ПОДВОДНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Область техники
Заявленное техническое решение относится к области шельфовой нефтегазовой техники, а именно к подводным газовым теплообменникам и может быть использовано в подводных системах подготовки газа к транспорту.
Уровень техники
Известны подводные теплообменники, применяемые при освоении подводных месторождений природного газа для охлаждения природного газа придонной морской водой при естественном ее течении без принудительной подачи.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является подводный теплообменник, описанный в WO 2011/008101, опубл. 30.06.2010. Указанный подводный теплообменник состоит из двух коллекторных труб, образованных прямыми трубами и теплообменных змеевиков, образованных последовательно соединенными прямыми и изогнутыми трубами. Коллекторная труба для входа газа расположена сверху, коллекторная труба выхода газа расположена снизу. Оси коллекторных труб расположены параллельно. Оси прямых и изогнутых труб каждого змеевика находятся в одной плоскости, а все плоскости расположены перпендикулярно осям коллекторных труб или с наклоном. Прямые участки змеевиков расположены горизонтально, и при этом оси всех прямых участков труб параллельны.
Природный газ, поступающий из скважины шельфового месторождения газа или из технологического оборудования, проходит последовательно верхнюю коллекторную трубу, распределяется в змеевики, при движении через которые охлаждается придонной морской водой при естественном ее течении без принудительной подачи, и после охлаждения выводится через нижнюю коллекторную трубу.
Недостатками данного технического решения является следующее:
- указанный подводный теплообменник работает не достаточно эффективно, поскольку процесс охлаждения природного газа сопровождается нагревом придонной воды и вследствие этого вертикальным течением придонной воды, что в свою очередь приводит к притоку нагретой придонной воды к верхним прямым трубам змеевиков, снижению перепада температур между природным газом и водой и снижению интенсивности теплообмена;
- горизонтальное расположение прямых труб змеевиков снижает производительность подводного теплообменника в случае содержания в природном газе жидкости или при образовании жидкости при охлаждении газа за счет накопления жидкости и уменьшения площади для прохода газа.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является повышение интенсивности теплообмена между природным газом и придонной морской водой.
Данная задача решается за счет того, что подводный теплообменник для охлаждения природного газа придонной морской водой при естественном ее течении без принудительной подачи, состоит из двух параллельных коллекторных труб и соединяющих их змеевиков, образованных последовательно соединенными прямыми и изогнутыми трубами, характеризуется тем, что оси прямых труб каждого змеевика расположены в двух разных плоскостях, при этом в первой плоскости расположены параллельные между собой оси первого сверху и всех последующих нечетных прямых труб каждого змеевика, а во второй плоскости расположены параллельные между собой оси второго сверху и всех последующих четных прямых труб каждого змеевика, при этом первая и вторая плоскости расположены под одинаковым углом α не равным 90 градусам по отношению к осям коллекторных труб и пересекаются между собой, а все прямые трубы змеевиков установлены с отклонением вниз от горизонтали на одинаковый угол β, величина которого имеет значение от 0,5 до 15 градусов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение эффективности теплообмена между природным газом и придонной морской водой за счет уменьшения температурного влияния между близлежащими верхними и нижними прямыми трубами каждого змеевика, а также в исключении возможности образования жидкостных пробок внутри змеевиков за счет наличия уклона прямых труб змеевиков.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлен общий вид подводного теплообменника в изометрии;
- на фиг. 2 представлен увеличенный изометрический фрагмент подводного теплообменника;
- на фиг. 3 представлен вид фрагмента подводного теплообменника спереди;
- на фиг. 4 представлен вид фрагмента подводного теплообменника сверху;
- на фиг. 5 представлен фрагмент подводного теплообменника сбоку.
Осуществление полезной модели
Заявляемая полезная модель подводного теплообменника состоит из коллекторной трубы для ввода газа (1), змеевиков (2), образованных прямыми трубами (3) и изогнутыми трубами (4), выполненными в виде полуколец, коллекторной трубы для выхода газа (5).
Коллекторная труба для ввода газа (1) расположена сверху, коллекторная труба выхода газа (5) расположена снизу. Оси коллекторных труб (1) и (5) расположены параллельно.
Каждый змеевик (2) представляет собой пространственную конструкцию, в которой оси прямых труб каждого змеевика расположены в двух разных плоскостях. Оси первого сверху и всех последующих нечетных прямых труб каждого змеевика расположены в первой плоскости и параллельны между собой. Оси второго сверху и всех последующих четных прямых труб каждого змеевика расположены во второй плоскости и параллельны между собой. Первая и вторая плоскости расположены под одинаковым углом α не равным 90 градусам по отношению к осям коллекторных труб (1) и (5), пересекаются между собой.
Все прямые трубы (3) змеевиков устанавливают с отклонением вниз от горизонтали на одинаковый угол β. Величина угла β имеет значение от 0,5 до 15 градусов.
Размеры и количество змеевиков (2) определяются тепловым расчетом в зависимости от заданной температуры охлаждения газа.
Змеевики (2) должны быть предварительно изготовлены стандартными промышленными способами. Присоединение змеевиков (2) к коллекторным трубам (1) и (5) должно быть выполнено с использованием сварки, пайки или других методов неразъемного соединения, обеспечивающих выполнение их герметичного соединения.
Устройство работает следующим образом: природный газ поступает из газовой скважины, или из другого подводного теплообменника, или из подводного технологического оборудования в верхнюю коллекторную трубу подводного теплообменника (1), далее проходит через змеевики (2), образованные прямыми трубами (3) и изогнутыми трубами (4), и далее в коллекторную трубу для выхода газа (5). Змеевики (2) омываются снаружи водой при естественном ее течении без принудительной подачи, в результате чего температура газовой смеси, находящейся внутри змеевиков изменяется. При изменении температуры газовой смеси в ней могут происходить фазовые переходы в виде конденсации или испарения, вызванные, соответственно, охлаждением или нагревом газовой смеси внутри подводного теплообменника. В случае образования конденсата внутри змеевиков (2) он стекает вниз по прямым трубам (3), установленным с наклоном относительно горизонтальной плоскости.
Повышение интенсивности теплообмена между природным газом и придонной морской водой достигается за счет того, что в предложенной конструкции увеличено расстояние между участками близлежащих верхних и нижних прямых труб (3) каждого змеевика (2). Увеличение расстояния достигается тем, что, например, первая и вторая прямые трубы (3) каждого змеевика (2) проходят одна под другой не параллельно. На фиг.4 на виде фрагмента подводного теплообменника сверху показано, что проекции этих прямых труб каждого змеевика пересекаются. Также вторая и третья прямые трубы (3), третья и четвертая, и так далее.
Увеличение расстояния между участками близлежащих верхних и нижних прямых участков труб (3) каждой трубы-змеевика (2) приводит к тому, что поток придонной воды, перемещаясь от нижних прямых труб к верхним больше охлаждается окружающей водой, увеличивается перепад температур между природным газом и придонной морской водой, и увеличивается тепловой поток и интенсивность теплообмена.