Путевой подогреватель потока углеводорода
HYDROCARBON FLOW HEATER

Изобретение относится к способам и устройствам для нагрева текучих сред, преимущественно пожароопасных, использующих тепло сгорания топлива и уходящих газов от продуктов сгорания, например, в печах или в огневых подогревателях, и может быть использовано для подогрева природных или нефтяных газов, углеводородных конденсатов или других горючих и пожароопасных технологических потоков и теплоносителей.
Известен (RU, патент 2295095, опубл. 10.03.2007) Способ нагрева текучих сред, преимущественно горючих и пожароопасных, включающий использование тепловой энергии горения топлива и дымовых газов для нагрева циркулируемого промежуточного теплоносителя, использование тепла дымовых газов при их противоточном течении с нагреваемой текучей средой, причем теплом продуктов сгорания топлива испаряют промежуточный теплоноситель, парами теплоносителя разбавляют газы продуктов горения, газовой смесью нагревают текучую среду, после чего газовую смесь охлаждают холодным потоком нагреваемой текучей среды, конденсируют из нее циркулируемый промежуточный теплоноситель и возвращают на испарение.
Используемое для реализации способа устройство содержит корпус, разделенный полуглухой тарелкой на две камеры: первичную камеру утилизации тепла отходящих газов, вторичную камеру использования тепла радиации топочного пространства через теплообменную поверхность; насадку, стакан во вторичной камере, образующий с корпусом рубашку для промежуточного теплоносителя, соединенную по жидкости с полуглухой тарелкой. При этом над полуглухой тарелкой установлен змеевик конденсации промежуточного теплоносителя с входом нагреваемой текучей среды в верхней части и выходом в нижней части змеевика, соединенным с верхним входом змеевика, расположенного под полуглухой тарелкой над насадкой.
Недостатком известного технического решения следует признать сложность используемого устройства.
Известен также (RU, патент 2182679, опубл. 20.05.2002) подогреватель жидких и газообразных сред, содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, и расположенные внутри него трубный пучок нагреваемого продукта, жаровую трубу, подключенную к горелочному устройству, и установленный над ней пучок дымогарных труб, соединенных с дымовой трубой. Кроме того, он дополнительно снабжен продуктовой камерой для ввода и вывода жидких и газообразных сред, которая соединена с трубным пучком нагреваемого продукта, в корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, введен змеевик подогрева топливного газа, а жировая труба в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине жаровой трубы, при этом дымогарные трубы выполнены с пластинчатыми элементами, которые расположены по всей длине труб и прикреплены под углом к их поверхности.
Недостатком известной конструкции следует признать ее конструктивную сложность, и обусловленную ее сложность изготовления и обслуживания.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать подогреватель газа (RU, патент 2064123, опубл. 20.07.1996), содержащий бак-расширитель, снабженный нагревателем газа горизонтальный корпус, заполненный жидким теплоносителем и разделенный профильными листами, установленными с сужением в верхней части на наружный опускной отсек между боковыми стенками корпуса и листами, и внутренний подъемный отсек, в котором размещены жаровая труба, подключенная к горелочному устройству, и установленный под ней дымогарный пучок труб, подключенный к дымовой трубе, в котором нагреватель газа выполнен в виде двух модулей, установленных в опускном отсеке в зоне сужения профильных листов по обе стороны оси подъемного отсека, а жаровая труба вдоль нижней и верхней образующей снабжена соответственно натекателями и стекателями потока теплоносителя.
К недостаткам этого подогревателя газа следует отнести наличие горелочного устройства, увеличивающие пожароопасность, сложность конструкции, обусловленное наличием подвесок и расчалок для удержания профильных листов в необходимом пространственном положении, а следовательно, увеличение соответствующих материальных затрат.
Техническая задача, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента устройств подготовки жидких и газообразных сред, в том числе и пожароопасных, к использованию.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении конструкции при одновременном уменьшении вероятности возгорания подогреваемого вещества.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать путевой подогреватель потока углеводорода разработанной конструкции. Путевой подогреватель потока углеводорода содержит несоприкасающиеся первую и вторую емкости, объемы которых изолированы от внешней среды, причем вторая емкость расположена над первой емкостью, емкости соединены между собой, по меньшей мере, одним патрубком, при этом внутри второй емкости проходит трубопровод (продуктовый пучок труб или теплообменник) для прохождения потока подогреваемого углеводорода, первая емкость, по меньшей мере, частично заполнена жидким теплоносителем, в котором, по меньшей мере, частично расположены жаровые трубы газообразного теплоносителя
Принцип работы разработанного устройства состоит в том, что в процессе нагрева жидкого теплоносителя в первой емкости происходит испарение жидкого промежуточного теплоносителя. Образующиеся пары теплоносителя через патрубки поступают во вторую емкость, где конденсируются на поверхности трубопровода с проходящим подогреваемым углеводородом, отдавая теплоту фазового перехода подогреваемому углеводороду, а конденсат промежуточного теплоносителя возвращается обратно в нижнюю емкость подогревателя по тем же вертикальным патрубкам.
При этом происходит нагрев подогреваемого углеводорода без малейшей возможности его возгорания.
Изменяя состав жидкого теплоносителя, а также условия парообразования и конденсирования его паров возможно регулировать температуру углеводорода.
На фиг. 1 и фиг. 2 схематично приведена конструкция разработанного устройства, при этом использованы следующие обозначения: первая емкость 1, вторая емкость 2, жаровые трубы 3, трубопровод 4 с подогреваемым углеводородом, соединительные патрубки 5, входной патрубок 6 дымовых газов, выходной патрубок 7 дымовых газов, входной патрубок 8 углеводородов, выходной патрубок 9 углеводородов.
Устройство работает следующим образом. В первую емкость 1 поместили в качестве жидкого теплоносителя этиленгликоль (температура кипения 197,3°C) до уровня, полностью покрывающего поверхность жаровых труб 3. Через патрубок 6 в жаровые трубы 3 подают дымовые газы (температура 240-260°C) из устройства для сжигания природного газа. По продуктовому пучку труб (трубопроводу) 4 подается поток подогреваемого углеводорода (природный газ, температура примерно 0°C). Пары этиленгликоля, образующиеся при нагреве этиленгликоля жаровыми трубами 3, проходя через патрубки 5 в емкость 2, конденсируются на поверхности трубопровода 4, передавая ему тепловую энергию, выделившуюся при конденсации паров. Углеводород в трубопроводе 4 разогревается до, примерно, 20°C. Сконденсировавшиеся пары этиленгликоля стекают вниз с внешней поверхности трубопровода 4 под действием сил гравитации и через патрубки 5 поступают в емкость 1, где смешиваются с залитым в емкость жидким теплоносителем – этиленгликолем. Температуруразогрева углеводорода можно регулировать, изменяя давление в емкостях 1 и 2.