УСТАНОВКА ПАССИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано на компрессорных (газоперекачивающих) станциях.
Известна установка охлаждения природного газа (RU №2237837, МПК7 F25B 19/00, F28D 15/02, опубл. 10.10.2004, Бюл. №28), содержащая трубчатые теплообменные секции с транспортируемым газом, помещенные в корпус, частично заполненный жидкостью, температура кипения которой при атмосферном давлении меньше температуры природного газа, с встроенными в верхнюю часть корпуса термосифонами, охваченными кожухами с шиберными заслонками в верхней его части и отверстиями для прохода в нижней части. Система охлаждения оснащена датчиками температуры природного газа, установленными на входе в систему и выходе из нее, датчиком температуры окружающего воздуха и связанным с датчиками блоком управления вентиляторами, прогнозирующим температуру перед аппаратом воздушного охлаждения, используя математическую модель установки пассивного охлаждения газа.
К недостаткам вышеописанной установки можно отнести ее недостаточную эффективность из-за большого гидравлического сопротивления проходу охлаждающего воздуха. Поскольку охлаждающий воздух проходит через относительно небольшие окна, образованные термосифонами и перегородками, расположенные внизу термосифонов, воздух вынужден менять направление на 90 градусов, гидравлическое сопротивление увеличивается и растет по направлению к центру, что снижает скорость движения воздушного потока и, соответственно, суммарный коэффициент теплоотдачи.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения эффективности охлаждения газа за счет уменьшения гидравлического сопротивления на пути охлаждающего воздуха и повышения равномерности охлаждения воздушных каналов.
Для получения необходимого технического результата в известной установке пассивного охлаждения природного газа, содержащей трубчатые теплообменные секции с транспортируемым природным газом, помещенные в корпус, заполненный жидким теплоносителем, блок управления, регулирующий положение шиберных заслонок, расположенных в кожухе, и связанный с датчиками влажности, температуры газа, температуры воздуха, предлагается установку дополнительно снабдить расположенными в корпусе вертикально ориентированными трубками теплообменника для прохождения воздуха, охлаждающего жидкий теплоноситель, и системой циркуляции теплоносителя, включающей корпус, насос и внешний трубопровод, кроме того, корпус предлагается расположить на вертикальных стойках для свободного прохода охлаждающего воздуха.
Комплексный коэффициент теплопередачи k от охлаждаемого газа к воздуху определяется по следующей формуле:
где  - коэффициент теплопередачи от газа к жидкому теплоносителю;  - коэффициент теплопередачи между трубами через теплоноситель;  - коэффициент теплопередачи от жидкого теплоносителя охлаждающему воздуху.
По оценочным расчетам , ,  (см. Лириков Н.Н. Теплотехника, уч. для ВУЗов. М. 1985).
1
E
2
В данной зависимости при неизменных k и k решающим является k, так как значение его самое маленькое. Вычисляется он следующим образом:
,
где  - коэффициент теплоотдачи от жидкости к трубе при вынужденной конвекции (насос 9);  - коэффициент теплоотдачи от трубы к охлаждающему воздуху (см. патент RU
стали
м·К
Вт
№2237837, МПК7 F25B 19/00, F28D 15/02, опубл. 10.10.2004, Бюл. №28); λ - коэффициент теплопроводности материала трубы (λ=47/); δ - толщина стенки трубы (5=0.002 м).
2
т-E
Так как  много меньше , то k≈α.
т-E
Следовательно общий коэффициент теплопередачи определяется коэффициентом α, который зависит от гидравлического сопротивления охлаждающему воздуху, которое в данной конструкции значительно меньше, чем у прототипа, так как в предлагаемой конструкции перед входом вертикальной трубки теплообменника сопротивление для охлаждающего воздуха отсутствует.
На прилагаемой к описанию схеме представлена предлагаемая установка охлаждения природного газа.
На схеме приняты следующие обозначения:
1 - шиберные заслонки; 2 - кожух; 3 - корпус теплообменника; 4 - жидкий теплоноситель; 5 - трубчатый теплообменник; 6 - вертикальные трубки теплообменника; 7 - вертикальные стойки; 8 - охлаждающий воздух; 9 - насос; 10, 11 - входные и выходные отверстия системы циркуляции жидкого теплоносителя; 12 - внешний трубопровод системы циркуляции жидкого теплоносителя; БУ - блок управления; ДТВ - датчик температуры воздуха; ДТГ - датчик температуры газа; ДВГ - датчик влажности газа.
Установка работает следующим образом.
Природный газ на выходе из компрессорной станции имеет температуру от 40° до 125°С.Поток этого газа проходит по трубчатым тепло-обменным секциям 5 установки охлаждения, нагревает жидкость 4, находящуюся в корпусе 3. Циркуляционный насос 9 обеспечивает необходимую скорость движения жидкого теплоносителя от входных 10 к выходным 11 отверстиям системы циркуляции, включающей внешний трубопровод 12, что увеличивает коэффициент теплоотдачи от жидкости к вертикальным трубкам теплообменника 6. Поток воздуха 8, охлаждая вертикальные трубки, уносит тепло в атмосферу. Свободный проход воздуха к нижним отверстиям вертикальных трубок обеспечивается установкой всей конструкции на вертикальных стойках 7.
Таким образом, в связи с отсутствием гидравлического сопротивления для охлаждающего воздуха перед входом в вертикальную трубку, увеличивается скорость движения воздушного потока и растет суммарный коэффициент теплоотдачи, а следовательно, повышается эффективность охлаждения газа по сравнению с ближайшим аналогом. Кроме того, свободный проход воздуха к нижним отверстиям вертикальных трубок, повышает равномерность охлаждения воздушных каналов, что также способствует повышению эффективности охлаждения газа.