ИСПАРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к газоснабжению, в частности, к испарению сжиженного углеводородного газа (СУГ) и может быть использована в составе наружных испарительных установок малой мощности, применяемых в холодных климатических районах, для газоснабжения зданий, промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей.
Известно испарительное устройство СУГ малой мощности, содержащее сосуд, заполненный жидким промежуточным теплоносителем (ПТ) из смеси воды и диэтиленгликоля с находящимися в нем трубчатым электронагревателем (ТЭН) и испарительным трубопроводным змеевиком (ИТЗ) [см. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Семенов В.Г. Электрический испаритель сжиженного газа с промежуточным теплоносителем / Использование газа в народном хозяйстве. Выпуск 14. Сб. научн. трудов. - Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 1979, С.129-135.].
ПТ
ПТ
2
2
2
Недостатками известного испарительного устройства СУГ являются низкие значения коэффициента теплоотдачи α Вт/(м·К) от трубчатого электронагревателя к испарительному трубопроводному змеевику через слой жидкого промежуточного теплоносителя и, как следствие, низкая величина удельной паропроизводительности g. Так значения коэффициента теплоотдачи α Вт/(м·К) от ТЭН к ИТЗ через слой жидкого промежуточного теплоносителя составляют 330÷370 Вт/(м·К) [см. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Семенов В.Г. Электрический испаритель сжиженного газа с промежуточным теплоносителем / Использование газа в народном хозяйстве. Выпуск 14. Сб. научн. трудов. - Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 1979, С.129-135].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является испарительное устройство СУГ малой мощности, содержащее сосуд, заполненный жидким промежуточным теплоносителем из смеси воды и диэтиленгликоля с находящимися в нем испарительным трубопроводным змеевиком и расположенными под ним трубчатыми электронагревателями [см. Усачев А.П., Шурайц А.Л., Фролов А.Ю., Лурье Т.А. Выбор метода регазификации сжиженных углеводородных газов в системах централизованного газоснабжения / Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. Сб. научн. трудов. - Саратов,
ПТ
2004, с.118-119.] Применение известного испарительного устройства СУГ позволяет повысить коэффициент теплоотдачи α от трубчатого электронагревателя к испарительному трубопроводному змеевику и, как следствие, удельную паропроизводительность g путем создания более интенсивной естественной циркуляции промежуточного теплоносителя за счет разности его плотностей в районе расположения ТЭН и в районе расположения ИТЗ.
ПТ
2
Однако недостатком известного испарительного устройства СУГ также являются сравнительно низкие значения коэффициента теплоотдачи α от трубчатого электронагревателя к испарительному трубопроводному змеевику через слой жидкого промежуточного теплоносителя, которые согласно [см. стр.87-93 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М.: Энергия, 1973, 320 с.] для случая естественной циркуляции теплоносителя за счет разности его плотностей в районе расположения ТЭН и в районе расположения ИТЗ составляют 380÷430 Вт/(м·К).
Задачей настоящей полезной модели является увеличение коэффициента теплоотдачи от трубчатых электронагревателей к испарительному трубопроводному змеевику через слой промежуточного теплоносителя и, как следствие, увеличение удельной паропроизводительности в наружных испарительных устройствах СУГ малой мощности при минимальных капитальных вложениях.
ПТ
ПТ
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является увеличение коэффициента теплоотдачи α от трубчатых электронагревателей к испарительному трубопроводному змеевику за счет использования в качестве промежуточного теплоносителя отвердевшей заливки металла с высоким коэффициентом теплопроводности λ, имеющего физические свойства: температуру плавления, коэффициент объемного расширения, адгезию, не оказывающих негативное влияние на прочность, срок службы, коэффициент теплоотдачи ТЭН и ИТР, в условиях их заливки расплавленным металлом и в период их эксплуатации.
ПТ
ПТ
Указанный технический результат достигается тем, что в известном испарительном устройстве СУГ, содержащим сосуд, заполненный промежуточным теплоносителем с находящимися в нем трубчатыми электронагревателями и испарительным трубопроводным змеевиком, согласно полезной модели, в качестве металла с высоким коэффициентом теплопроводности λ используется затвердевшая заливка из литьевого алюминия с чистотой 98÷99%, а заплавленные в него трубчатые электронагреватели равномерно расположены по окружности, находящейся на расстоянии δ=8÷10 мм до
ПТ
оси симметрии испарительного трубопроводного змеевика, при котором достигается максимально возможная величина коэффициента теплоотдачи от ТЭНов к ИТР α, обеспечиваются оптимальные условия кристаллизации остывающего алюминиевого расплава с плотной структурой металла без образования пустот, трещин, с требуемой адгезией расплавленного алюминия к поверхности ТЭН к ИТР в период заливки, а также достигается требуемая прочность, срок службы и коэффициент теплоотдачи от ТЭН к ИТР в период эксплуатации, и обеспечивается минимальная металлоемкость алюминиевой заливки.
тэн
итз
ПТ
тэн
итз
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена схема испарительного устройства СУГ. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - сосуд; 2 - промежуточный теплоноситель из отвердевшей металлической заливки из алюминия с высоким коэффициентом теплопроводности; 3 - трубчатые электронагреватели; 4 - испарительный трубопроводный змеевик; 5 - окружность диаметром D, по которой равномерно расположены трубчатые электронагреватели 3; 6 - ось симметрии диаметром D испарительного трубопроводного змеевика 4; δ - расстояние от окружности 4 диаметром D до оси симметрии 5 диаметром D.
тэн
итз
ПТ
Испарительное устройство СУГ содержит: сосуд 1, промежуточный теплоноситель 2 из отвердевшей заливки алюминия; трубчатые электронагреватели 3, равномерно расположенные по окружности 5 диаметром D; испарительный трубопроводный змеевик 4, имеющий ось симметрии 6 диаметром D. Окружность 5, по которой равномерно расположены трубчатые электронагреватели 3 находится на расстоянии δ от оси симметрии 6 испарительного трубопроводного змеевика 4. Отвердевшая заливка из алюминия обеспечивает хороший тепловой контакт с наружными поверхностями, заплавленных в нее трубчатых электронагревателей 3 и испарительного трубопроводного змеевика 4.
Испарительное устройство СУГ работает следующим образом.
тэн
итз
ПТ
Трубчатые электронагреватели 3, равномерно расположенные по окружности 5 диаметром D передают тепловую энергию испарительному трубопроводному змеевику 4 с осью симметрии 6 диаметром D через слой промежуточного теплоносителя 2 толщиной δ из отвердевшей алюминиевой заливки. Тепловая энергия, переданная испарительному трубопроводному змеевику 4 расходуется в нем на регазификацию сжиженного углеводородного газа. Хороший тепловой контакт отвердевшей алюминиевой заливки с наружными поверхностями, заплавленных в нее трубчатых электронагревателей 3 и испарительного трубопроводного змеевика 4, обеспечивают
ПТ
между ними интенсивный теплообмен с высоким коэффициентом теплоотдачи α и, как следствие, высокую удельную паропроизводительность испарительного устройства сжиженного углеводородного газа.
ПТ
ПТ
При расстоянии δ от окружности 5, по которой равномерно расположены трубчатые электронагреватели 3 до оси симметрии 6 испарительного трубопроводного змеевика 4, равном 8-10 мм до оси симметрии ИТР, достигается максимально возможная величина коэффициента теплоотдачи α от ТЭН к ИТР и обеспечиваются оптимальные условия кристаллизации остывающего алюминиевого расплава при плотной структуре без образования пустот, трещин с требуемой адгезией алюминия к поверхностям ТЭН и ИТР в период заливки, а также достигается требуемая прочность, срок службы и коэффициент теплоотдачи от ТЭН к ИТР в период эксплуатации и обеспечиваются минимальные металловложения.
ПТ
ПТ
ПТ
ПТ
ПТ
ПТ
При расстоянии δ<8÷10 мм, как показывают данные проведенных лабораторных анализов, в слое толщиной δ ухудшаются условия кристаллизации алюминия, появляются микропустоты и микротрещины, структура становится менее плотной, уменьшается прочность и коэффициент теплопроводности λ заливки алюминием. При эксплуатации испарительного устройства, осуществляемого в условиях циклического нагрева и охлаждения при расчетной температуре на поверхности ТЭН равной 110-120°С и температуре СУГ изменяющейся в диапазоне минус 30÷35°С микротрещины в слое толщиной δ постепенно увеличиваются, появляются расслоения между ПТ и наружными поверхностями ТЭН и ИТР Образование пустот и трещин в слое отливки толщиной δ, соприкасающийся с поверхностью трубчатых электронагревателей 3 приводит к ухудшению отвода от них тепловой энергии, уменьшению коэффициента теплоотдачи α от ТЭН к ИТР, увеличению температуры на поверхности ТЭНов сверх предельно допустимой, преждевременному выходу их из строя. Выход из строя ТЭН, учитывая его неремонтнопригодность и невозможность замены в условиях отвердевшей алюминиевой отливки, может привести к выходу из строя всего испарительного устройства СУГ. Кроме того, появление сквозных трещин, в окружающей ТЭН алюминиевой отливке, исключает использование ее в качестве дополнительной оболочки, обеспечивающей герметичность испарительного трубного змеевика СУГ, что снижает уровень промышленной безопасности при эксплуатации испарительного устройства.
ПТ
ПТ
ПТ
ПТ
При расстоянии δ>8÷10 мм уменьшается коэффициент теплоотдачи слоя заливки толщиной δ определяемый по формуле  [см. стр.18-22. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973, 320 с.], как следствие уменьшается удельная паропроизводительность g и увеличивается металлоемкость испарительного устройства. Из формулы видно, чем больше δ, тем меньше α.
ПТ
Использование предлагаемых испарительных устройств СУГ в составе испарительных установок малой мощности, применяемых в холодных климатических районах, для газоснабжения бытовых, промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей позволит значительно повысить коэффициент теплоотдачи α от трубчатого электронагревателя к испарительному трубопроводному змеевику и, как следствие, удельную паропроизводительность испарительных устройств g при минимальных капитальных вложениях.