Установка комплексная нагревательно-утилизационно-рекуператорная
COMPLEX HEATING-UTILIZATION-RECUPERATION INSTALLATION

Изобретение относится к установкам подогрева нефти и/или газов и может быть использовано при их транспортировке и промысловой подготовке. Назначением изобретения является нагрев, через промежуточный теплоноситель, полезной среды (нефти или/и газа).
Включенный в изобретение аппарат воздушного охлаждения позволяет рекуперировать и использовать излишнее тепло промежуточного теплоносителя для технологических и бытовых нужд.
В настоящее время в системах сбора и подготовки используются установки осуществляющие нагрев промысловых и товарных нефтей через промежуточный жидкий теплоноситель. Это позволяет избежать непосредственного контакта нагреваемой среды с высокотемпературными стенками греющих элементов/труб. Благодаря этому, предотвращается высокотемпературная деструкция нефти и отложение кокса на поверхностях греющих элементов. В подобных установках для нагрева может использоваться попутный нефтяной газ, что позволяет рационализировать его использование и не сжигать его на факелах.
Из ранних установок, осуществляющих нагрев нефти через промежуточный теплоноситель, известен нагреватель по патенту US 1751533 от 25.03.1930 г. [1]. Данный нагреватель в одном из вариантов имеет оболочку (герметичный корпус), содержащую теплообменный флюид (промежуточный теплоноситель), камеру сгорания, выступающую в указанную оболочку, относительно большой выпускной тамбур для приема сгоревших газов и выпуска их в атмосферу, множество небольших транспортирующих нефть трубок (располагаемых в среде промежуточного теплоносителя). Главным недостатком установки по патенту US 1751533 является возможность перегрева промежуточного теплоносителя до состояния пара. Такой, возможный, режим работы установки раскрывается самим автором изобретения в описании патента.
Пар, как известно в технике является теплоизолятором, который существенно снижает перенос тепла от греющей камеры к трубкам с нефтью. Как результат, такой режим работы может привести к значительному перегреву самой греющей камеры и выходу ее из строя. Предотвратить такой режим работы установки можно, например, двумя вариантами. Либо использованием устройств для регулирования температуры горения, но это не предусмотрено патентом US 1751533. Либо путем отвода тепла от промежуточного теплоносителя (предотвращая его переход в пар), что также не предусмотрено этим патентом.
По совокупности признаков наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка подготовки нефти (УПН), представленная «ЗАО ЦТК-ЕВРО» г. Москва. Установка включает следующие основные элементы [2]:
- сепараторы нефтегазовые,
- сепараторы газовые,
- отстойники нефти,
- концевая сепарационная установка,
- путевые подогреватели (П-1,2,3),
- резервуары нефти,
- резервуары пластовой воды,
- пожарные резервуары,
- аппараты воздушного охлаждения для охлаждения товарной нефти (АВО),
- насосы внутренней перекачки нефти (Н-1/1,2),
- насосы внешней откачки нефти,
- насосы пластовой воды,
- устройство осушки нефтяного газа,
- узел учета газа (УУГ),
- факелы низкого и высокого давления (ФНД и ФВД),
- блок химических реагентов.
В качестве промежуточного теплоносителя в путевых подогревателях (П-1,2,3) используется вода, для чего в схемой УПН предусматривается отдельный подвод воды к подогревателям П-1,2,3.
Анализ технологической схемы УПН показывает, что основной ее особенностью является то, что большая часть всего комплекса выполнена отдельными элементами, не объединенными в единые технологические модули. Например, такими отдельными элементами являются подогреватели нефти (П-1,2,3) и АВО. Отдельными элементами, не объединенные в единый модуль с подогревателями нефти (П-1,2,3) являются насосы внутренней перекачки (Н-1/1,2), средства учета газа (УУГ), факельные устройства (ФНД и ФВД).
Отсутствие модульного принципа построения УПН обуславливает множественность ее элементов и необходимость наличия большого количества коммуникаций (трубопроводов) для связи элементов.
Недостатком УПН технологической схемы использования АВО является выброс тепла непосредственно в атмосферу, что приводит к тепловому загрязнению окружающей среды.
Основным назначением вышерассмотренной УПН является цеховая подготовка товарной нефти, включающая выполнение задач по сепарации нефти, ее хранение в резервуарах, хранение в резервуарах пластовой воды и ее закачка в систему ППД, сжигание газа на факелах.
В этой и подобных УПН аппараты воздушного охлаждения (АВО) используются для охлаждения нефти до сдаваемой товарной температуры (не выше 30°C по ГОСТ 1510-84).
УПН имеет технологические элементы являющимися общими с заявляемым изобретением:
П-1,2,3 - путевые подогреватели,
АВО - аппараты воздушного охлаждения для охлаждения товарной нефти,
Н-1/1,2 - насосы перекачки нефти,
УОНГ - устройство осушки нефтяного газа,
УУГ - узел учета газа,
ФНД и ФВД - факельные устройства.
Установка подготовки нефти (УПН) принята в качестве прототипа заявляемого изобретения - Установки Комплексной Нагревательно-Утилизационной-Рекуператорной (УК НУР).
Заявляемое изобретение, в отличие от УПН, устроено по модульному принципу, объединяющему сходные технологические элементы в единый комплекс.
Изобретение позволяет решить задачу по предотвращению или уменьшению теплового загрязнения окружающей среды от выбросов горячего воздуха от АВО в атмосферу.
Поставленная задача в изобретении решается следующим образом.
Воздух, нагретый АВО, используется для подачи на горение (рекуперация) и для подачи на технологические нужды, в производственно-бытовые помещения и тепличные сооружения.
На рисунке (фигуре) представлена возможная схема реализации заявляемого изобретения (УК НУР), которая содержит следующие устройства:
корпус установки 1,
топочную камеру 1-а,
промежуточный теплоноситель (вода) 2,
трубопровод 2-а,
устройство учета газа 3,
горелочное устройство 4,
аппараты воздушного охлаждения 5 и 6,
насос перекачки промежуточного теплоносителя 4-а,
фильтр 4-б,
насосы для перекачки полезной (нагреваемого) среды 7 и 8,
фильтр-сепаратор для осушки газообразного топлива 9,
газовый фильтр 9-а,
дымовая труба 10,
воздуховод нагретого воздуха идущего на горение 11,
воздуховод нагретого воздуха на производственные и тепличные сооружения 12,
производственно-бытовые помещения 13,
тепличные сооружения 14.
УК НУР работает следующим образом.
Топливный газ, предварительно осушенный в фильтре-сепараторе 9, очищается в фильтре 9-а, и пройдя через устройство учета 3, подается в горелочное устройство 4 для сжигания. Продукты горения через камеру 1-а попадают в дымовую трубу 10, где окончательно дожигаются. Тепло топочной камеры 1-а согревает промежуточный теплоноситель 2, который в свою очередь нагревает трубопровод 2-а, в котором проходит полезная среда. Насосы 7 или 8 используются для перекачки полезной среды.
С целью предупреждения перегрева полезной среды, в установку включены аппараты воздушного охлаждения 5 и 6, которые отбирают излишнее тепло от промежуточного теплоносителя 2. Аппараты воздушного охлаждения 5 и 6 охлаждают промежуточный теплоноситель 2. При этом промежуточный теплоноситель 2 при помощи насоса 6-а через фильтр 6-б отбирается из корпуса установки 1 в аппараты воздушного охлаждения (АВО) 5 и 6. Обратно, из АВО, промежуточный теплоноситель самотеком поступает в корпус установки 1.
С целью предупреждения теплового загрязнения окружающей среды, воздух, нагретый в АВО, не выбрасывается в атмосферу, а подается на горение и отопление производственно-бытовых помещений и тепличных сооружений. Нагретый воздух подается на горение через трубопровод 11. Также через трубопровод 12, воздух из АВО, подается в производственные помещения 13 и в тепличные сооружения 14. В последнем случае значительно улучшаются экологические условия произрастания растений. В тепличные помещения подается чистый воздух, в отличие от других систем отопления теплиц с открытым пламенем, у которых при горении образуется копоть и канцерогенные вещества.
Технический результат от применения решений данного изобретения заключается в предотвращении или уменьшении теплового загрязнения окружающей среды от выбросов горячего воздуха от АВО в атмосферу, за счет использования воздуха нагретого АВО для подачи на горение или/и для подачи технологические нужды или/и в производственные/бытовые помещения или/и тепличные/парниковые сооружения.
Для достижения технического результата установка комплексная нагревательно-утилизационно-рекуператорная, осуществляющая нагрев через промежуточный теплоноситель полезной среды, путем сжигания попутного нефтяного или/и природного газов или/и жидкого/твердого углеводородного топлива, включающая систему устройств очистки и учета газа, насосы для перекачки промежуточного теплоносителя или/и полезной среды, дымовую трубу, осуществляющую экологическое сжигание топливного газа или/и жидкого/твердого углеводородного топлива и утилизацию тепла образующихся дымовых газов, аппараты воздушного охлаждения, отличающаяся тем, что аппараты воздушного охлаждения (АВО) используются для регулировки температуры промежуточного теплоносителя путем его забора насосом через фильтр, охлаждения в АВО и возвращения обратно в установку самотеком, причем воздух нагретый аппаратами воздушного охлаждения используется для подачи на горение, технологические нужды, в производственно-бытовые помещения и тепличные сооружения.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволяет получить следующее преимущество по сравнению с прототипом: полностью исключить или уменьшить тепловое загрязнение окружающей среды от выбросов горячего воздуха от АВО в атмосферу.