ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к теплообменникам, работающих на электрических нагревателях и предназначенных для низкотемпературного нагрева газа до или после снижения его давления с целью предупреждения обмерзания трубопроводов, по которым транспортируется газ.
Как известно, снижение давления (редуцирование) большинства промышленных газов сопровождает значительное снижение температуры. Это явление называют дроссельным эффектом или эффектом Джоуля-Томпсона. Для нормального функционирования пневматического и газового оборудования, различных приборов и узлов влияние низких температур нежелательно. Кроме того, при снижении температуры неосушенного газа или смеси газов происходит выпадение конденсата, что может вызывать коррозию, снижающую надежность и срок службы оборудования, а также другие нежелательные явления (например, образование ледяных и гидратных пробок).
4
Известен нагреватель (патент РФ №1377511, МПК F22G 3/00, публ. 1988 г.), включающий корпус, трубчатый нагреватель, патрубки для подвода и отвода среды, вставку, размещенную соосно между трубчатыми электрическими нагревателями. В этом устройстве происходит конвективный теплообмен между трубчатыми электрическими нагревателями и средой.
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность нагрева среды и относительно короткий срок службы электрических нагревателей.
5
Известен нагреватель (патент РФ №1733865, МПК F24H 1/20, публ. 1992 г.), снабженный патрубками подвода и отвода корпус с крышкой, выполненные в крышке и в корпусе кольцевые выступы, размещенные концентрично один в другом с образованием лабиринтного канала, и электронагреватель, закрепленный на выступе корпуса по ходу теплоносителя. Однако в известном устройстве в нижней части электронагревателя образуется застойная зона для теплоносителя, поэтому интенсивный отвод тепла от электронагревателя отсутствует, что приведет к его преждевременному выходу из строя.
Известен нагреватель (патент РФ №2269071, МПК F24H 3/04, публ. 2006 г.), снабженный патрубками подвода и отвода среды корпус с крышкой, вставку, соосно установленную внутри корпуса, образующую со стенками корпуса зазор, и U-образные электронагревательные элементы, при этом вставка выполнена в виде верхней и нижней торцовых пластин и навитой по спирали обечайки, расположенной между торцевыми пластинами и соединенной с ними с образованием лабиринтного канала, вход которого соединен с зазором между стенкой корпуса и вставкой, а выход соединен с расположенным по центру нижней торцевой пластины вставки патрубком для прохода среды, состыкованным с патрубком отвода среды корпуса. Расположенные в лабиринтном канале электронагревательные элементы закреплены в крышке корпуса. Недостатком указанного подогревателя является то, что форма канала лабиринта, в котором протекает газ, не обеспечивает равномерного по длине обтекания ТЭНов. Кроме того, конструкция лабиринта предполагает
различные условия работы нагревательных элементов, установленных в начале и в конце лабиринта, так как температура газа к концу лабиринта значительно повышается, при этом охлаждение нагревательных элементов в зазоре между крышкой и вставкой (в месте крепления) осуществляется для всех нагревательных элементов одинаково. Указанные недостатки влияют на неравномерность нагрева газа и на неравномерность нагрузки нагревательных элементов, что приводит к снижению ресурса. Также недостатком известного подогревателя, снижающим ресурс, является то, что с нагреваемой средой контактируют непосредственно ТЭНы.
7
Известен нагреватель электрический (патент РФ №2177533, МПКЕ21В 36/04, публ. 2001 г.) для удаления гидратопарафиновых образований (ГПО) в насосно-компрессорной трубе (НКТ) нефтяной или газовой скважины, содержащий теплоэлектрический нагреватель (ТЭН), корпус в виде трубы, носовую часть, приборную головку для подсоединения к кабелю и залитый в корпус высокотеплопроводный металл, при этом носовая часть выполнена в виде конуса со смещенным центром с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, с прорезями на фланце со стороны, противоположной смещению центра носовой части, с выступающей частью фланца со стороны смещенного центра и с продольными, поперечными и/или фигурными канавками на внутренней поверхности, а на наружной и внутренней поверхностях трубчатого корпуса нарезаны со взаимным смещением винтовые канавки, при этом фокус профиля наружной канавки расположен на расстоянии от наружной поверхности корпуса, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляют ГПО, и корпуса, а угол конуса носовой части выбран из условия расположения перпендикуляра к середине наружной образующей смещенной носовой части.
Недостатком известного подогревателя является то, что конструкция его теплообменной поверхности, выполненной в виде конуса, предназначена для уменьшения контактной поверхности и увеличения удельной теплопередачи в носовой части, в результате чего нагрев теплоэлектрическим нагревателем (ТЭНом) теплообменной поверхности происходит неравномерно, и нагрев газа вследствие этого также происходит неравномерно, что снижает эффективность подогрева газа.
Наиболее распространенными в промышленности являются трубчатые термоэлектрические элементы (ТЭНы): двухконцевые (в основном U-образные), и одноконцевые (стержневые). В промышленности ТЭНы в основном применяются в условиях атмосферного, либо незначительного давления (калориферы, канальные воздухоподогреватели в вентиляции). В случае необходимости применения ТЭНов в условиях высоких давлений возникает необходимость изготовления нестандартных ТЭНов (или блоков ТЭНов) имеющих конструктивные элементы для крепления и уплотнения. Так как основные габариты и параметры широко применяемых ТЭНов типизированы и стандартизированы, то нецелесообразно для каждого конкретного применения разрабатывать новые ТЭНы.
2
Задачей предлагаемого технического решения является создание эффективного в работе и удобного в обслуживании нагревателя газа, имеющего минимальные габаритные размеры и массу, с использованием широко распространенных в промышленности термоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), обеспечивающего нагрев газа высокого (выше 25 кгс/см) давления, а также газа, содержащего компоненты, обладающие повышенной коррозионной активностью по отношению к материалу ТЭНа.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Подогреватель газа содержит цилиндрический корпус, снабженный патрубками подвода и отвода газа, соосно установленные внутри корпуса центральную трубу и термоэлектрический нагревательный элемент патронного типа (ТЭНП). Нагревательный элемент содержит защитный кожух, установленный с возможностью обеспечения между ним и нагревательным элементом гарантированного теплообмена.
Защитный кожух обеспечивает работу и герметичность подогревателя при высоком давлении нагреваемого газа.
Нагревательный элемент может быть помещен внутрь защитного кожуха с натягом, или расположен внутри защитного кожуха с зазором, в который помещен высокотеплопроводный материал.
Высокотеплопроводный материал выполнен на основе жидкого металла или теплопроводной пасты.
Для увеличения эффективности нагрева газа на наружной поверхности защитного кожуха образованы теплопроводящие ребра, которые могут быть изготовлены заодно с защитным кожухом либо в виде алюминиевого профиля, либо в виде стальной оребренной трубы с ребрами, выполненными накаткой из алюминия.
Теплопроводящие ребра защитного кожуха могут быть изготовлены из приваренной стальной ленты.
В зазорах, образованных между центральной трубой и корпусом, а также между центральной трубой и защитным кожухом нагревательного элемента, навита проволока.
Наружная поверхность корпуса содержит теплоизоляционный кожух.
На выходе подогревателя газа может быть установлен датчик температуры.
Подогреватель газа может быть подключен к внешнему прибору управления, электрически связанному с нагревательным элементом и датчиком температуры.
На чертеже представлена конструкция подогревателя.
Подогреватель содержит корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 нагреваемого газа и термоэлектрический нагревательный элемент патронного типа (ТЭНП) 4. Нагревательный элемент 4 размещен в защитном кожухе 5, обеспечивающим защиту нагревательного элемента от воздействия неблагоприятных воздействий нагреваемой среды (высокое давление, коррозионное воздействие и т.д). Защитный кожух 5 герметично соединен с корпусом 1.
Нагревательный элемент 4 размещается в защитном кожухе 5 таким образом, чтобы обеспечивался гарантированный теплообмен между нагревательным элементом 4 и защитным кожухом 5. Это достигается путем помещения в зазор между нагревательным элементом 4 и защитным кожухом 5 высокотеплопроводного материала 6 на основе жидкого металла, либо теплопроводной пасты. Другим вариантом исполнения может быть помещение нагревательного элемента внутрь защитного кожуха с натягом (не показано).
Для обеспечения хорошего теплообмена между нагреваемой средой и защитным кожухом, и одновременного снижения потерь тепла в окружающую среду внутри корпуса между корпусом и защитным кожухом соосно с ними установлена центральная труба 7, образующая две сообщающиеся полости: одну в зазоре между корпусом 1 и центральной трубой 7, вторую - между центральной трубой 7 и защитным кожухом 5.
Для увеличения теплосъема за счет дополнительной турбулизции потока газа в зазоре между корпусом 1 и центральной трубой 7 и в зазоре
между центральной трубой 7 и защитным кожухом 5 с определенным шагом навита проволока 8.
Для обеспечения безопасной температуры на наружной поверхности подогревателя может быть предусмотрен теплозащитный кожух, содержащий теплоизоляционный материал 9, размещенный между корпусом 1 и декоративным наружным кожухом 10. Подвод электропитания к нагревательному элементу осуществляется через головку 11.
Для увеличения эффективности нагрева газа защитный кожух 3 может иметь на наружной поверхности вместо проволоки 8 теплопроводящие ребра, увеличивающие поверхность теплообмена кожуха 3 с нагреваемым газом. При этом теплопроводящие ребра могут быть изготовлены заодно с защитным кожухом 3 (в виде алюминиевого экструдированного профиля или накаткой из трубной алюминиевой заготовки, установленной на стальную трубу), либо могут быть изготовлены приваркой ленты к трубе.
Нагреватель работает следующим образом.
Нагреваемый газ поступает в подогреватель через патрубок 2, откуда поступает в зазор между корпусом 1 и центральной трубой 7, и по каналу, образованному проволокой 8, проходит вдоль корпуса и частично подогревается за счет излучаемого с поверхности центральной трубы 7 тепла, снижая тем самым потери тепла в окружающую среду. Далее относительно холодный газ поступает в зазор между защитным кожухом 5 и центральной трубой 7 со стороны крепления и холодного участка нагревательного элемента 4, тем самым обеспечивая охлаждение холодного участка нагревательного элемента и увеличение срока службы нагревателя. Далее газ проходит по каналу, образованному в зазоре между
центральной трубой 7 и защитным кожухом 5, проволокой 8, либо теплопроводящими ребрами.
Для обеспечения безопасной температуры на поверхности нагревателя может быть установлен теплозащитный кожух.
Регулирование температуры нагреваемого газа может осуществляться внешним прибором управления, электрически связанным с датчиком температуры, размещаемом в трубопроводе за подогревателем.
Конструкция подогревателя обеспечивает замену нагревательного элемента в случае его выхода из строя.
Предложенное техническое решение расширяет арсенал технических средств, используемых для подогрева газа и решает задачу создания эффективного в работе и удобного в обслуживании (ремонтопригодного) нагревателя, обеспечивающего нагрев газа высокого давления, либо газа, содержащего компоненты, обладающие повышенной коррозионной активностью по отношению к материалу ТЭНа газа.
Предложенный подогреватель имеет минимальные габаритные размеры и массу, и в нем могут быть использованы широко распространенные в промышленности термоэлектрические нагревательные элементы (ТЭНы).