ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА
GAS HEATER

Изобретение относится к устройствам для нагрева различных газообразных продуктов, а именно к подогревателям с промежуточным теплоносителем, и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической и газовой отраслях промышленности.
Известен подогреватель жидких и газообразных сред (патент на полезную модель РФ №186676, опубл. 29.01.2019 г.), содержащий корпус, внутри которого размещены прикрепленное к корпусу с помощью фланцев топочное устройство U-образной формы, в котором установлены поперечные переточные трубы, и расположенный над ним, по меньшей мере, один продуктовый трубчатый змеевик, выполненный в виде ряда секций, а также содержит горелочное устройство и дымовую трубу, размещенные на концах топочного устройства, при этом поперечные переточные трубы топочного устройства и трубы змеевика имеют оребрение.
Известен подогреватель жидких и газообразных сред (патент на изобретение РФ №2696159, опубл. 31.07.2019 г.), содержащий корпус, внутри которого размещены прикрепленное к нему цилиндрическое топочное устройство, во внутреннем пространстве которого установлен по меньшей мере один внутренний продуктовый трубчатый змеевик и расположенный с внешней стороны топочного устройства по меньшей мере один наружный продуктовый трубчатый змеевик, а также горелочное устройство и дымовую трубу, размещенные на концах топочного устройства, отличающийся тем, что продуктовые трубчатые змеевики выполнены в форме цилиндрической спирали, топочное устройство в форме цилиндрической обечайки, и оси корпуса, топочного устройства, внутреннего и наружного продуктовых змеевиков расположены параллельно.
Известен подогреватель жидких и газообразных сред (патент на полезную модель РФ №127431, опубл. 27.04.2013 г.) , включающий горизонтально ориентированный корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, в верхней части которого вдоль его протяженности размещены теплообменники, теплогенераторный блок, содержащий соединенные в технологической последовательности горелочное устройство, жаровую трубу, разворотный короб и дымогарные трубы, соединенные с дымовой трубой, расположенной с наружной стороны корпуса, отличающийся тем, что он содержит, по крайней мере, два обтекателя потока теплоносителя, выполненных в виде удлиненных пластин, расположенных по обе стороны теплогенераторного блока вдоль пучка дымогарных труб по всей их длине, при этом теплообменники расположены по обе стороны от теплогенераторного блока с заполнением объема подогревателя между корпусом и теплогенераторным блоком до монтажных зазоров на уровне поперечного сечения подогревателя в зоне максимальной ширины теплообменника.
Известен подогреватель жидких или газообразных сред (патент на изобретение РФ №2640307, опубл. 27.12.2017 г.), содержащий дымовую трубу и корпус, в котором расположены теплообменник, выполненный в виде U-образных трубок с входом и выходом нагреваемого продукта, и теплогенератор, снабженный выходным фланцем и включающий горелочное устройство, жаровую трубу и пучок дымогарных труб, отличающийся тем, что подогреватель содержит общий линзовый компенсатор дымогарных труб и второй съемный теплообменник, расположенный в корпусе симметрично с первым теплообменником относительно теплогенератора, при этом каждый из теплообменников закреплен к корпусу через общий фланец, снабженный полнопроходными входным и выходным патрубками, пучок дымогарных труб теплогенератора соединен с выходным фланцем через общий линзовый компенсатор дымогарных труб.
Задачей заявляемого изобретения является создание подогревателя газообразных сред оптимальной конструкции, обеспечивающей повышение интенсификации теплообмена подогревателя, а также надежности, безопасности и ремонтопригодности.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности и безопасности работы подогревателя за счет включения в конструкцию температурного компенсатора, а также в упрощении проведения работ по монтажу и демонтажу теплообменника за счет оснащения входа и выхода подогреваемых газов отводами, расположенными под 90°.
Конструкция подогревателя поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого устройства, на фиг. 2 вид устройства сверху, на фиг. 3 поперечный разрез устройства, фиг. 4 общий вид теплообменника, фиг. 5 - вид устройства сверху при выполнении устройства с двумя теплогенераторами, фиг. 6 - поперечный разрез устройства при выполнении устройства с двумя теплогенераторами.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - теплогенератор;
3 - теплообменник;
4 - горелочное устройство;
5 - рама-основание;
6 - дымовая труба;
7 - промежуточный теплоноситель;
8 - расширительный бак;
9 - патрубок соединения корпуса с атмосферой;
10 - газорегуляторный пункт;
11 - горелочный шкаф;
12 - поворотная камера теплогенератора;
13 - поворотная камера дымовой трубы;
14 - газоход;
15 - температурный компенсатор;
16 - фланец крепления теплогенератора к корпусу;
17 - взрывные клапаны;
18 - теплоизоляция корпуса и дымовой трубы;
19 - патрубок для дренажа промежуточного теплоносителя;
20 - жаровая труба;
21 - пучок дымогарных труб;
22 - патрубок для входа топливного газа;
23 - трубный пучок теплообменника;
24 - фланцы подключения трубного пучка теплообменника;
25 - патрубок входа подогреваемого газа;
26 - патрубок выхода подогреваемого газа;
27 - фланец крепления теплообменника к корпусу;
28 - строповочные устройства подогревателя;
29 - патрубок налива промежуточного теплоносителя;
30 - рама трубного пучка теплообменника;
31 - поперечные перегородки трубного пучка теплообменника;
32 - продукты сгорания топлива;
33 - система автоматического управления подогревателем.
Подогреватель содержит корпус 1, внутри которого размещены: по крайне мере, один теплогенератор 2, прикрепленный к корпусу 1 с помощью фланца 16, и теплообменник 3, прикрепленный к корпусу 1 с помощью фланца 27. Также подогреватель содержит, по крайней мере, одно горелочное устройство 4, и , по крайней мере, одну дымовую трубу 6.
Корпус 1 представляет собой цилиндрическую обечайку, ориентированную горизонтально. Корпус выполнен из листового металла. В торцевых стенках корпуса выполнены отверстия для крепления теплогенератора 2 и теплообменника 3. В верхней части корпуса расположен расширительный бак 8, на котором установлен патрубок для налива промежуточного теплоносителя 29 и патрубок соединения корпуса с атмосферой. В нижней части корпуса 1 расположен патрубок для дренажа промежуточного теплоносителя 19. В нижней части корпуса расположена рама-основание 5, которая передает нагрузку от веса подогревателя на опорную площадку. На раме-основании 5 закреплен газорегуляторный пункт 10.
Теплогенератор 2 состоит из жаровой трубы 20, пучка дымогарных труб 21 и поворотной камеры теплогенератора 12. Жаровая труба представляет собой цилиндрическую обечайку. На одном из концов обечайки, со стороны горелочного устройства 4, расположен температурный компенсатор 15, предназначенный для компенсации осевого усилия, возникающего при различном температурном расширении жаровой трубы 20 и пучка дымогарных труб 21. Жаровая труба 20 может быть выполнена из листового металла, либо из трубного проката. Второй конец жаровой трубы 20 соединяется поворотной камерой теплогенератора 12 с пучком дымогарных труб 21.  Поворотная камера теплогенератора 12 имеет прямоугольную форму и выполнена из листового металла. Пучок дымогарных труб 21 расположен параллельно жаровой трубе 20 и располагается выше ее горизонтальной оси. Пучок дымогарных труб 21 выполнен из трубного проката.
Теплообменник 5 состоит из трубного пучка теплообменника 23 выполненного из металлического трубного проката, согнутого в виде U-образной конструкции, соединенного фланцами подключения трубного пучка теплообменника 24 с патрубками входа подогреваемого газа 25 и выхода подогреваемого газа 26.  Теплообменник 5 расположен в корпусе 1 выше теплогенератора 2 и направлен параллельно ему. Патрубок входа подогреваемого газа 25 представляет собой цилиндрическую обечайку, выполненную из металлического трубного проката, оснащенную отводом под 90°, через который осуществляется подача нагреваемого продукта во внутреннее пространство трубного пучка теплообменника 23. Патрубок выхода подогреваемого газа 26 представляет собой цилиндрическую обечайку, выполненную из металлического трубного проката, оснащенную отводом под 90°, через который осуществляется подача нагреваемого продукта из внутреннего пространства трубного пучка теплообменника 23 потребителю. Для соединения патрубка входа подогреваемого газа 25 и патрубка выхода подогреваемого газа 26 с технологическими трубопроводами и трубным пучком теплообменника 23 на обоих концах имеются фланцевые соединения. Крепление труб в трубном пучке теплообменника 23 осуществляется с помощью рамы трубного пучка теплообменника 30 и поперечных перегородок трубного пучка теплообменника 31.
Патрубок соединения корпуса с атмосферой 9, патрубок для налива промежуточного теплоносителя 29 и патрубок для дренажа промежуточного теплоносителя 19 представляют собой цилиндрическую обечайку, выполненную из металлического трубного проката.
В качестве промежуточного теплоносителя 7 применяют, например, воду или незамерзающие жидкости.
Горелочное устройство 4 расположено в горелочном шкафу 11 и закреплено на одном из концов жаровой трубы 20 теплогенератора 2. Горелочное устройство 4 подготавливает топливо-воздушную смесь для процесса горения, в ходе которого химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию горячих продуктов сгорания топлива 32.
Температурный компенсатор 15 расположен, между концом жаровой трубы 20 с одной стороны и фланцем теплогенератора 16 с другой стороны, и представляет собой упругую однослойную или многослойную гофрированную оболочку, изготовленную из листового металла.
Дымовая труба 6 расположена над горелочным шкафом 11 и соединяется с выходом  пучка дымогарных труб 21 через поворотную камеру дымовой трубы 13 и газоход 14. Дымовая труба 6 представляет собой цилиндрическую конструкцию, выполненную из листового металла или трубного проката. Газоход 14 оснащен взрывными клапанами 17.
Расширительный бак 8 прикреплен к верхней части корпуса 1 и представляет собой металлическую полуобечайку, закрытую с обоих концов заглушками. Нижней частью он сообщается с внутренней полостью корпуса 1 посредством выполненных в корпусе отверстий.
Корпус 1 и дымовая труба 6 оснащены тепловой изоляцией 18, покрытой листовым металлом для защиты от атмосферных осадков.
Для подвода топливного газа подогреватель оснащен патрубком для входа топливного газа 22.
Для подъема подогревателя при погрузочно-разгрузочных работах корпус 1 оснащен строповочными устройствами подогревателя 28.
В горелочном шкафу 11 размещена система автоматического управления подогревателем 33.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Через патрубок налива промежуточного теплоносителя 29 осуществляют подачу промежуточного теплоносителя 7 в корпус 1 устройства. Топливный газ через патрубок для входа топливного газа 22 подается в газорегуляторный пункт 10, где происходит его очистка, редуцирование до необходимого давления и замер расхода. Из газорегуляторного пункта 10 топливный газ подается в горелочное устройство 4, являющееся генератором тепловой энергии для осуществления процесса нагрева промежуточного теплоносителя 7. В горелочное устройство 4 вводят топливный газ, воздух необходимый для поддержания горения подается в горелку за счет инжекции потоком топливного газа или принудительно с помощью вентилятора. Образовавшиеся в результате горения продукты сгорания топлива 32 выходят из горелочного устройства 4 и поступают в жаровую трубу 20 теплогенератора 2, где их температура частично снижается за счет передачи тепла к промежуточному теплоносителю 7 через внутреннюю поверхность жаровой трубы 20. Продукты сгорания топлива 32 проходят по всей длине жаровой трубы 20, разворачиваются на 180° в поворотной камере теплогенератора 12 и поступают в пучок дымогарных труб 21. Пройдя через пучок дымогарных труб 21 продукты сгорания топлива 32 отдают остаточное тепло промежуточному теплоносителю 7. С выхода пучка дымогарных труб 21 через поворотную камеру дымовой трубы 13 и газоход 14 продукты сгорания 32 удаляются в атмосферу через дымовую трубу 6. В процессе теплопередачи жаровая труба 20 и пучок дымогарных труб 21 нагреваются до разных температур, а температурный компенсатор 15 сжимаясь или удлиняясь относительно оси жаровой трубы 20, компенсирует данные деформации.
Промежуточный теплоноситель 7 нагревается, омывая наружную поверхность жаровой трубы 20 и пучка дымогарных труб 21. В процессе нагрева промежуточный теплоноситель 7 расширяется. Избыточный объем отводится через отверстия корпуса 1 в расширительный бак 8. Нагретый промежуточный теплоноситель 8 передает тепловую энергию через наружную поверхность трубного пучка теплообменника 23, находящемуся внутри него подогреваемому газу, температура которого повышается. Подогреваемый газ входит в трубный пучок теплообменника 23 через патрубок входа подогреваемого газа 25 и выводится из него через патрубок выхода подогреваемого газа 26. Для уменьшения потерь тепла промежуточного теплоносителя 7 и продуктов сгорания топлива 32 в окружающую среду корпус 1 и дымовая труба 6 покрыты тепловой изоляцией, защищенной от атмосферных осадков листовым металлом.
Автоматическое управление работой подогревателя и процессом нагрева подогреваемого газа осуществляет система автоматического управления подогревателем 33, размещенная в горелочном шкафу 11.
Процесс изготовления заявляемого устройства осуществляют следующим образом. Корпус 1, теплогенератор 2, дымовую трубу 6 изготавливают из листового металла методом вальцовки, либо резки трубного проката требуемого диаметра до необходимой длины. Фланцы теплогенератора 16, торцевые стенки корпуса 1 выполняют из листового металла методом газовой, лазерной или гидроабразивной резки. Трубный пучок теплообменника 23 изготавливают из металлического трубного проката с помощью полуавтоматического или автоматического гибочного станка (профилегиба), позволяющего придать трубам U-образную форму. Патрубки входа подогреваемого газа 25, выхода подогреваемого газа 26, налива промежуточного теплоносителя 29, дренажа промежуточного теплоносителя 19, соединения корпуса с атмосферой 9, взрывные клапаны 17 изготавливают из металлического трубного проката необходимого диаметра методом резки. Основные элементы температурного компенсатора 15 и расширительного бака 8 выполняют из листового проката методом резки, а также штамповки.
Сборку заявляемого устройства производят в следующей последовательности. На горизонтальную поверхность устанавливают раму-основание 5 на которую закрепляют корпус 1. Внутрь корпуса вводят и закрепляют теплогенератор 2. Затем через отверстие в торцевой стенке корпуса 1 вводят и закрепляют теплообменник 3. К теплогенератору 2 монтируют горелочное устройство 4. На газоход 14 закрепляют дымовую трубу 6. На заключительном этапе сборки на раму-основание 5 устанавливают газорегуляторный пункт 10, а в горелочный шкаф 11 систему автоматического управления подогревателем. Внутренний объем корпуса 1 заполняют промежуточным теплоносителем 7 непосредственно на месте эксплуатации.
Выполнение в устройстве описанного температурного компенсатора, предназначенного для компенсации осевого усилия, возникающего при различном температурном расширении жаровой трубы и пучка дымогарных труб, не допускает разрушения сварных соединений теплогенератора.
Выполнение теплообменника в виде пучка U-образных труб с патрубками входа и выхода подогреваемого газа, оснащенными отводами под 90° позволяет производить демонтаж и монтаж трубного пучка теплообменника из корпуса подогревателя, не нарушая целостность конструкции подводящих газопроводов.