УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ГАЗА И НЕФТИ

Полезная модель относится к энергетике, к оборудованию газораспределительных пунктов и станций - ГРП и ГРС, и может быть использована в схемах подогрева жидких и газообразных продуктов, пожароопасных и чувствительных к перегреву.
Известен подогреватель газа [патент RU №2064123] с промежуточным теплоносителем, состоящий из прямоугольного корпуса, разделенного вертикально расположенными профильными листами на три канала; в среднем канале располагаются жаровая труба, над ней - пучок дымогарных труб; профильные листы сужены в верхней части, в зоне сужения располагаются два теплообменника не связанные между собой. Жаровая труба вдоль нижней и верхней образующей снабжена, соответственно, натекателями и стекателями потока теплоносителя.
К недостаткам этого подогревателя газа следует отнести: подведение топливного газа к горелочному устройству без предварительного подогрева; усложнение конструкции, обусловленное наличием подвесок и расчалок для удержания профильных листов в необходимом пространственном положении, а следовательно, увеличение соответствующих материальных затрат.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является подогреватель жидких и газообразных сред [патент RU №2182679]. Данный подогреватель содержит корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, расположенный 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. Жаровая труба в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, а дымогарные трубы выполнены в виде овальных обечаек и снабжены пластинчатыми элементами, прикрепленными под углом к их поверхности.
Однако, организация входа и выхода подогреваемого продукта с использованием продуктовой камеры, соединенной с трубным пучком, что ограничивает возможности применения данного решения для нагрева продуктов высокого давления - из-за большого диаметра и толщины фланцевых соединений и других элементов и, следственно, отсутствия стандартизованных деталей для изготовления камеры, что вынуждает использовать элементы конструкции, изготавливаемые по специальным заказам. Другими недостатками данного аналога является большое гидравлическое сопротивление подогреваемого продукта, так как в конструкции применен крутой разворот на 180° потока подогреваемого продукта в стороне теплообменника, противоположной камере, что естественно при стремлении минимизировать диаметр камеры, а также отсутствие надежного смывания жаровой трубы промежуточным теплоносителем в нижней, самой теплонапряженной ее части по причине установки по касательной к ее поверхности прямоугольных листов, которые, кроме того, вызовут образование застойных зон в объеме корпуса между этими листами и жаровой трубой.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение количества возможных режимов устойчивой работы подогревателя и возможность варьирования режимами в зависимости от сезонности и климатических условий при одновременной интенсификации теплообмена и повышении технологичности изготовления подогревателя.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для подогрева газа и нефти, содержащее корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, в котором размещен теплообменник и горизонтально ориентированный теплогенераторный блок, в состав которого входят: горелка, жаровая труба, пучок дымогарных трубок и камера поворота, а также выведенная за пределы корпуса дымовая труба, соединенная с пучком дымогарных трубок,
имеет, по крайней мере, второй, ориентированный горизонтально, теплогене-раторный блок с составом узлов, аналогичным первому теплогенераторному блоку, причем размещение теплогенераторных блоков в корпусе осуществлено по принципу левой и правой частей подогревателя, выполненных с возможностью подключения каждого из теплогенераторов как автономно, так и одновременно всех вместе.
Кроме того, в каждую из жаровых труб введены сквозные патрубки для теплоносителя, установленные вертикально с наклоном по отношению к корпусу с ориентацией верхних концов патрубков противолежащих жаровых труб навстречу друг другу, а нижних - друг от друга.
Заявляется также устройство для подогрева газа и нефти, в котором, кроме вышеописанных признаков, теплообменник выполнен в своей рабочей части в виде тела горизонтально вытянутой U-образной формы из пучка теплообменных трубок, разделенного на две зоны - левую и правую, соответствуя теплогенераторам в левой и правой частях подогревателя, и имеет два штуцера на входном и выходном концах пучка трубок.
Кроме того, устройство для подогрева газа и нефти имеет обтекатель потока теплоносителя, помещенный в пространстве между пучками трубок теплообменника на всем протяжении их, и форма которого представляет собой разомкнутый треугольник с вершиной в сторону дымогарных трубок и основанием в сторону верхней зоны корпуса.
Заявляется также устройство для подогрева газа и нефти, которое, кроме вышеописанных признаков, дополнительно имеет два змеевика для нагрева топливного газа, соответствующие каждому из теплогенераторов в левой и правой частях и размещенные каждый в образовавшихся пространствах слева и справа между стенками корпуса и теплогенераторами и посаженные на базовых элементах, одновременно служащих ограничителями сдвига теплогенераторов.
Кроме того, теплогенераторы выполнены с возможностью выдвижения за пределы корпуса с помощью роликов, размещенных под ними.
Кроме того, внутри дымогарной трубки установлен турбулизатор в виде протяженной пластины, в теле которой выполнен ряд прорезей и лепестков, отогнутых поперек и вертикально пластины.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез подогревателя, на фиг.2 - его поперечный разрез, на фиг.3 - турбулизатор, на фиг.4 - теплообменник.
Устройство для подогрева газа и нефти содержит корпус 1, горелки 2, жаровые трубы 3, дымогарные трубы 4, внутри которых располагаются турбулизаторы 5, патрубки, установленные в жаровых трубах 6, змеевик для нагрева топливного газа 7, теплообменник 8, трубные решетки 9, трубные доски 10, теплообменные трубки 11, штуцер входа подогреваемого продукта 12, штуцер выхода подогреваемого продукта 13, обтекатель 14, ролики 15, дымовые трубы 16, поворотные коробы 17, промежуточный теплоноситель 18.
Работа устройства проходит следующим образом. В каждой из горелок 2 сжигается энергоноситель, в качестве которого используется газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания проходят последовательно жаровую трубу 3, обтекая установленные в ней патрубки 6, поворотные коробы 17 и дымогарные трубы 4, где передают свое тепло промежуточному теплоносителю 18. Теплоноситель, находящийся в патрубках жаровых труб 6, нагревается быстрее основной массы теплоносителя, располагающегося в корпусе подогревателя и истекает струями в пространство между жаровыми трубами 3, где встречается со встречными струями, истекающими из обращенных к нему патрубков соседней жаровой трубы, после чего потоки теплоносителя, имеющие более высокую температуру, устремляются вверх, где, встретив обтекатель 14, распределяются на два потока, обтекают пучки труб теплообменника, отдавая им, а затем и топливному газу, протекающему в тубах змеевиков 7, свое тепло, после чего опускаются вниз в зонах, граничащих с корпусом подогревателя. С целью интенсификации процесса передачи тепла от дымовых газов, протекающих внутри дымогарных труб 4, промежуточному теплоносителю 18, внутрь каждой дымогарной трубы введен турбулизатор 5, позволяющий увеличить скорость движения продуктов сгорания при одновременной дополнительной их турбулизации, чем достигается существенное (на 15-20%) увеличение коэффициента теплопередачи от продуктов сгорания промежуточному теплоносителю.
Теплота, полученная промежуточным теплоносителем 18, передается подогреваемому газу, протекающему в теплообменнике 8. Таким образом, происходит устойчивая и активная циркуляция теплоносителя внутри корпуса подогревателя.
Теплообменник 8, состоящий из штуцера ввода подогреваемого газа 12 с укрепленной в нем трубной решеткой 10, в которой укреплены концы теплооб-менных трубок 9, изогнутые в форме буквы U. Другие концы теплообменных трубок укреплены в другой трубной решетке 10, укрепленной в штуцере вывода подогреваемого газа 13 из теплообменника 8.
Экспериментально установлено, что наиболее эффективно расположение патрубков на расстоянии от горелочного устройства, не ближе 1/3 длины жаровой трубы, то есть непосредственно после зоны стабилизации горения. Кроме того, экспериментально доказано, что диаметр патрубков не должен быть меньше 1/6 внутреннего диаметра жаровой трубы. При этом отсутствует опасность пережогов стенок патрубков, с одной стороны, а также достигается режим наиболее эффективного с точки зрения теплопереноса «пузырчатого» кипения промежуточного теплоносителя внутри патрубков - с другой стороны.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в следующем. Введение в устройство для подогрева газа и нефти двух или более, но четного количества автономно работающих теплогенераторов позволяет расширить диапазон устойчивой работы подогревателя, так как возможна работа подогревателя, как при одном включенном теплогенераторе, так и при двух, а при необходимости - при четырех. Это особенно актуально при работе подогревателя с составе, например, газораспределительных станций, где значительны сезонные колебания производительности по подогреваемому газу.
Повышение тепловой эффективности достигается организацией устойчивой и активной циркуляции промежуточного теплоносителя в корпусе подогревателя, охватывающей весь его объем путем установки в жаровых трубах патрубков, а в теплообменнике - обтекателя.
Замена продуктовой камеры, объединяющей в одном объеме, разделенном перегородкой, штуцера входа-выхода продукта из теплообменника двумя раздельными штуцерами позволило минимизировать диаметры
входных и выходных трубопроводов, и таким образом использовать для изготовления теплообменника стандартные элементы общепромышленного назначения, что особенно важно при нагреве продукта, находящегося под высоким давлением.
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить арсенал технических средств, применяемых в нефтяной и газовой промышленности для нагрева термически неустойчивых жидкостей, имеющих технологические и другие ограничения при максимальной температуре нагрева.
Пример. Заявляемое устройство собрано, апробировано на заводе 000 «Газпроммаш» г. Саратова и подтвердило работоспособность и высокие результаты. Подогреватель заявляемой конструкции имеет тепловую мощность 2,7 МВт, предназначен для нагрева природного газа от -20° до +70°С. Тепловой КПД устройства для подогрева газа и нефти не менее 0,86 и не имеет аналогов в отечественной практике по достигаемым техническим показателям.