СИСТЕМА НЕАДИАБАТНЫХ ВИХРЕВЫХ ТРУБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭТАНА, ПРОПАН-БУТАНА И КОНДЕНСАТА ИЗ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА
SYSTEM OF ANISENTROPIC SWIRL TUBES TO EXTRACT ETHANE, PROPANE-BUTANE AND CONDENSATE FROM MAJOR VOLUMES OF NATURAL GAS

Вихревые трубы позволяют увеличить извлечение этана, пропан-бутана и конденсата из природного газа на 30% по сравнению с дросселированием (1), которое широко применяется для этих целей. Еще больший эффект дают неадиабатные вихревые трубы, которые позволяют увеличить извлечение этана, пропан-бутана и конденсата на 40% по сравнению с дросселированием (1), (2).
Однако они эффективно работают лишь при небольших диаметрах (до 50-70 мм), что не позволяет извлекать этан, пропан-бутан и конденсат из больших объемов природного газа.
Задача изобретения - разработать систему неадиабатных вихревых труб, позволяющих извлекать этан, пропан-бутан и конденсат из больших объемов природного газа.
Поставленная задача решается созданием системы неадиабатных вихревых труб для извлечения этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа, которая представляет из себя цилиндр (или несколько цилиндров), образованный параллельными неадиабатными вихревыми трубами, каждая из которых состоит из сопла подачи сжатого природного газа; конического корпуса в виде расходящегося от сопла в сторону горячего конца трубы конуса; диафрагмы с центрально расположенным в ней отверстием со стороны сопла (холодный конец трубы); дроссельного вентиля на противоположном конце трубы (горячий конец трубы); тангенциальное сопло каждой вихревой трубы соединено с магистральным газопроводом при помощи соединительного коллектора; горячие концы каждой вихревой трубы соединены соединительным коллектором с газопроводом, объединяющим горячие потоки газа и направляющим их сначала в теплообменник для охлаждения, а затем в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата, отличающаяся тем, что цилиндр (или несколько цилиндров, установленных один за другим вдоль оси), образованный параллельными неадиабатными вихревыми трубами, размещен внутри газопровода, объединяющего холодные потоки газа.
Система неадиабатных вихревых труб представлена на Фиг.1 и Фиг.2, где 1 - цилиндр, образованный параллельными неадиабатными вихревыми трубами; 2 - горячий конец неадиабатной вихревой трубы; 3 - сопло подачи сжатого природного газа в вихревую трубу; 4 - неадиабатные вихревые трубы; 5 - дроссельный вентиль; 6 - диафрагма с центрально расположенным в ней отверстием со стороны сопла; 7 - соединительный коллектор сопла каждой вихревой трубы с магистральным газопроводом; 8 - магистральный газопровод; 9 - конический корпус неадиабатной вихревой трубы; 10 - соединительный коллектор горячих концов каждой вихревой трубы с газопроводом, объединяющим горячие потоки газа; 11 -газопровод, объединяющий горячие потоки газа; 12 - торцевая стенка газопровода, объединяющего холодные потоки газа; 13 - теплообменник; 14 - сепаратор; 15 - газопровод, объединяющий холодные потоки газа.
Система неадиабатных вихревых труб для извлечения этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа работает следующим образом. Природный газ под высоким давлением из магистрального газопровода 8 поступает в соединительные коллекторы 7, при помощи которых распределяется по всем неадиабатным вихревым трубам 4, образующим цилиндр 1. При этом сжатый газ через тангенциальные сопла подачи сжатого газа 3 поступает в неадиабатные вихревые трубы 4, где происходит разделение на горячую и холодную составляющие. Горячий газ выходит через дроссельный вентиль 5 и далее поступает в соединительный коллектор 10 и затем в газопровод 11, объединяющий горячие потоки газа, после чего направляется сначала в теплообменник для охлаждения, а затем в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата. Холодный поток выходит из вихревой трубы через диафрагму 6 и поступает в газопровод 15, объединяющий холодные потоки газа, охлаждая при этом горячие концы 2 неадиабатных вихревых труб 4, а затем в сепаратор для извлечения жидких фракций этана, пропан-бутана и конденсата. Торцевая стенка 12 изменяет направление движения холодного потока газа и направляет его на горячие концы труб 2 для их охлаждения. При этом, как показали исследования А.В.Мартынова и В.М.Бродянского (1), основная часть жидких фракций концентрируется в горячем конце вихревой трубы. Общее же извлечение жидких фракций из природного газа при использовании адиабатных (неохлаждаемых) вихревых труб увеличивается на 30% (1), а при использовании неадиабатных (охлаждаемых) вихревых труб (2) - на 40% по сравнению с дросселированием (1).
Осуществление изобретения
Система из 500-1000 неадиабатных вихревых труб позволит извлекать жидкие фракции этана, пропан-бутана и конденсата из больших объемов природного газа. Так, например, для извлечения жидких фракций из природного газа, подаваемого по магистальному газопроводу диаметром 1 м, потребуется создать систему из 500 ннеадиабатных вихревых труб диаметром 45 мм.
Геометрические размеры отдельно взятой неадиабатной вихревой трубы, входящей в систему неадиабатных вихревых труб, могут быть предложены по результатам исследований Мартынова А.В. и Бродянского В.М. (1):
Внутренний диаметр неадиабатной вихревой трубы в в сопловом сечении - 45 мм;
Диаметр отверстия диафрагмы - 25 мм;
Угол раствора конуса - 3°;
Длина трубы - 1900 мм;
Длина горячего конца трубы - 1600 мм;
Длина холодного конца трубы - 300 мм;
Размеры сопла: ширина - 16,5 мм; высота - 8 мм.
Параметры природного газа перед трубой по данным Мартынова А.В. и Бродянского В.М. (1):
Давление - 14,5 МПа (145 атм);
Температура - 55°С;
Давление холодного потока - 28 атм;
Максимальное охлаждение - на 55-60°С;
3
Расход газа - 390 тысяч м в сутки при нормальных условиях.
В качестве теплообменника 13 для охлаждения горячего потока газа может быть предложен вихревой теплообменник (Патент RU №2338987 С1 /Шелудяков Е.П., опубл. 20.11.2008, бюл. №32), где в качестве охладителя может быть использован холодный газ, выходящий из холодного конца неадиабатной вихревой трубы.
Источники информации
1. Мартынов А.В., Бродянский В.М. «Что такое вихревая труба?». М.: Энергия, 1976.
2. Красавицкий Б.А., Райский Ю.Д. и др. Работа вихревой трубы в системе низкотемпературной сепарации. - Газовая промышленность, 1969, №6.