ПОДОГРЕВАТЕЛЬ НЕФТИ

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности, к устройствам для нагрева нефти, водо-нефтяных эмульсий, нефтегазовых смесей, нефтепродуктов, газа.
Известен подогреватель нефти, имеющий горизонтально вытянутый цилиндрический корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, горелочное устройство, дымовую трубу и расширительный бак. В корпусе размещены топочная камера U-образной формы, в которую введены поперечные переточные трубы, и расположенный над ней, по меньшей мере, один продуктовый трубчатый змеевик в виде ряда секций, смещенных относительно друг друга. Трубы продуктового змеевика плотно уложены в каждой из секций по типу двухзаходной спирали в виде ряда горизонтально вытянутых параллельных участков труб в направлении протяженности подогревателя с изогнутыми участками труб в местах поворота и перехода с уровня на уровень. Подогреватель нефти повышает уровень пожаробезопасности без понижения теплотехнических характеристик (патент РФ 2380611, приоритет 13.02.2007, М.кл: F22B 7/00). Однако данное изделие достаточно тяжелое, громоздкое, энергоемкое, требуются значительные затраты по его транспортировке и монтажу. Так как используется горелочное устройство, данный подогреватель нефти экологически небезопасен.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству для подогрева нефти является «Скоростной подогреватель нефти СПН», разработанный ЗАО «Завод Сибирского Технологического Машиностроения», г.Новосибирск (www.zstm.ru/skorostnoj-podogrevatel-nefti.htlm), в котором подогрев нефти осуществляется двухконтурной системой, где первым контуром является собственно поток нефти, проходящей по трубопроводу в скоростной теплообменник, а вторым контуром является поток разогретой жидкости: воды, тосола, этиленгликолевой смеси, подогревающей нефть с последующей перекачкой последней далее в трубопровод. При этом нагрев теплоносителя осуществляется электроиндукционным устройством. СПН представляет собой комплектную установку, состоящую из узла нагрева, скоростного теплообменного устройства и теплотехнической обвязки. В этом устройстве, с целью пожарной безопасности, узел нагрева и скоростной теплообменник установлены в отдельных блоках.
Основными недостатками описанного устройства являются: зависимость теплового КПД и индукционного нагревателя от качества воды, невысокий, в целом, КПД системы, что присуще индукционным нагревателям, недостаточный ресурс устройства по причине длительного непрерывного цикла работы. Кроме того, расположение узла нагрева и скоростного теплообменника в отдельных блоках делают это устройство громоздким и трудоемким в монтаже.
Задача предлагаемой полезной модели - повышение КПД системы нагрева, снижение энергозатрат на подогрев теплоносителя, снижение зависимости системы от качества воды или другого теплоносителя, повышение ресурса подогревателя, а также снижение трудоемкости процессов транспортировки, монтажа и эксплуатации.
Поставленная задача реализуется благодаря тому, что в предлагаемом устройстве, содержащем скоростной теплообменник, в первом контуре которого течет нефть, а втором контуре - теплоноситель, устройство нагрев теплоносителя, устройство автоматического управления, технологический трубопровод подвода и отвода нефти с установленными на нем датчиками температуры, центробежный насос с приводным электродвигателем, расширительный бачок, клапан регулирования, в качестве устройства нагрева теплоносителя использован кавитационно-вихревой теплогенератор, установленный в одном технологическом модуле со скоростным теплообменником, центробежным насосом с приводным электродвигателем, расширительным бачком, клапаном регулирования и технологическим трубопроводом подвода и отвода нефти с установленными на нем датчиками температуры, при этом технологический модуль размещен на едином основании с устройством автоматического управления, выполненным в виде отдельного модуля.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. показана схема подогревателя нефти на основе кавитационно-вихревого теплогенератора и скоростного теплообменника кожухо-трубчатого типа.
Предлагаемый подогреватель нефти содержит кавитационно-вихревой теплогенератор 1, устройство автоматического управления 2, скоростной теплообменник 3, технологический трубопровод подвода нагреваемой нефти 4, технологический трубопровод отвода нагретой нефти 5, центробежный насос 6, электродвигатель 7, расширительный бачок 8, клапан регулирования 9, датчики температуры 10 и 11, установленные на технологических трубопроводах подвода и отвода нефти.
Все составные элементы подогревателя нефти - позиции 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, и 11 (кроме устройства автоматического управления 2) расположены в одном технологическом модуле, размещенном на едином основании с устройством автоматического управления 2, выполненным в виде отдельного модуля.
Устройство работает следующим образом. По технологическому трубопроводу 4 нефть поступает в первый контур скоростного теплообменника 3, во втором контуре которого циркулирует теплоноситель (вода или любая другая незамерзающая жидкость), поступающий из кавитационно-вихревого теплогенератора 1. Теплоноситель разогревает нефть в контуре и в режиме циркуляции возвращается в центробежный насос 6 для подачи в кавитационно-вихревой теплогенератор 1. Центробежный насос 6 приводится в движение электродвигателем 7, управляемым с помощью устройства автоматического управления 2, расположенного в отдельном модуле. Нагретая нефть движется далее по технологическому трубопроводу 5. Расход теплоносителя во втором контуре регулируется производительностью насоса 6, управляемого изменением частоты вращения электродвигателя 7, которая регулируется, в свою очередь, управляющим сигналом устройства автоматического управления 2, получающего команду от датчиков температуры потока нефти 10 и 11. Расширительный бачок 8 поддерживает необходимый уровень давления во втором контуре. Клапан 9 позволяет производить регулировку расхода теплоносителя во втором контуре.
Благодаря применению кавитационно-вихревого теплогенератора значительно повышается КПД, уменьшается энергопотребление, и снижаются требования к качеству рабочей среды, будь то вода, или любая незамерзающая жидкость, например, тосол. Размещение всех составных элементов подогревателя нефти на едином основании повышает мобильность системы, уменьшает трудоемкость транспортировки, монтажа и демонтажа.
3
В соответствии с сущностью полезной модели был изготовлен опытный образец с использованным теплообменником СТ-50 с пропускной способностью до 4,5 м в час водо-нефтяной суспензии с высоким содержанием попутного газа (первый контур системы). В качестве теплоносителя использован тосол.
1
2
Повышение температуры перекачиваемой нефти: зимой до 30°C, летом до 40°C. Регулирование работы системы - автоматическое. Управление процессом автоматического регулирования выполняется контролем нагрева в первом контуре, то есть разностью температур T и T (поз.10-11 на фиг.)
Объектом регулирования является расход жидкости во втором контуре, что непосредственно связано с производительностью насоса 6.
Основным преимуществом заявляемого подогревателя нефти является уменьшение потребляемой мощности системы с 50 кВт у прототипа до 15 кВт у заявляемой полезной модели, а также снижение трудоемкости процессов транспортировки, монтажа и эксплуатации.