональных возможностей газификатора, повышение экономичности. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Газификатор сжиженного газа модульный, содержащий корпус с модулями, магистраль заправки, систему управления, магистраль входа теплоносителя в корпус с регулятором расхода теплоносителя и с датчиком температуры теплоносителя, магистраль выхода теплоносителя, ресивер, магистраль выхода газа, в корпусе газификатора размещены один или более модулей с входными и выходными патрубками, входные патрубки модулей, соединенные через отсечные клапаны с магистралью подачи газифицируемой жидкости, выходные патрубки модулей соединены с ресивером и магистралью выхода газа, отличающийся тем, что газификатор содержит внешний котел с теплообменником и блоком газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входной патрубок модули содержат проставку с дроссельными форсунками, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, модули оснащены закручивающими устройствами, ленточными и лопаточными завихрителями и интенсификаторами теплоотдачи, подача газа в котел осуществляется из паровой подушки емкости или из выходного коллектора, магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором расхода газа, газификатор содержит магистраль подачи резервного теплоносителя и магистраль выхода резервного теплоносителя.

2. Газификатор сжиженного газа модульный, содержащий корпус с модулями, магистраль заправки, систему управления, магистраль входа теплоносителя в корпус с регулятором расхода теплоносителя и с датчиком температуры теплоносителя, магистраль выхода теплоносителя, ресивер, магистраль выхода газа, в корпусе газификатора размещены один или более модулей с входными и выходными патрубками, входные патрубки модулей, соединенные через отсечные клапаны с магистралью подачи газифицируемой жидкости, выходные патрубки модулей соединены с ресивером и магистралью выхода газа, отличающийся тем, что газификатор содержит котел внутренний с блоком газовых горелок и дымовой трубой, подача газа в блок газовых горелок осуществляется из паровой подушки емкости или из выходного коллектора, котел расположен внутри корпуса, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входной патрубок, модули содержат проставку с дроссельными форсунками, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, модули оснащены закручивающими устройствами, ленточными и лопаточными завихрителями и интенсификаторами теплоотдачи, подача газа в котел осуществляется из паровой подушки емкости или из выходного коллектора, магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором расхода газа, газификатор содержит магистраль подачи резервного теплоносителя и магистраль выхода резервного теплоносителя.

3. Газификатор сжиженного газа модульный, содержащий корпус с модулями, магистраль заправки, систему управления, магистраль входа теплоносителя в корпус с регулятором расхода теплоносителя и с датчиком температуры теплоносителя, магистраль выхода теплоносителя, ресивер, магистраль выхода газа, в корпусе газификатора размещены один или более модулей с входными и выходными патрубками, входные патрубки модулей соединенные через отсечные клапаны с магистралью подачи газифицируемой жидкости, выходные патрубки модулей соединены с ресивером и магистралью выхода газа, отличающийся тем, что в корпусе газификатора размещен блок газовых горелок, корпус оснащен дымовой трубой и магистралью слива конденсата, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входной патрубок, модули содержат проставку с дроссельными форсунками, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, модули оснащены закручивающими устройствами, ленточными и лопаточными завихрителями и интенсификаторами теплоотдачи, подача газа в блок газовых горелок осуществляется из паровой подушки емкости или из выходного коллектора, магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором расхода топлива.