ИСПАРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЖИЖЕННОГО УГЛЕРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к газоснабжению, в частности, к испарению сжиженного углеводородного газа (СУГ) и может быть использована в составе испарительных и резервуарных установок для газоснабжения зданий, промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей, оснащенных испарителями СУГ.
Известно испарительное устройство СУГ, содержащее трубопровод жидкой фазы СУГ, соединенный с входом испарительного трубопровода, испарительный трубопровод наружным диаметром 22×3,5 мм, трубопровод паровой фазы СУГ с расположенным на нем предохранительно-запорным клапаном, соединенный с выходом испарительного трубопровода [см. Стаскевич Н.Л., Вигдорчик Л.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. - Л.: Недра, 1986, с.395-396].
Недостатком известного испарительного устройства СУГ является недопустимо высокие величины колебаний давления в испарительном трубопроводе и трубопроводе паровой фазы СУГ, ведущим к потребителю, в связи с тем, что испарительный трубопровод выполнен из бесшовной трубы наименьшего наружного диаметра 22 мм, серийно выпускаемого промышленностью.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является испарительное устройство СУГ, содержащее трубопровод жидкой фазы СУГ, испарительный трубопровод из трубы постоянного диаметра, при этом трубопровод жидкой фазы СУГ соединен с входом испарительного трубопровода, трубопровод паровой фазы СУГ с расположенным на нем предохранительно-запорным клапаном, соединенный с выходом испарительного трубопровода [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, 2004, с.118-119]. Применение известного испарительного устройства СУГ позволяет снизить величину колебаний давления ниже максимально допустимой в испарительном трубопроводе и трубопроводе паровой фазы СУГ, за счет возможности применения испарительного трубопровода, имеющего постоянный диаметр с величиной превышающей значение наименьшего наружного диаметра 22 мм (внутреннего диаметра 15 мм), серийно выпускаемого промышленностью.
Однако недостатком известного испарительного устройства СУГ является снижение коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности испарительного трубопровода к парожидкостной смеси и, как следствие, увеличение поверхности испарения и металлоемкости испарительного устройства СУГ, вследствие уменьшения скорости и критерия Фруда испаряющейся парожидкостной смеси СУГ за счет увеличения диаметра испарительного трубопровода сверх наименьшего значения его наружного диаметра 22 мм (внутреннего диаметра 15 мм), серийно выпускаемого промышленностью.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и эффективности испарительного устройства СУГ при минимальных капитальных вложениях.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является уменьшение величины колебаний давления, осредненных по длине испарительного трубопровода и трубопровода паровой фазы, до осредненной величины максимально допустимых колебаний давления, не приводящей к срабатыванию предохранительно-запорного клапана и при которой достигается оптимальное (наилучшее) значение коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности испарительного трубопровода α и, как следствие, достигаются оптимальные величины поверхности испарения и металлоемкости испарительного устройства СУГ.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном испарительном устройстве СУГ, содержащем трубопровод жидкой фазы СУГ, испарительный трубопровод, при этом трубопровод жидкой фазы СУГ соединен с входом испарительного трубопровода, трубопровод паровой фазы СУГ, с расположенным на нем предохранительно-запорным клапаном, соединенный с выходом испарительного трубопровода, согласно полезной модели, испарительный трубопровод состоит из двух участков разного диаметра с переходом участка меньшего диаметра в участок большего диаметра в месте, удаленном от начала участка меньшего диаметра на длину, при которой осредненная величина колебаний давления в испарительном трубопроводе и трубопроводе паровой фазы, становится равной величине максимально допустимых колебаний давления, не приводящей к срабатыванию предохранительно-запорного клапана.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг 1 изображена схема испарительного устройства СУГ; на фиг.2 показан график, представляющий собой зависимость осредненной величины колебаний давления в испарительном
трубопроводе и трубопроводе паровой фазы, ±ΔР, даПа, от длины испарительного трубопровода от начала участка меньшего внутреннего диаметра до места перехода в участок большего внутреннего диаметра, L, мм.
м
б
м
б
м
б
м
м
Позиции и буквенные обозначения на иллюстрациях обозначают следующее: 1 - трубопровод жидкой фазы; 2 - испарительный трубопровод; 3 - вход испарительного трубопровода 2; 4 - трубопровод паровой фазы; 5 - предохранительно-запорный клапан; 6 - выход испарительного трубопровода 2; 7 - участок меньшего диаметра (D) трубопровода 2; 8 - участок большего диаметра (D) трубопровода 2; 9 - место перехода участка 7 в участок 8 на трубопроводе 2. Величина L есть длина испарительного трубопровода от начала участка меньшего внутреннего диаметра до места перехода в участок большего внутреннего диаметра. Стрелки на фиг.1 показывают направление потока жидкой фазы СУГ, парожидкостной смеси и паровой фазы СУГ. Внутренние диаметры испарительного трубопровода на графике, представленном на фиг.2, обозначают следующее: I участок - В=15 мм с переходом в месте "с" в D=21 мм; II участок - D=21 мм с переходом в месте "е" в D=26 мм; III участок - D=26 мм с переходом в месте "g" в D=31 мм.
м
б
м.д
opt
Испарительное устройство СУГ содержит: трубопровод 1 жидкой фазы и испарительный трубопровод 2, при этом трубопровод 1 жидкой фазы соединен с входом 3 испарительного трубопровода 2; трубопровод 4 паровой фазы с расположенным на нем предохранительно-запорным клапаном 5 и соединенный с выходом 6 испарительного трубопровода 2. Испарительный трубопровод 2 состоит из двух участков разного диаметра с переходом участка 7 меньшего внутреннего диаметра D в участок 8 большего внутреннего диаметра D в месте 9, удаленном от начала участка меньшего диаметра на длину L, при которой осредненная величина колебаний давления в испарительном трубопроводе 2 и трубопроводе 4 паровой фазы ±ΔР, становится равной величине максимально допустимых колебаний давления ±ΔР, не приводящей к срабатыванию предохранительно-запорного клапана 5, и при котором достигается оптимальное (наилучшее) значение коэффициента теплоотдачи α от внутренней поверхности испарительного трубопровода 2 к парожидкостной смеси и, как следствие, достигаются оптимальные величины поверхности испарения и металлоемкости испарительного устройства СУГ.
Испарительное устройство СУГ работает следующим образом.
м
Жидкая фаза СУГ по трубопроводу 1 жидкой фазы поступает во входной участок 7 испарительного трубопровода 2 с меньшим диаметром D, где частично
испаряется за счет теплоподвода к его наружной поверхности. По мере испарения увеличиваются скорость потока парожидкостной смеси и коэффициент теплоотдачи α от внутренней поверхности испарительного трубопровода 2 к парожидкостной смеси, а также появляются и возрастают по величине колебания давления ±ΔР в испарительном трубопроводе 2 и трубопроводе 4 паровой фазы.
м
б
При переходе потока парожидкостной смеси из участка 7 с меньшим диаметром D в участок 8 с большим диаметром D снижаются его скорость, колебания давления ±ΔР и коэффициент теплоотдачи α от внутренней поверхности участка 8.
м
б
м.д
opt
В месте перехода 9 участка 7 меньшего диаметра D в участок 8 большего диаметра D, удаленном от начала участка меньшего диаметра на длину L, осредненная величина колебаний давления в испарительном трубопроводе 2 и трубопроводе 4 паровой фазы ±ΔР, становится равной величине максимально допустимых колебаний давления ±ΔР, не приводящей к срабатыванию предохранительно-запорного клапана 5, а коэффициент теплоотдачи а от внутренней поверхности испарительного трубопровода 2 достигает своего оптимального значения α.
м.д
зап
ср
м.д
зап
При превышении максимально допустимых колебаний давления ±ΔР, осреднснных по длине испарительного трубопровода 2 и трубопровода 4 паровой фазы, на величину запаса ±ΔР происходит срабатывание предохранительно-запорного клапана 5, с давлением срабатывания ±ΔР=±ΔР±ΔР, перекрытие им подачи паровой фазы СУ Г потребителю и возникновение аварийной ситуации.
Длина от начала участка меньшего внутреннего диаметра до места перехода в участок большего внутреннего диаметра определяется в соответствии с графиком, представленным на фиг.2.
м
б
График представляет собой зависимость осредненной величины колебаний давления в испарительном трубопроводе и трубопроводе паровой фазы, ±ΔР, от длины испарительного трубопровода (ИТ) от начала участка меньшего внутреннего диаметра до места перехода в участок большего внутреннего диаметра, L. Этот график может быть использован при практическом определении длины L испарительного трубопровода от начала участка меньшего диаметра D до места перехода в участок большего диаметра D.
М
Б
M
Б
M
Б
На графике (фиг.2) внутренние диаметры ИТ обозначены следующим образом: I участок - D=15 мм с переходом в месте "с" в участок с D=21 мм; II участок - D=21 мм с переходом в месте "е" в участок с D=26 мм; III участок - D=26 мм с переходом в месте "g" в участок с D=31 мм.
ср
м.д
М
Б
М
Б
M
Б
м.д
График (фиг.2) был получен экспериментально, путем выявления зависимости ±ΔP=±ΔР от L для трех опытно-промышленных образцов испарительных трубопроводов, для которых величины меньшего и большего внутренних диаметров составляют соответственно: 1) D=15 мм, D=21 мм; 2) D=21 мм, D=26 мм; 3) D=26 мм, D=31 мм. Длина L определялась путем подбора длины участка меньшего диаметра при которой величина ±ΔР=±ΔР=±560 даПа. Осредненная величина колебаний давлений в испарительном трубопроводе и трубопроводе паровой фазы определялась по показаниям трех манометров, два из которых расположены на испарительном трубопроводе меньшего и большего внутренних диаметров, а один - на трубопроводе паровой фазы.
м.д
Из графика (фиг.2) видно, что при осредненной величине колебаний давления в испарительном трубопроводе 2 и трубопроводе 4 паровой фазы, равной величине максимально допустимых колебаний давления ±ΔР=±ΔР=±500 даПа, длина L от начала участка меньшего внутреннего диаметра до места перехода в участок большего внутреннего диаметра составляет:
Dм=15 мм
м
б
1) L=1,42 м, для участка испарительного трубопровода D=15 мм с переходом в месте "с" в участок с D=21 мм;
Dм=21 мм
м
б
2) L=2,37 м, для участка испарительного трубопровода D=21 мм с переходом в месте "е" в участок с D=26 мм;
Dм=26 мм
м
б
3) L=3,6 м, для участка испарительного трубопровода D=26 мм с переходом в месте "g" в участок с D=31 мм.
м
б
м
б
м
б
Величины меньшего и большего внутренних диаметров участков испарительного трубопровода, составляющие соответственно: 1) D=15 мм, D=21 мм; 2) D=21 мм, D=26 мм; 3) D=26 мм, D=31 мм, охватывают весь диапазон внутренних диаметров испарительного трубопровода, применяемых при испарении сжиженных углеводородных газов в испарительных и резервуарных установках для газоснабжения зданий, промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей, оснащенных испарителями СУГ.
м
б
м.д
Переход участка 7 меньшего диаметра D в участок 8 большего диаметра D при длине, большей, чем определенная по графику (фиг.2), приводит к увеличению колебаний давления ±ΔР, осредненных по длине испарительного трубопровода 2 и трубопровода 4 паровой фазы, свыше осредненной величины максимально допустимых колебаний давления ±ΔР, осредненных по длине испарительного трубопровода 2 и трубопровода паровой фазы 4, на величину запаса
зап
ср
м.д
зап
±ΔP. При этом происходит срабатывание предохранительно-запорного клапана 5 с давлением срабатывания ±ΔР=±ΔР±ΔР. В результате газоснабжение потребителя прекращается, возникает аварийная ситуация.
м
б
opt
Переход участка 7 меньшего диаметра D в участок 8 большего диаметра D при длине, меньшей, чем определенная по графику (фиг.2), приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи а от внутренней поверхности испарительного трубопровода 2 к парожидкостной смеси ниже своего оптимального значения α; и как следствие к увеличению поверхности и металлоемкости испарительного устройства СУГ свыше своих оптимальных значений.
Использование предлагаемых испарительных устройств СУГ в составе испарительных и резервуарных установок газоснабжения зданий позволит значительно повысить их надежность и безопасность при минимальных капитальных вложениях.