ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
GAS DISTRIBUTION STATION

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.
Известна газораспределительная станция (а.с. СССР N1672101, МКл. F17D 1/00, 1991. Бюлл. N31), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления.
Недостатком является высокая степень вероятности обмерзания дрессирующих устройств в технологическом блоке из-за явления эффекта Джоуля-Томпсона при дросселировании газа высоконасыщенного паро- и каплеобразующей влагой, а также последующего образования конденсатных пробок в газопроводе низкого давления, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, что может привести к аварийным ситуациям.
Известна газораспредилительная станция (патент РФ N2316693, МПК F17D 1/04, 2008, Бюлл. N4), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее - с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания эжектора.
Недостатком является невысокий КПД газораспределительной станции, обусловленный тем, что при эксплуатации, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, требуется необходимость подогрева помещения станции за счет источника теплоты, использующего дополнительные ресурсы, например систему отопления с АГВ или централизованную систему отопления.
Технической задачей изобретения является повышение КПД за счет использования потенциальной энергии газа в газопроводе высокого давления, которое погашается в дроссельных устройствах при поступлении газа в газопровод низкого давления путем использования данного перепада давления в качестве источника теплоты в теплообменнике, размещенном в системе отопления помещения газораспределительной станции и обеспечивающего интенсификацию теплообмена между газом и нагреваемым теплоносителем, например водой.
Технический результат по использованию потенциала газа газопровода высокого давления в качестве теплоотдающего энергоносителя в теплообменнике системы отопления достигается тем, что газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее - с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания эжектора, вход теплообменника выполнен в виде суживающегося сопла в винтообразными канавками на внутренней поверхности, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, а выход теплообменника выполнен в виде расширяющегося сопла с винтообразными канавками на внутренней поверхности, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки, при этом теплообменник установлен на трубопроводе системы отопления помещения газораспределительной станции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема газораспределительной станции, на фиг.2 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, на фиг.3 - внутренняя поверхность расширяющегося сопла с винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки
Газораспределительная станция содержит блок управления 1, технологический блок 2 с газопроводами высокого 3 и низкого 4 давления и емкость 5 сбора конденсата, соединенную с газопроводом 3 высокого давления. Газовая полость 6 в емкости 5 сбора конденсата дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом 4 низкого давления. Кроме того, газопровод 3 высокого давления связан с газовой полостью в емкости 5 сбора конденсата через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блока управления 1 и емкости 5 сбора конденсата установлен датчик 10 уровня, кран 11 соединяет газопроводом полость 6 с атмосферой. На газопроводе высокого давления 3 последовательно установлены эжектор 12 и вихревая труба 13, а на трубопроводе системы отопления установлен теплообменник 14, при этом вход 15 эжектора 12 соединен с входом 16 вихревой трубы 13. Выход 17 холодного потока вихревой трубы 13 соединен с конденсатоотводчиком 8, а выход 18 горячего потока вихревой трубы 13 соединен с входом 19 теплоообменника 14, причем выход 20 теплообменника 14 соединен с камерой смешивания 21 эжектора 12. Вход 19 теплообменника 14 выполнен в виде суживающегося сопла с винтообразными канавками 22 на внутренней поверхности 23, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, а выход 20 теплообменника 14 выполнен в виде расширяющегося сопла с винтообразными канавками 24 на внутренней поверхности 25, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки, при этом теплообменник 14 установлен на трубопроводе системы отопления, включающей подводящий трубопровод нагреваемой 26 и трубопровод нагретой воды 27, соединенный с нагревательными элементами системы отопления помещения газораспределительной станции.
Газораспределительная станция работает следующим образом. Газ по газопроводу 3 высокого давления поступает в технологический блок 2, проходит по эжектору 12 и из его выхода 15 поступает во вход 16 вихревой трубы 13. В результате термодинамического расслоения в вихревой трубе 13 газ, поступающий из эжектора 12, разделяется на периферийный горячий поток (температура потока превышает температуру газа, поступающего в вихревую трубу 13) и осевой холодный поток (температура потока ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу 13). Из выхода 18 горячего потока вихревой трубы 13 во вход 19, выполненный в виде суживающегося сопла теплообменника 14, поступает газ с повышенной температурой (не мене 100°С), где перемещается по винтообразным канавкам 22, расположенным на внутренней поверхности 23, дополнительно турбунизуется и рекуперативно отдает свою теплоту нагреваемой воде, поступающей по трубопроводу 26 (например, из водопроводной сети). Далее остывший поток из теплообменника 14 направляется к выходу 20, выполненному в виде расширяющегося сопла, где перемещается по винтообразным канавкам 24, расположенным на внутренней поверхности 25. Выполнение входа 19 в виде суживающегося сопла с расположением винтообразных канавок 22 на внутренней поверхности 23 с образующей, которая имеет направление движения по ходу часовой стрелки, приводит к ускоренному поступлению и закручиванию горячего потока газа по направлению движения часовой стрелки, а выполнение выхода 20 в виде расширяющегося сопла с расположением винтообразных канавок 24 на внутренней стороне поверхности 25 с образующей, которая имеет направление движения против хода часовой стрелки, приведут к замедлению выхода закрученного остывшего потока газа и вращению его против направления движения часовой стрелки. В результате в межтрубном пространстве теплообменника 14 возникают встречно направленные от входа 19 к выходу 20 микрозавихрения потока газа, поступающего из выхода 18 вихревой трубы 13. В этом случае процесс теплообмена интенсифицируется (см. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев, 1969), что позволяет энергию, заключенную в газе газопровода высокого давления 3 при переводе его на параметры газопровода низкого давления 4, использовать как источник тепла в теплообменнике 14 с последующим поступлением к нагревательным элементам (радиаторам) систем отопления здания газораспределительной станции. Охлажденный за счет отдачи тепла нагреваемой воде поток газа из выхода 20 теплообменника 14 направляется в камеру смешивания 21 и смешивается с газом, поступающим в эжектор 12 из газопровода 3 высокого давления, вновь направляется в вихревую трубу 13. Использование эжектора 12 позволяет предотвратить потери газа, термодинамически расслоенного в вихревой трубе 13 на холодный осевой поток и горячий периферийный поток (около 40%). Холодный поток газа (объемом не менее 60% от общего объема газа), поступающего в вихревую трубу 13, с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразующей влаги при термодинамическом расслоении газа, так и соответствующий движущемуся газу по газопроводу высокого давления, выходит из выхода 17 вихревой трубы 13, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость 5 сбора конденсата. При заполнении емкости 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика 10 уровня поступает сигнал в блок 1 управления о необходимости опорожнить емкость 5. Для опорожнения емкости 5 закрывается кран 9 и открывается запорный орган 7. Газ, находящийся в емкости 5, поступает в газопровод 4 низкого давления, и тем самым в емкости 5 для сбора конденсата давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся там конденсат в забирающее устройство, например в автоцистерну, перекрывая запорный орган 7 и открывая кран 11.
Очищенный от конденсата холодный поток газа с давлением более низким, чем давление газа на входе 16 вихревой трубы 13 (принцип работы вихревой трубы), поступает в дросселирующее устройство технологического блока 2 (не показано), тем самым увеличивая надежность его работы, т.к. дросселирующее устройство, работая на меньшем перепаде давлений, практически не достигает условий протекания процесса с эффектом Джоуля-Томпсона и не вызывает с большой степенью вероятности появления инея и тем более обмерзания оставшейся в газе после конденсатоотводчика 8 конденсирующейся влаги.
Оригинальность предлагаемого изобретения по повышению КПД, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, заключается в том, что энергоемкость газа, находящегося в газопроводе высокого давления при технологической необходимости его снижения для подачи в газопровод низкого давления, используется как теплоисточник в теплообменнике, установленном в системе отопления помещения газораспределительной станции. Это достигается путем термодинамического разогрева части газа из газопровода высокого давления в вихревой трубе и последующей отдачи теплоты, например, воде для нагревательных элементов системы отопления за счет интенсификации теплообмена в теплообменнике при выполнении входа и выхода его в виде суживающегося и расширяющегося сопла с винтообразными канавками, образующие которых имеют направление движения соответственно по и против часовой стрелки, что приводит к образованию микрозавихрений противоположных направлений и соответственно микровзрывов, значительно увеличивающих коэффициент теплопередачи от теплоносителя-газа к нагреваемой среде.