ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СТУПЕНЧАТЫЙ ВИХРЕВОЙ ОБОГРЕВАТЕЛЬ
POLYFUNCTIONAL STEP VORTEX HEATER

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для обогрева помещений и основного оборудования газораспределительных станций (ГРС) и газораспределительных пунктов (ГРП) путем трансформации энергии давления транспортируемого газа в тепловую.
Известно устройство подогрева расширяющегося потока газа, в котором поток газа вначале (перед подачей в вихревую трубу) разделяют на два потока: первый подают на вход прямого канала рекуперативного теплообменника, второй - на вход двухпоточной вихревой трубы, при этом прямой поток, выходящий из рекуперативного теплообменника через дроссель и теплообменник наружного теплообмена, смешивают с холодным потоком вихревой трубы и подают на вход обратного канала рекуперативного теплообменника, после чего поток смешивают с горячим потоком вихревой трубы [Патент РФ №2143650, МПК F25B 9/02, 9/04 от 27.12.1999].
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции, обусловленная значительной величиной площади теплообменной поверхности рекуперативного теплообменника, неполное использование энергии перепада давления газа и невозможность удаления влаги из газа, что снижает его надежность и эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для подогрева газа газораспределительной станции, содержащее входной и выходной газопроводы, установленный перед регулятором давления теплообменник (образующие нить редуцирования), причем узел подогрева и подачи теплоносителя выполнен в виде двухпоточной вихревой трубы с линиями горячего и холодного потоков газа, снабженной камерой смешения, вход в вихревую трубу соединен с входным газопроводом, линия горячего потока газа от вихревой трубы соединена с патрубком входа теплоносителя в теплообменник, а линия холодного потока газа и линия вывода теплоносителя через камеру смешения соединены с выходным газопроводом [Свид. на полез. мод. РФ №19130, МПК7 F17D 1/04, F28D 1/00, 2001].
Основным недостатком известного устройства является невозможность удаления влаги из газа и недостаточное использование энергии перепада давления газа, что снижает надежность и эффективность его работы.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемее изобретение, является повышение надежности и эффективности полифункционального ступенчатого вихревого обогревателя.
Технический результат достигается в полифункциональном ступенчатом вихревом обогревателе, включающем в себя нить редуцирования, соединенную с входным и выходным газопроводами, в которой расположены газовый фильтр, предохранительный запорный клапан, регулятор давления, двухпоточная и однопоточная оребренные вихревые трубы, последовательно соединенные между собой по холодному потоку газа, образующие отдельные ступени, закрытые бортовым кожухом, причем входной патрубок двухпоточной оребренной вихревой трубы первой ступени соединен с нитью редуцирования через тройник и запорное устройство, высокотемпературный патрубок ее подключен через циклон к соплу эжектора, а низкотемпературный патрубок соединен с входным патрубком однопоточной оребренной вихревой трубы второй ступени, высокотемпературный патрубок которой соединен с приемной камерой эжектора, выходной патрубок которого соединен через запорное устройство и тройник с газовым фильтром нити редуцирования, а выход конденсата из поддона циклона соединен с наружным сборником конденсата.
Предлагаемый полифункциональный ступенчатый вихревой обогреватель приведен на фиг.1.
Полифункциональный ступенчатый вихревой обогреватель включает в себя нить редуцирования газа 1, в которой последовательно расположены тройник 2, запорное устройство 3, соединенное через тройник 4 с газовым фильтром 5, предохранительный запорный клапан 6 и регулятор давления 7, нить редуцирования 1 соединена через тройник 3 и запорное устройство 8 с входным патрубком 9 двухпоточной оребренной вихревой трубы первой ступени 10 (оребрение вихревой трубы 10 на фиг.1 не показано), высокотемпературный патрубок 11 которой соединен через циклон 12 с соплом эжектора 13, а низкотемпературный патрубок 14 соединен с входным патрубком 15 однопоточной оребренной вихревой трубой второй ступени 16 (оребрение вихревой трубы 16 на фиг.1 не показано), у которой, высокотемпературный патрубок 17 соединен с приемной камерой эжектора 13, выходной патрубок которого соединен через запорное устройство 18 и тройник 4 с газовым фильтром 5 нити редуцирования 1, причем выход конденсата из поддона циклона 12 соединен с наружным сборником конденсата, а нить редуцирования 1, вихревые трубы 10 и 16 с соединительными трубопроводами и арматурой закрыты бортовым кожухом (наружный сборник конденсата и бортовой кожух на фиг.1 не показаны).
0
0
г1
х1
г1
х1
г1
г1
г1
x1
г2
x1
г2
г2
г2
г1
г1
1
1
2
2
1
2
Предлагаемый полифункциональный ступенчатый вихревой обогреватель работает следующим образом. Из газопровода поток газа с температурой t и давлением Р поступает в нить редуцирования 1, а именно через тройник 2 и открытое запорное устройство 8 газ поступает во входной патрубок 9 двухпоточной оребренной вихревой трубы первой ступени 10. В вихревой трубе 10 газ разделяется на горячий и холодный потоки с температурой t, t и давлением Р, Р соответственно, причем горячий газ насыщен тяжелыми углеводородами и влагой, а холодный представляет собой практически осушенный газ. Горячий поток газа, пройдя через вихревую трубу 10 и передав часть своей тепловой энергии воздуху, находящемуся внутри кожуха (путем теплопередачи через оребренную поверхность вихревой трубы 10), поступает из высокотемпературного патрубка 11 в циклон 12 с температурой t и давлением Р, где происходит очистка газа от капель конденсата за счет их центробежного осаждения, который отводится из поддона циклона 12 в наружный сборник конденсата (конденсат представляет собой смесь воды и тяжелых углеводородов, получившихся в результате снижения температуры газа и конденсации паров воды и тяжелых углеводородов) и некоторое снижение его давления до величины Р′ (за счет преодоления гидравлического сопротивления циклона 12), а холодный поток газа из низкотемпературного патрубка 14 поступает во входной патрубок 15 однопоточной оребренной вихревой трубы второй ступени 16. В однопоточной оребренной вихревой трубе 16 давление холодного газа снижается от P до Р, а температура повышается от t до t, в результате чего нагреваются ее поверхность и ребра. При этом за счет теплообмена поверхности стенок и ребер вихревой трубы 16 с воздухом, находящимся внутри бортового кожуха, этот воздух нагревается. Из высокотемпературного патрубка 17 вихревой трубы второй ступени 16 горячий газ с температурой t и давлением Р поступает в приемную камеру эжектора 13, в которой он засасывается горячим потоком газа из вихревой трубы первой ступени 10, имеющим температуру t и давление Р′, смешивается с ним, в результате чего на выходе из эжектора 13 общий поток газа имеет температуру t и давление Р, после чего подогретый и частично редуцированный в вихревых трубах первой и второй ступенях 10 и 16 соответственно поток газа через запорное устройство 18 и тройник 4 проходит через фильтр 5, предохранительный клапан 6, регулятор давления 7 и с давлением Р и температурой t направляется к потребителю. Одновременно нагретый вихревыми трубами 10 и 16 воздух внутри бортового кожуха увлекает за собой холодный воздух с температурой T из щели между нижней кромкой бортового кожуха и поверхностью пола, в результате чего теплый воздушный поток подогревает наружные поверхности всего оборудования нити редуцирования 1, после чего истекает из верхнего отверстия кожуха вверх с температурой T, создавая циркуляционные воздушные потоки в помещении газораспределительного пункта или станции (ГРП или ГРС) и обогревает его.
1
2
Наличие однопоточной вихревой трубы 16 во второй ступени позволяет нагреть холодный поток газа после двухпоточной вихревой трубы 10 и, таким образом, увеличить тепловую эффективность обогревателя. При этом величина промежуточного давления после эжектора 13 P должна превышать величину требуемого конечного давления газа после регулятора давления 7 Р на величину ΔP, которая обеспечивает устойчивую и надежную работу регулятора давления 7. Значение АР определяется в зависимости от характеристик конкретного регулятора давления 7.
Помимо внешнего обогрева основного оборудования ГРС (ГРП) теплыми потоками воздуха, идущими от нагретых поверхностей оребренных вихревых труб 10 и 16, в газовый фильтр 5, предохранительный запорный клапан 6 и регулятор давления 7 поступает горячий поток газа из вихревых труб 10, 16, что обеспечивает дополнительный внутренний подогрев газового фильтра 5, предохранительного запорного клапана 6 и регулятора давления 7 и полностью исключит возможность гидратообразования в них. Кроме того, в результате центробежного осаждения в циклоне 12 горячего потока газа после вихревой трубы 10 происходит его очистка от капель конденсата влаги и тяжелых углеводородов, что обеспечивает дополнительную его осушку и, в конечном счете, благоприятное воздействие на процесс его редуцирования, дальнейшей транспортировки и качество газа, поставляемого потребителю.
Таким образом, предлагаемый полифункциональный ступенчатый вихревой обогреватель позволяет повысить уровень эксплуатационной надежности и эффективности основного оборудования ГРП (ГРС) за счет его подогрева, а также получить положительную температуру газа на выходе из редуцирующей установки, что в период зимних холодов позволяет использовать энергию давления природного газа для обогрева помещений ГРП (ГРС), предотвратить возникновение аварийных ситуаций из-за появления ледяных отложений в этих приборах, снизить эксплуатационные расходы систем газоснабжения, а также повысить качество газа путем уменьшения его влажности.