Вихревой регулятор давления газа
VORTEX GAS PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к газовой и нефтедобывающей промышленности и может быть применено в системах транспортировки газа на газораспределительных станциях (ГРС) и газораспределительных пунктах (ГРП) для редуцирования давления природного газа.
Существует способ регулирования давления газа при помощи системы, состоящей из устройства общего подогрева газа, вихревой трубы, регулятора давления, сепаратора и конденсатосборника. В данной системе вход редуцируемого газа в вихревую трубу осуществляется из газопровода высокого давления до узла общего подогрева газа (Регуляторы давления газа. В.М. Плотников, В.А. Подрешетников, В.У. Гончаров. - Л.: Недра, 1982).
Основным недостатком данной системы является ограниченный диапазон регулирования, вследствие этого существует необходимость разделения исходного потока перед редуцированием, так как при уменьшении расхода потребления сетью возможно полное закрытие регулятора давления и повышение регулируемого давления на выходе. Кроме этого наличие в такой системе устройства подогрева приводит к повышению капитальных и эксплуатационных затрат.
Известен регулятор давления газа непрямого действия с самообогревом, который имеет связанный с пилотным устройством цилиндрический стакан, пружину исходного положения, полый цилиндр, который установлен внутри пустотелого плунжера, в стенках цилиндра имеются симметричные тангенциальные сопла, которые создают вихревое температурное разделение потока газа внутри цилиндра, имеющего выступы с внешней стороны вокруг тангенциальных сопел, которые образуют кольцевой проход между плунжером цилиндром для осуществления обогрева «горячим» потоком газа из цилиндра. Пустотелый плунжер имеет термоизоляционную прокладку, изолирующую его от отводящего трубопровода. Также цилиндрический стакан имеет штифты, перемещающиеся с ограничителями, находящимися внутри подводящего трубопровода. Регулятор устанавливается в подводящем трубопроводе (см. SU №224231, кл. G 05 D 16/10, опубл. 06.08.1968).
Существенным недостатком данного регулятора давления является сильное падение температуры газа на выходе из регулятора вследствие редуцирования, что может привести к образованию кристаллогидратов на выходе, что потребует дополнительного обогрева и, как следствие, повышение капитальных и эксплуатационных затрат.
Известен также вихревой регулятор давления газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, соосно установленную с выходными патрубками вихревую камеру, камеру энергоразделения, снабженную оребрением на внешней стороне, закручивающее устройство (см. RU 2420779, МПК G05D 16/00, G01L 19/00, опубл. 10.06.2011).
Главным недостатком такого регулятора является конструкция больших размеров, использующая несколько вихревых труб, что приводит к повышению стоимости конструкции. Также существенным недостатком является отсутствие использования тепла от нагретой вихревой камеры, что снижает экономический эффект данного устройства.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик регулятора за счет изотермического дросселирования газа, исключающего образование кристаллогидратов за счет использования собственного тепла, вырабатываемого регулятором.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является устранение проблем образования гидратов при дросселировании за счет отбора избыточного тепла от оребренной стенки камеры энергоразделения с последующим смешением холодного и горячего потоков.
Данная задача решается за счет того, что вихревой регулятор давления газа, содержащий корпус с входным и выходными патрубками, соосно установленную с выходными патрубками вихревую камеру, камеру энергоразделения, снабженную оребрением на внешней стороне, закручивающее устройство, отличается тем, что на входе закручивающего устройства установлен, с возможностью перекрытия его сечения, регулятор, при этом камера энергоразделения соосно соединена с патрубком отвода подогретого потока, снабженным расположенным внутри него регулирующим конусом, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси патрубка, кроме того, вихревая камера расположена внутри рубашки цилиндрической формы, полость которой сообщена с выходящим патрубком охлажденного потока и патрубком отвода подогретого потока, причем корпус вихревой камеры снабжен кольцевым каналом обогрева диафрагмы, соединённым трубкой с выходящим патрубком подогретого потока, при этом выходное отверстие канала обогрева расположено в камере охлажденного потока. Кроме того, регулятор сечения выхода закручивающего устройства выполнен в виде регулирующего клина, снабженного электроприводом.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий, что «на входе закручивающего устройства, установлен, с возможностью перекрытия его сечения, регулятор», обеспечивает поддержку необходимого давления и расхода газа на входе в сопло.
Признак, указывающий, что «камера энергоразделения соосно соединена с патрубком отвода подогретого потока, снабженным расположенным внутри него регулирующим конусом, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси патрубка», обеспечивает регулировку проходного сечения, что позволяет регулировать доли подогретого и охлажденного потоков, а также их температуры.
Признак, указывающий, что «вихревая камера расположена внутри рубашки цилиндрической формы, полость которой сообщена с выходящим патрубком охлажденного потока и патрубком отвода подогретого потока», обеспечивает отбор тепла от нагретой стенки камеры энергоразделения, что позволяет получить дополнительный подогрев газа.
Признак, указывающий, что «корпус вихревой камеры снабжен кольцевым каналом обогрева диафрагмы, соединённого трубкой с выходящим патрубком подогретого потока, при этом, выходное отверстие канала обогрева расположено в камере охлажденного потока», обеспечивает обогрев диафрагмы, тем самым предотвращая образования на ней гидратов, образующихся из-за низких температур охлажденного потока.
Признак, указывающий, что «регулятор сечения выхода закручивающего устройства выполнен в виде регулирующего клина, снабженного электроприводом» обеспечивает автоматическое регулирование входящего потока.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 показан вихревой регулятор давления газа, на фиг. 2 – вид Б, на фиг. 3 и на фиг. 4 – разрез А-А и разрез В-В соответственно.
На чертежах показаны корпус 1, входной патрубок 2, выходной патрубок 3 подогретого потока газа, патрубок 4 отвода охлажденного потока газа, вихревая камера 5, камера энергоразделения 6, закручивающее устройство 7, рубашка 8, труба 9, кольцевой канал 10, диафрагма 11, трубка 12, выходное отверстие 13, оребрение 14, теплообменный контур 15, выходной патрубок 16 из теплообменного контура 15, соединительный патрубок 17 с патрубками 16 и 3, регулирующий конус 18, регулирующий клин 19, электропривод 20.
Вихревой регулятор давления газа содержит корпус 1 с входным патрубком 2, выходным патрубком 3 подогретого потока газа и патрубком 4 отвода охлажденного потока газа, вихревую камеру 5, камеру энергоразделения 6 и закручивающее устройство 7.
Вихревая камера 5 расположена внутри рубашки 8 цилиндрической формы и установлена соосно с выходным патрубком 3 подогретого потока и патрубком 4 отвода охлажденного потока газа. Полость рубашки 8 сообщена трубой 9 с патрубком 4 отвода охлажденного потока газа и выходным патрубком 3 подогретого потока газа. Корпус вихревой камеры 5 снабжен кольцевым каналом 10 обогрева диафрагмы 11, соединённым трубкой 12 с выходным патрубком 3 подогретого потока газа, при этом выходное отверстие 13 кольцевого канала 10 обогрева диафрагмы 11 расположено в камере охлажденного потока.
Камера 6 энергоразделения, снабженная оребрением 14 на внешней стороне, находящимся в теплообменном контуре 15, соосно соединена с выходным патрубком 3 подогретого потока газа. Теплообменный контур 15 снабжен соединительным патрубком 16 с патрубками 17 и 3.
Внутри выходного патрубка 3 подогретого потока газа расположен регулирующий конус 18, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси патрубка 3.
На входе закручивающего устройства 7 установлен, с возможностью перекрытия его сечения, регулятор, выполненный в виде регулирующего клина 19, снабженного электроприводом 20.
Заявленное устройство работает следующим образом. Газовая среда под высоким давлением поступает через входной патрубок 2 в вихревую камеру 5, оттуда в отверстие в закручивающем устройстве 7, которое регулируют клином 19, управляемым электроприводом 20. Поток газа, проходя через закручивающее устройство 7, приобретает завихренный характер с осью вращения и подается в направлении камеры энергоразделения 6, где за счет эффекта Ранка-Хилша разделяется на подогретый и охлажденный потоки. Подогретый периферийный поток спрямляется в области закручивающего устройства 7 и удаляется через выходной патрубок 3 подогретого потока газа. Регулирующий конус 18 держит давление в камере энергоразделения 6 на необходимом уровне и регулирует доли подогретого и охлажденного потоков. Охлажденный поток, образующийся в приосевой области, двигаясь в направлении диафрагмы 11, в свою очередь отбирается через ее отверстие и удаляется через патрубок 4 отвода охлажденного потока газа. Далее охлаждённый поток через соединительную трубу 9 поступает теплообменный контур 15, проходя через который отбирает тепло от нагретой стенки камеры энергоразделения 6, которая имеет внешнее оребрение 14, позволяющее более эффективно отбирать тепло, после чего подогретый холодный поток выходит через выходной патрубок 16 из теплообменного контура 15, откуда попадает в соединительный патрубок 17, где смешивается с горячим потоком из патрубка 3.
Обогрев диафрагмы 11 предотвращает образования на ней гидратов, образующихся из-за низких температур охлажденного потока, обеспечивает кольцевой канал 10 путем передачи тепла через корпус 1 к диафрагме 11.