Блок подогрева технологического газа
PROCESS GAS HEATING UNIT

Изобретение относится к области подогрева жидкостей и газообразных сред и касается, в первую очередь, устройств подогрева технологического газа в газораспределительных станциях.
Известно устройство для подогрева технологического газа в газораспределительной станции (ГРС), содержащее теплообменник с трубопроводами подвода и отвода технологического газа, и теплогенератор с камерой сгорания пульсирующего горения, снабженной клапанно-смесительным устройством, дополнительным резонирующим устройством, обеспечивающим требуемый диапазон режимов устойчивого горения с устранением или сокращением режимов «старт-стоп», (патент РФ на изобретение №2655426, МПК F23C 15/00, F23C 9/00, 28.05.2018 г.). Устройство обладает высокой пассивной взрывозащищенностью из-за малого объема камеры сгорания, кроме того конструкция клапанно-смесительного устройства в связи с отсутствием «открытого огня», а вместе с ним и теплогенератор в целом обладают полной взрыво- и пожарной безопасностью.
Тем не менее к недостатку известного устройства следует отнести значительное повышение трудоемкости и металлоемкости, а, следовательно, и стоимости блока подогрева технологического газа в целом при необходимости повышения мощности устройства из-за разнесенности конструкции теплообменника с трубами подвода и отвода теплоносителя и теплогенератора.
Известно устройство для подогрева газа и нефти, содержащее корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, в котором размещен теплообменник и горизонтально ориентированный теплогенератор в состав которого входит горелка, жаровая труба, пучок дымогарных труб, причем устройство имеет, по крайней мере, второй горизонтально ориентированный генератор с возможностью подключение каждого теплогенератора как автономно, так и одновременно всех вместе. Заключение теплообменника и теплогенератора в единую общую емкость теплоносителя упрощает схему блока подогрева технологического газа, в первую очередь, за счет изъятия из схемы гидронасосов с трубами подвода и отвода теплоносителя от теплогенератора к теплообменнику (патент РФ на полезную модель №53410, МПК F22Б 7/00, 01.10.2006 г.).
Недостатком данного устройства, принятого за прототип, является недостаточная взрывозащищенность и пожарозащищенность блока подогрева технологического газа с теплогенератором с газовыми горелками («открытое пламя»). Так, при проникновении в зону размещения газовых горелок газа из окружающей среды, например, при разрыве газопровода, с большой вероятностью возможен взрыв смеси воздуха и газа.
Технический результат на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается обеспечение возможности увеличения мощности теплогенератора с обеспечением его взрыво- и пожаробезопасности при минимизации металлоемкости и трудоемкости.
Технический результат достигается тем, что в блоке подогрева технологического газа, состоящего из теплообменника для нагрева технологического газа и нескольких теплогенераторов для подогрева жидкого теплоносителя, размещенных в общей емкости жидкого теплоносителя, новым является то, что в общей емкости жидкого теплоносителя размещены два и более теплогенератора пульсирующего горения, клапанно-смесительные устройства которых вынесены в примыкающий к общей емкости жидкого теплоносителя корпус с единой трубой подвода воздуха на клапанно-смесительные устройства, а для выброса дымовых газов из камеры сгорания каждого теплогенератора через трубы-резонаторы и дополнительное резонирующее устройство служит дымовая труба с шумоглушителем, являющаяся выходной частью дополнительного резонирующего устройства, причем входная часть дополнительного резонирующего устройства размещена в общей емкости жидкого теплоносителя,
также новым является то, что теплогенераторы и «U»-образный пучок труб теплообменника разделены продольной перегородкой.
На фиг. 1 приведен продольный разрез блока подогрева технологического газа, на фиг. 2 - поперечный разрез.
Блок подогрева газа содержит теплообменник 1 для нагрева технологического газа и два теплогенератора 2 для нагрева жидкого теплоносителя, размещенные в общей емкости 3 жидкого теплоносителя. Теплогенераторы 2 выполнены по схеме пульсирующего горения. При этом клапанно-смесительное устройство 4 каждого теплогенератора 2 вынесены в корпус 5, примыкающий к общей емкости 3 жидкого теплоносителя. Полость 6 корпуса 5 сообщена с трубой подвода 7 воздуха из атмосферы для всаса его в камеру сгорания 8 через обратный клапан 9 клапанно-смесительного устройства 4 каждого теплогенератора 2. Для подачи топливного газа в клапанно-смесительное устройство 4 служит обратный клапан 10. Трубы-резонаторы 11 камеры сгорания 8 сообщены с дополнительным резонирующим устройством 12, выходная часть 13 которого является дымовой трубой с шумоглушителем 14. Входная часть 15 дополнительного резонирующего устройства 12 размещена в общей емкости 3 жидкого теплоносителя для дополнительного теплосъема от дымовых газов.
Для оптимизации конвекции потоков жидкого теплоносителя теплогенераторы 2 и «U»-образный пучок 16 труб теплообменника 1 разделены продольной перегородкой 17.
Малые размеры камеры сгорания увеличивают ее пассивную взрывозащиту, а закрытая конструкция клапанно-смесительного устройства (отсутствие «открытого огня») обеспечивает полную взрывопожарную защиту.
Блок подогрева технологического газа работает следующим образом. Топливный газ через обратный клапан 10 и воздух через обратный клапан 9 поступают в клапанно-смесительное устройство 4, где образуется топливо-воздушная смесь, которая сжигается в камере сгорания 8. Воздух на клапанно-смесительное устройство 4 каждого из двух теплогенераторов 2 забираются из общей полости 6, куда он попадает через единую трубу подвода 7 воздуха из атмосферы. Использование этой трубы обеспечивает непопадание в полость 6 природного газа из атмосферы в случае какой-либо аварии на газопроводе (плотность смеси природного газа и воздуха на входе в трубу 7 меньше плотности воздуха в полости 6). Продукты сгорания через трубы-резонаторы 11 и дополнительное резонирующее устройство 12 и далее выходную часть 13 этого устройства выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу с шумоглушителем 14. Нагрев жидкого теплоносителя происходит через стенки камеры сгорания 8, трубы-резонаторы 11 и выходную часть 15 дополнительного резонирующего устройства 12.
Для дополнительного теплосъема с элементов теплогенераторов 2 служит продольная перегородка 17 (фиг. 2) между ними, которая оптимизирует конвекцию потоков жидкости с целью увеличения теплосъема «и»-образными пучками труб 16 теплообменника 1, по которым проходит технологический газ.
Размещение теплогенераторов 2 в общей емкости жидкого теплоносителя 13 с теплообменником 2 позволяет с меньшими затратами решать вопрос повышения мощности блока подогрева газа за счет снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления. Использование теплогенератора 2 пульсирующего горения в блоке подогрева газа обеспечивает взрыво- и пожарную защиту не только за счет введения трубы забора 7 воздуха, но, главным образом, за счет отсутствия открытого пламени в клапанно-смесительном устройстве 4 и теплогенераторе 2 в целом. Принцип работы теплогенератора пульсирующего горения обеспечивает высокую полноту сгорания газо-воздушной смеси. Вместе с этим, размещение части трубы 15 дополнительного резонирующего устройства 4 в общей емкости 3 жидкого теплоносителя обеспечивают высокий КПД блока подогрева газа (~95%).