ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗООБРАЗНЫХ И ЖИДКИХ СРЕД

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для нагрева жидких и газообразных сред, в частности газа, водометанольного раствора (далее BMP), нефти и теплоносителя на месторождениях.
Известно устройство для подогрева жидких и газобразных сред, выполненное в виде корпуса с заполненным промежуточным теплоносителем с помещенным в нем продуктовыми трубами и изогнутой П-образной жаровой трубой, вытянутой горизонтально, на одном конце которой установлено горелочное устройство, на выходном конце - дымовая труба [RU 2306493 C1, МПК F24H 1/28 (2006.01), F22B 7/14 (2006.01), опуб. 20.09.2007].
Известен подогреватель жидких и газообразных сред, который содержит корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, и расположенные внутри него трубный пучок нагреваемого продукта, змеевик подогрева топливного газа, жаровую трубу, подключенную к горелочному устройству, и установленный над ней пучок дымогарных труб, соединенных с дымовой трубой [RU 2182679 C2, МПК7 F22B 7/00, опуб. 20.05.2002]. Установленный в верхней части корпуса змеевик предназначен для нагрева топливного газа, а трубный пучок для нагрева продукта (жидкости или газа). Обеспечивается возможность подогрева как жидкого, так и газообразного продукта, достигается наиболее полное использование температурного потенциала подогревателя.
Известен подогреватель нефти, нефтяных эмульсий и тяжелых нефтяных эмульсий, содержащий горизонтально вытянутый корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, в среде которого размещены топочная камера U-образной формы и, по меньшей мере, один продуктовый трубчатый змеевик, в виде ряда секций, смещенных относительно друг друга, горелочное устройство, дымовую трубу и расширительный бак [RU 74190 U1, МПК F22B 7/00 (2006.01), опуб. 20.06.2008].
Подготовка газа на месторождениях для эффективной работы установки комплексной подготовки газа (УКПГ) предусматривает применение подогревателя продуктовых сред как центра всего оборудования объекта: обогрев аппаратов по подготовке газа, трубопроводов, водометанольного раствора - неизменного спутника газодобычи.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является расширение арсенала технических средств, а именно подогревателя, обеспечивающего нагрев нескольких различных продуктовых сред. Техническим результатом является реализация указанного назначения, а также расширение функциональных возможностей подогревателя.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что подогреватель газообразных и жидких сред характеризуется тем, что содержит горизонтально ориентированный цилиндрический корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, в котором параллельно горизонтальной оси корпуса установлена жаровая труба, снабженная на одном конце горелочным устройством, а на другом - газоотводом в виде дымовой трубы, на корпусе сверху установлен расширительный бак, при этом в указанном корпусе над жаровой трубой расположены продуктовые змеевики с образованием трех контуров нагрева, непосредственно над жаровой трубой расположен змеевик для жидкого теплоносителя, образованный двумя независимыми секциями, над ним змеевик для нагрева газа, а в верхней части корпуса расположен змеевик для водометанольного раствора, каждый из указанных змеевиков и секций состоит из нескольких последовательно сваренных спиральных слоев труб, горизонтальные участки которых ориентированы в одном направлении с горизонтальными участками жаровой трубы. К особенностям выполнения подогревателя можно отнести то, что торцевые крышки корпуса подогревателя могут быть выполнены съемными, змеевики могут быть выполнены с возможностью выемки из корпуса подогревателя, а качестве промежуточного теплоносителя может быть использован 60% раствор диэтиленгликоля с антикоррозионными добавками. Подогреватель может быть снабжен линией возврата части газа, прошедшего змеевик для газа, для подачи в горелочное устройство. Секции змеевика для жидкого теплоносителя могут быть установлены с возможностью обеспечения работы каждой из секций, как по отдельности, так и одновременно. В качестве горелочного устройства возможно использование горелки инжекционного типа с поворотной воздушной заслонкой или газовой горелки инфракрасного излучения.
Наличие, конструктивное выполнение нескольких контуров нагрева и их расположение обеспечивает возможность одновременного нагрева различных продуктовых сред: газа (на собственные нужды, на установку для термической утилизации BMP); BMP; теплоносителя (для подогрева аппаратов и трубопроводов). Последовательность расположения продуктовых змеевиков в корпусе подогревателя над жаровой трубой обусловлена требуемой температурой подогрева продуктовых сред. Выполнение змеевика для жидкого теплоносителя из двух независимых секций повышает ремонтопригодность подогревателя и обеспечивает сезонный характер работы.
На фиг. 1 представлен продольный разрез подогревателя, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - поперечный разрез по Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 - змеевик, вид сверху.
Подогреватель представляет собой корпус 1 в виде горизонтально ориентированной цилиндрической емкости с фланцами. Снаружи корпус 1 обернут теплоизоляцией и листовой обшивкой. Нижняя часть корпуса 1 снабжена опорами, посредством которых он может быть установлен, например, на раме 2, представляющей собой площадку, выполненную с возможностью установки на средство передвижения: полозья, колеса, шасси и т.п. Рама 2 может быть выполнена в виде площадки сварной конструкции из проката и предназначена для установки и крепления опор корпуса 1.
Внутреннее пространство корпуса 1 заполнено промежуточным теплоносителем, в качестве которого возможно использование 60% раствора диэтиленгликоля (ДЭГа) с добавлением, при необходимости, антикоррозионной добавки. Для измерения уровня промежуточного теплоносителя подогреватель может быть снабжен указателем уровня.
Внутри корпуса 1, непосредственно в среде промежуточного теплоносителя, в нижней его части расположена параллельно горизонтальной оси жаровая труба 3, выполненная в виде U-образной или П-образной конструкции, жестко закрепленная на корпусе, например посредством сварки, и выходящая за пределы корпуса.
Над жаровой трубой 3 параллельно продольной оси корпуса расположены однопроходные продуктовые змеевики с образованием трех контуров нагрева. Над жаровой трубой 3 расположен змеевик для жидкого теплоносителя 4, над ним - змеевик для нагрева газообразных сред 5 (газа), а верхней части корпуса 1 расположен змеевик для водометанольного раствора 6 (BMP). В качестве жидкого теплоносителя может быть использована вода или тосол, или диэтиленгликоль.
На одном конце жаровой трубы 3 закреплено горелочное устройство 7 с возможностью удобного регулирования положения сопла, а на другом - газоотвод, на котором установлена дымовая труба 8. Горелочное устройство 7 представляет собой, например, горелку инжекционного типа с поворотной воздушной заслонкой или газовую горелку инфракрасного излучения. Дымовая труба 8, выходящая за пределы корпуса 1, для обеспечения безопасности может быть закреплена растяжками на кронштейнах.
На корпусе 1 сверху установлен расширительный бак 9, который выполнен в виде трубы с днищами и опорными фланцами, и предназначен для перелива из корпуса 1 излишков промежуточного теплоносителя. Для заполнения корпуса 1 промежуточным теплоносителем предусмотрена заливная горловина 10.
Корпус 1 подогревателя снабжен фланцем для крепления с одной стороны жаровой трубы 3. На корпусе 1 врезаны элементы монтажного и технологического назначения. Для обеспечения ремонтопригодности, облегчения монтажа-демонтажа теплообменников 4, 5, 6 и жаровой трубы 3 торцевые стенки (крышки) корпуса 1 могут быть выполнены съемными.
Змеевик для жидкого теплоносителя 4 образован двумя независимыми секциями I и II, которые установлены с возможностью обеспечения работы каждой из секций, как по отдельности, так и одновременно. Секции I и II и змеевики 5 и 6 состоят из нескольких последовательно сваренных спиральных слоев труб 11 (фиг. 4). Прямые участки труб 11 змеевиков могут быть соединены между собой посредством ребер жесткости, выполненных с обеспечением наименьшего гидравлического сопротивления. Диаметр труб 11 теплообменников подбирают в зависимости от требуемой производительности, давления. Горизонтальные участки труб 11 змеевиков 5, 6 и секций I и II змеевика 4 расположены вдоль горизонтально ориентированных участков жаровой трубы 3.
Вход, выход продуктовых сред происходит через входные и выходные патрубки, располагающиеся на одной из торцевых стенок корпуса 1 (фиг. 2). Змеевики 4, 5, 6 могут быть выполнены с возможностью выемки из корпуса 1, для чего корпус 1 снабжен соответствующими направляющими, а в качестве ребра жесткости 12 может выступать торцевая съемная крышка корпуса подогревателя.
Подогреватель может быть снабжен линией возврата части газа, прошедшего змеевик для газа 5, для подачи в горелочное устройство.
Подогреватель снабжен системой автоматизации, обеспечивающей контроль параметров технологического процесса подогрева продуктовых сред и связанной с запорно-исполнительными механизмами трубопроводной обвязки.
Подогреватель работает следующим образом.
Предварительно заполняют корпус 1 подогревателя промежуточным теплоносителем через заливную горловину 10 расширительного бака 9, возможно осуществление визуального контроля по указателю уровня. Осуществляют розжиг горелочного устройства 7 подогревателя от электрического запальника или ручного шлангового запальника. Контроль температуры подогрева топливного газа производится термометром. После подъема температуры промежуточного теплоносителя до необходимого значения, например, плюс 70°C начинают пропуск продуктовых сред через подогреватель, плавно открывая входные и выходные задвижки и, в зависимости от требуемого теплового режима, устанавливают давление с помощью регулятора давления 0,03-0,15 МПа. Нагреваемые продуктовые среды, поступающие через соответствующие входные патрубки в секции I и II змеевика 4 и змеевики 5, 6, нагреваются до заданной температуры от нагретого промежуточного теплоносителя, который, в свою очередь, нагревается от горения внутри жаровой трубы 3 топливного газа, выходящего из горел очного устройства 7. В качестве топливного газа используют природный или попутный газ. Температуру промежуточного теплоносителя контролируют термопарой. Охлажденные продукты сгорания газа при помощи дымовой трубы 8 выводятся в атмосферу. После нагрева до заданной температуры продуктовые среды: жидкий теплоноситель, газ BMP направляют через соответствующие патрубки выхода по трубопроводной обвязке для обеспечения требуемого технологического процесса.
Подогреватель газообразных и жидких сред собран на Экспериментальном заводе ООО «ТюменНИИгипрогоаз», апробирован на месторождениях и подтвердил заявленное назначение.
Заявляемый подогреватель эффективно подогревает сразу несколько продуктовых сред: жидкий теплоноситель, газ и водометанольный раствор, обеспечивающих безостановочную работу УКПГ. Решен вопрос утилизации конденсата и воды, полученной при такой подготовке: он периодически подается на термическую утилизацию вместе с водометанольным раствором.
Заявляемый подогреватель позволяет расширить арсенал технических средств, применяемых в нефтегазовой промышленности для нагрева газообразных и жидких сред с требуемыми температурными параметрами на удаленных, труднодоступных месторождениях, а также обеспечить утилизацию попутного газа.