А . - - •—__....-,.,«з Советский патент 1972 года по МПК F28D5/00 

МНОГОСЕКЦИОННОЕ ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАСКАДНОГО ЦИКЛА СЖИЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике сжижения и разделения газовых смесей и касается конструкции теплообменных аппаратов, в которых теплоносители не вступают в непосредственный контакт друг с другом.

Сжижение сложных газовых смесей типа природного газа наиболее часто осуществляют за счет последовательного теплообмена с несколькими хладагентами на различных температурных уровнях (каскадный метод).

Охлаждение на различных температурных уровнях осуществляют с помощью посторонних хладагентов или за счет холода, выделяемого в процессе конденсации сжижаемой газовой смеси жидких фракций.

Известно теплообменное устройство, используемое для сжижения газовых смесей каскадным методом, включающее трубчатые теплообменники, обеспечивающие конденсацию газовой смеси за счет противотока испаряющихся жидких фракций, сепараторы, отделяющие сжиженные после теплообмена фракции, и систему коммуникационных трубопроводов, связывающих трубки с корпусами теплообменников и с сепараторами.

выходные концы трубок, по которым проходит газовая смесь, находящаяся в стадии частичной конденсации, закреплять в стенках сепараторов, являющихся одновременно и

коллекторами. Кроме того, нижнюю и верхнюю стенки сепаратора можно совместить с крыщкой и днищем примыкающих к нему теплообменников, а боковые стенки сепараторов расположить вне теплообменников.

Такое расположение позволяет уменьщить размеры трубных рещеток, расположенных на концах теплообменников, и полностью устранить крышки на этих аппаратах. Сепараторы

могут быть расположены внутри системы теплообмена, имея общую обечайку. Однако для облегчения подступа при проверке или ремонте сепараторы располагают таким образом, чтобы их средняя часть находилась вне теплообменников.

На фиг. 1 приведена схема процесса сжижения природного газа каскадным методом; на .фиг. 2 - продольный разрез теплообменника и сепаратора по оси трубчатки входящсго природного газа; на фиг. 3 - продольный разрез теплообменника и сепаратора по оси трубчатки газа цикла высокого давления и

переохлажденного конденсата; на фиг. 4 - продольный разрез двух теплообменников.

Сжимаемый природный газ под давлением 40 бар направляют в теплообменник 1, в котором его охлаждают газовой смесью низкого давления (газ цикла), пропускают через теплообменники 2, 3 ъ 4 к ъ жидком виде направляют на хранение.

В каждом теплообменнике в процессе повторного нагрева и испарения циркулирует фракция, образуемая в результате объединения жидких фракций, переохлажденных и затем ослабленных и выходящих из сепараторов. Указанная фракция в процессе охлаждения и конденсации обеспечивает непосредственный теплообмен с газовой смесью, циркулирующей в трубопроводе, установленном в сепараторах по продольной оси устройства; в процессе охлаждения - с жидкой фракцией, поступающей вверх из сепаратора и предназначенной для снижения давления и для ввода в теплообменник, где она соединяется с названными ослабленными фракциями, ноступающими из сепараторов вниз; в процессе фракционированной конденсации - с газовой фракцией, поступающей из сепаратора вверх и подаваемой к сепаратору вверх, в котором разделяются полученные жидкая и газовая фазы.

Нагретый газ цикла, выходящий из теплообменника 1, при давлении 3 бар сжимают компрессором 5 до давления 30 бар, охлаждают в водяном холодильнике 6, где происходит его частичная конденсация, и подают в сепаратор 7. Из сепаратора 7 конденсат отводят в теплообменник 1, где его переохлаждают, затем дросселируют вентилем 8 и смещивают с газом цикла низкого давления, поступающим к холодному концу теплообменника /.

Газ цикла под давлением поступает из сепаратора 7 в теплообменник 1, в котором при охлаждении происходит частичное образование конденсата. Образовавщаяся паро-жидкостная смесь поступает в сепаратор 9, откуда конденсат направляют в теплообменник 2, переохлаждают, дросселируют вентилем 10 и смещивают с газом цикла низкого давления, идущего к холодному концу теплообменника 2.

Газ цикла высокого давления поступает из сепаратора 9 в теплообменник 2, где он частично охлаждается, конденсируется и поступает в сепаратор //. Конденсат, как в предществующих случаях, поступает в теплообменник 3, где его переохлаждают, дросселируют вентилем 12 и смещивают с газом цикла низкого давления, поступающим к холодному концу теплообменника 3. Из сепаратора // газ цикла высокого давления подают в теплообменник 3, где он, охлаждаясь,. частично конденсируется и затем поступает в четвертый по порядку теплообменник 4, в котором за счет переохлаждения заканчивается его конденсация. Полученный конденсат дросселируют вентилем 13 и возвращают в теплообменник 4, где он испаряется за счет отдачи холода идущему противотоком газу цикла высокого давления.

Сепараторы Р и // представляют собой сферические емкости с непосредственным доступом снаружи. Теплообменники 5 и 4 являются концентрическими, причем теплообменник 4 расположен внутри теплообменника

3, внещняя обечайка которого в таком случае может иметь такой же диаметр, что и обечайки теплообменников / и 2, несмотря на то, что его поверхность теплообмена будет значительно меньще, чем у других теплообменНИКОВ. Теплообменник 4 оснащен двумя обечайками 14 и 15, причем внещняя обечайка 15 служит стержнем для витой трубчатки теплообменника 3. Теплообменник /, находящийся в наименее

холодной температурной зоне, снабжен щтуцером 16 для входящего природного газа и трубной рещеткой 17, через которую этот газ поступает в витую вокруг стержня 18 трубчатку теплообменника 1. Холодный конец

трубчатки заканчивается трубной рещеткой 19, находящейся в смежной стенке между теплообменником / и сепаратором 9. Штуцер 20 и трубная рещетка 21 предназначены для ввода газа цикла высокого давления в теплообменник / с его горячего конца. Пройдя трубчатку, газ выходит в сепаратор 9 через трубную рещетку 22.

Штуцер 23 и трубная рещетка 24 предназначены для ввода переохлажденного конденсата цикла высокого давления в теплообменник / с его горячего конца. Переохлажденный конденсат проходит по трубчатке, поступает через трубную рещетку 25 к дросселю 26 и затем возвращается в межтрубное пространство теплообменника /. Отверстия 27 и 28, соответственно находящиеся на холодном и горячем концах стержня 18 теплообменника 1, служат для подачи газа цикла низкого давления вокруг трубчаток и для эвакуации его

отогретой фракции.

Верхняя и нижняя стенки сепаратора 9 являются одновременно низом и верхом теплообменников / и 2 а боковая стенка не имеет

непосредственного соприкосновения с этими теплообменниками и может быть снабжена люком 29.

Движение природного газа через сепаратор 9 соверщается по трубопроводу 30, который соединяет трубную рещетку 19 с трубной рещеткой 31.

Центральный трубопровод 32 обеспечивает переход газа цикла низкого давления из теплообменника 2 в теплообменник /.

Трубопровод 33 предназначен для отвода газа цикла через трубную рещетку 34 в теплообменник 2, а щиток 35 предохраняет трубопровод 33 от попадания в иего конденсата, поступающего через трубную решетку 22 гепаналогично устройству теплообменника 1, а сенаратор 11 устроен подобно сепаратору 9.

Природный газ проходит по трубопроводу 36 (фиг. 4), который соединяет трубные решетки на выходе из теплообменника 2 с трубными решетками 37 теплообменника 3.

Переохлажденный конденсат поступает в теплообменник 3 через трубную решетку 38. Газ цикла низкого давления проходит по центральному трубопроводу 39.

Трубчатка, по которой проходит природный газ, заканчивается трубной решеткой 40. Затем природный газ идет к трубной решетке 41, находяшейся на горячем конце теплообменника 4. Газ цикла высокого давления проходит через трубную решетку 42 и доходит до трубной решетки 43, также расположенпой на горячем конце теплообменника 4.

Газ цикла низкого давления поступает в теплообменник 3 через отверстия 44 и выходит через отверстия 45. Трубчатка теплообменника 4 навивается на стержень 46. Трубчатка природного газа заканчивается трубной решеткой 47 и газ поступает в емкости на хранение. Трубчатка газа цикла заканчивается трубной решеткой 48 и патрубком 49, по которому этот газ эвакуируется в виде переохлажденного конденсата, дросселирование

которого производят вентилем 50. Затем газ выходит через отверстие 51 в теплообменник 4. Поднявшись по межтрубному нространству, оп через отверстия 44 поступает в теплообмепник 3.

Предмет изобретения

1.Многосекционное теплообменное устройство для каскадного цикла сжижения, включающее трубчатые теплообменники, в трубках которых происходит охлаждение и конденсация сжижаемой газовой смеси за счет последовательного теплообмена с испаряюшимися жидкими фракциями, и сепараторы, отделяющие после теплообмена сжиженные фракции от газового потока, отличающееся тем, что, с целью упрошения конструкции, уменьшения размеров и веса устройства, выходные концы трубок, но которым проходит

газовая смесь, находяшаяся в стадии частичной конденсации, закрецлены в стенках сепараторов, являющихся одновременно и коллекторами.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя и верхняя стенки сепаратора совмещены с крышкой и днищем примыкающих к нему теплообменников, а боковые стенки расположены вне теплообменников.

Риг. 1

Прирадншй i

{ 13

Жидкий газ на -хранение