Устройство косвенно-испарительного охлаждения сжатого газа компрессорной станции магистрального газопровода
DEVICE OF INDIRECT EVAPORATIVE COOLING OF COMPRESSED GAS AT COMPRESSOR GAS PIPELINE STATION

Изобретение относится к области компрессорных станций магистральных газопроводов и, в частности, к аппаратам воздушного охлаждения газа с выработкой электроэнергии для электроснабжения собственных нужд.
На компрессорных станциях магистральных газопроводов для охлаждения газа, сжатого в нагнетателях, используются аппараты воздушного охлаждения (АВО). Известны АВО, состоящие из теплообменного блока, вентилятора с электроприводом и системы водяного орошения с водометными стволами, металлической сеткой и фильтром. Эти АВО за счет увлажнения фильтрационного покрытия и испарительного охлаждения воздуха обеспечивают интенсификацию охлаждения природного газа (Патент РФ №2200907, МПК F24F 3/14, опубл. 20.03.2003).
Недостатками этих АВО является большой расход электроэнергии на электродвигатели вентиляторов.
Известна градирня с косвенно-испарительным охлаждением воздуха и подогретой воды, работающая по циклу Майсоценко. Она состоит из двух вертикальных концентрических цилиндров, причем внешняя часть внутреннего цилиндра покрыта тонким слоем гидрофобной капиллярно-пористой поверхности и орошается водой. Атмосферный воздух поступает в центральный канал градирни (сухой канал) и, охлаждаясь от холодной стенки канала, движется сверху вниз. Температура стенки снижается за счет испарения воды из капиллярно-пористой поверхности на наружной стороне внутреннего цилиндра. Холодный воздух, вышедший из внутреннего цилиндра, движется вверх по кольцевому (влажному каналу) с увеличением влажности. За счет испарения воды во влажном канале температура воздуха на его выходе близка к температуре мокрого термометра. Наименьшая температура воздуха, близкая к точке росы, достигается в нижней части градирни на выходе из сухого канала. За счет увлажнения воздуха возникает подъемная сила, обеспечивающая движение воздуха через сухой и влажный каналы с увеличением его скорости. Установленная в нижней части градирни ветроустановка вырабатывает электроэнергию (А. Халатов, И. Карп, Б. Исаков Цикл Майсоценко и перспективы его использования в Украине, http://sssrregion.ru/pics/Khalatov_Ukraina.pdf).
Недостатками описанной установки - градирни, принятой в качестве прототипа изобретения, являются ее применение только для охлаждения подогретой воды и недостаточная электрическая мощность ее ветроэнергетической установки.
Целью изобретения является получение возможности для охлаждения природного газа, сжатого в нагнетателе компрессорной станции магистрального газопровода, и одновременной выработки электроэнергии для электроснабжения ее собственных нужд.
Поставленная цель достигается тем, что устройство косвенно-испарительного охлаждения сжатого газа компрессорной станции магистрального газопровода, содержащее два вертикальных концентрических цилиндра, один из которых влажный, а другой сухой, и гидрофобную капиллярно-пористую поверхность, смачиваемую водой, согласно изобретению верхняя часть концентрического канала между внешним и внутренним концентрическими цилиндрами связана с атмосферой, на верхней части внутреннего цилиндра укреплено неподвижное кольцевое воздушное сопло, связанное с атмосферой, и подвижный корпус трубы Вентури, снабженный ветряным флюгером и связанный через подшипник с внутренним цилиндром, внутри трубы Вентури размещена ветроэнергетическая установка, снабженная ветроколесом и электрогенератором, гидрофобная капиллярно-пористая поверхность покрывает внутреннюю часть внутреннего цилиндра - влажного канала, внутри его верхней части размещен змеевик верхней части теплообменной поверхности газоохладителя, змеевик ее нижней части размещен в воздушном канале между нижними частями внутреннего и внешнего цилиндров установки, сухим является концентрический канал между внешним и внутренним цилиндрами установки, трубопровод подвода нагретого газа подключен к верхней части змеевика теплообменной поверхности газоохладителя, а трубопровод отвода охлажденного газа подключен к нижней части змеевика теплообменной поверхности газоохладителя.
На Фиг. 1 изображен общий вид устройства косвенно-испарительного охлаждения газа, которое содержит воздушный флюгер 1, неподвижное кольцевое воздушное сопло 2, трубу Вентури 3, ветроэнергетическую установку с ветроколесом и электрогенератором 4, подшипник 5, внутренний вертикальный цилиндр - влажный канал 6, внешний вертикальный цилиндр 7, оросительное устройство 8, гидрофобную капиллярно-пористую поверхность 9, змеевик верхней части теплообменной поверхности газоохладителя 10, трубопровод нагретого газа 11, змеевик нижней части теплообменной поверхности газоохладителя 12, трубопровод охлажденного газа 13, трубопровод отвода воды 14, насос 15.
На Фиг. 2 изображено горизонтальное сечение по оси А-А кольцевого воздушного сопла 2 и трубы Вентури 3 верхней части установки, а на Фиг. 3 показано сечение неподвижного кольцевого воздушного сопла 2.
Устройство косвенно-испарительного охлаждения газа работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает во внешний вертикальный цилиндр 7 и движется по сухому концентрическому каналу вниз, охлаждаясь до температуры, близкой к температуре точки росы за счет контакта воздуха с холодной стенкой внутреннего вертикального цилиндра 6, температура которого снижается за счет испарения воды во влажном канале из гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 9, покрывающей внутреннюю сторону внутреннего цилиндра 6 и орошаемую водой из оросительного устройства 8. Вышедший из сухого канала охлажденный воздух с температурой, близкой к температуре точки росы, обтекает змеевики нижней части теплообменной поверхности газоохладителя 12, производя охлаждение движущегося в них газа, затем он движется вверх через внутренний вертикальный цилиндр - влажный канал 6. При этом охлажденный воздух, контактируя с нагретой поверхностью змеевика верхней части теплообменной поверхности газоохладителя 10, производит охлаждение движущегося в нем нагретого газа, подводимого в него по трубопроводу нагретого газа 11. При этом величина относительной влажности воздуха, за счет испарения воды из гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 9 приближается к 100%. За счет увлажнения повышается масса и снижается плотность воздуха, при этом уменьшение плотности воздуха зависит также от величины разрежения, создаваемого за счет повышения кинетической энергии атмосферного воздуха в узком сечении трубы Вентури 3, подводимого в нее через неподвижное кольцевое воздушное сопло 2, а также от тепла, подводимого к влажному воздуху от змеевиков нижней части 12 и верхней части 10 теплообменной поверхности газоохладителя. Поэтому давление влажного воздуха на выходе из внутреннего цилиндра 6 - влажного канала, оказывается более низким, чем давление атмосферного воздуха. Разность плотностей атмосферного воздуха, подводимого через кольцевое воздушное сопло 2, и воздуха в узком сечении трубы Вентури 3 приводит к возникновению в сухом и влажном каналах установки искусственного ветра с повышением скорости воздуха, способствующим интенсификации теплообмена и повышению эффективности охлаждения газа в теплообменных поверхностях газоохладителя 10 и 12. При изменении направления внешнего воздушного потока воздушный флюгер 1 поворачивает трубу Вентури с помощью подшипника 5 по направлению внешнего воздушного потока. Поток атмосферного воздуха, ускоренный в трубе Вентури 3, проходя через ветроколесо, производит выработку электроэнергии в электрогенераторе ветроэнергетической установки 4, используемую для энергоснабжения собственных нужд компрессорной станции. В нижнюю часть корпуса установки поступает вода, не испарившаяся в гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 9, а также вода, сконденсированная из воздуха при понижении его температуры до температуры точки росы. Большая часть воды из трубопровода 14 направляется к внешнему потребителю, а ее меньшая часть насосом 15 подается в оросительное устройство 8 для подпитки гидрофобной капиллярно-пористой поверхности 9.
По сравнению с прототипом, данное устройство позволяет:
- использовать метод воздушного косвенно-испарительного охлаждения для охлаждения природного газа, сжатого в нагнетателе компрессорной станции магистрального газопровода, без применения на компрессорных станциях установки воздушного охлаждения газа и исключения затрат электроэнергии на привод его электродвигателей;
- в отличие от прототипа в качестве сухого канала в предлагаемой установке использовать концентрический канал между наружным и внутренним цилиндрами установки;
- влажный канал находится во внутреннем цилиндре, при этом гидрофобная капиллярно-пористая поверхность покрывает внутреннюю, а не внешнюю, как у прототипа, стороны внутреннего цилиндра установки;
- вырабатывать электроэнергию в ветроэнергетической установке, размещенной в корпусе трубы Вентури, устанавливаемой с помощью флюгера по направлению воздушного потока;
- увеличивать выработку электроэнергии в ветроэнергетической установке за счет использования кинетической энергии ветрового потока атмосферного воздуха с ее увеличением в трубе Вентури, а также за счет увеличения разности давлений атмосферного воздуха и влажного воздуха, поступающего из влажного канала внутреннего цилиндра;
- использовать полученный дистиллят пресной воды, полученный из воздуха как для смачивания капиллярно-пористой поверхности, так и для внешних потребителей.