ПОДОГРЕВАТЕЛИ ГАЗА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ

Содержание

устройство и способ для подогрева газа в трубопроводе

Изобретение касается устройства и способа для подогрева газа перед снижением высокого давления и после него. Способ нагрева находящегося под высоким давлением горючего газа перед снижением его давления заключается в том, что нагрев производят сжиганием части газа непосредственно в содержащем газ резервуаре. Нагретый газ затем расширяют. Изобретение позволяет по экологическим и техническим показателям достичь высокого использования теплоты сгорания без привлечения дополнительного устройства для сжигания. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева находящегося под высоким давлением горючего газа перед снижением его давления, отличающееся тем, что в устройстве предусмотрен резервуар для нагрева содержащегося в нем газа путем непосредственного сжигания части этого газа, а также устройство для расширения нагретого газа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержащий газ резервуар представляет собой трубопровод.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сжигание происходит в среде кислородсодержащего газа.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что кислородсодержащий газ представляет собой чистый кислород.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит трубопровод для подачи кислорода или кислородсодержащего газа в другой трубопровод для горючего газа, причем трубопровод для подачи кислорода или кислородсодержащего газа установлен с возможностью проникновения в трубопровод для горючего газа, причем трубопровод для подачи кислорода или кислородсодержащего газа выполнен с изгибом таким образом, что плоскость поперечного сечения с отверстием располагается перпендикулярно к направлению потока газа, подаваемого по трубопроводу для горючего газа, с обеспечением смешивания кислородсодержащего газа с подлежащим сжиганию газом, вступающим в реакцию замещения с ним.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что находящийся под высоким давлением горючий газ является природным газом.

7. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что для сжигания предусмотрен катализатор.

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что для высушивания газа и отвода образующейся при горении воды предусмотрены водоотделители, установленные как перед зоной расширения газа, так и после нее.

9. Устройство по одному из пп.1-8, отличающееся тем, что для сжигания предусмотрен газовый распределитель с запальным устройством и при необходимости катализатором.

10. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что для сжигания предусмотрена горелка, в которой изменены на противоположные направления подачи горючего газа и кислородсодержащего газа.

11. Устройство по одному из пп.1-10, отличающееся тем, что в трубопроводе для горючего газа установлен элемент аэродинамического сопротивления.

12. Способ нагрева находящегося под высоким давлением горючего газа перед снижением его давления, отличающийся тем, что нагрев производят сжиганием части газа непосредственно в содержащем газ резервуаре, причем нагретый газ расширяется.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в качестве содержащего газ резервуара используют трубопровод.

14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что для сжигания используют кислородсодержащий газ.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют чистый кислород.

16. Способ по одному из пп.12-15, отличающийся тем, что кислород или кислородсодержащий газ вводят через трубопровод в подводящий горючий газ трубопровод, кислородсодержащий газ смешивают с горючим газом, и смесь подают к месту реакции.

17. Способ по одному из пп.12-16, отличающийся тем, что в качестве находящегося под высоким давлением горючего газа используют природный газ.

18. Способ по одному из пп.12-17, отличающийся тем, что для сжигания используют катализатор.

19. Способ по одному из пп.12-18, отличающийся тем, что для высушивания газа и отвода образующейся при горении воды используют водоотделители, установленные как перед зоной расширения газа, так и после нее.

20. Способ по одному из пп.12-19, отличающийся тем, что для сжигания используют газовый распределитель с запальным устройством и при необходимости с катализатором.

21. Способ по одному из пп.12-20, отличающийся тем, что для сжигания используют горелку, в которой направления потоков горючего газа и кислородсодержащего газа изменяют на противоположные.

22. Способ по одному из пп.12-21, отличающийся тем, что в трубопроводе для горючего газа используют элемент аэродинамического сопротивления.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается устройства и способа для подогрева газа перед снижением высокого давления и после него.

Многие горючие газы в естественном состоянии или при техническом использовании хранятся под высоким давлением. Например, природный газ, добываемый из подземных месторождений, находится под высоким давлением так же, как газы в подземных газохранилищах или больших напорных резервуарах. Газы, давление которых уменьшается, например, при добыче, подаче из хранилища или в газовой турбине, сильно охлаждаются вследствие расширения. Это создает определенные технические проблемы, поскольку, например, могут обледеневать подводящие трубопроводы, или изменяются физические характеристики газов, или снижается воспламеняемость. Для устранения этих технических недостатков и компенсации охлаждения газ нагревается до или после уменьшения давления. Обычно этот нагрев производится до уменьшения давления, т.е. при высоком давлении газа.

В качестве известных устройств для подогрева, в частности в установках подземных хранилищ природного газа, применяются в основном две различных системы — устройства подогрева газа или газовые нагреватели. Оба типа устройств обычно содержат три составные части: генератор тепловой энергии, теплообменник и систему теплоносителя. Они различаются только по форме выполнения или по типу пространственной конструкции. В устройстве подогрева газ, находящийся под давлением в хранилище, пропускают через теплообменник. В теплообменнике газ нагревают, а соответствующую теплонесущую среду, например смесь воды и этиленгликоля, охлаждают в противотоке параллельного трубопровода. Затем среду теплоносителя вновь нагревают в замкнутом цикле и повторно направляют назад в теплообменник. Регулирование температуры газа осуществляется в большинстве случаев посредством регулирования объема потока теплоносителя, пропускаемого через теплообменник, причем количество подаваемого теплоносителя зависит от снижения температуры газа после уменьшения давления. Контроль за температурой газа возможен также посредством регулирования объема потока газа. В устройствах для подогрева производственные затраты помимо затрат на генератор тепловой энергии, теплообменник и систему теплоносителя включают затраты на здание котельной для генератора тепловой энергии, а также на оборудование для обеспечения безопасности и регулирующее устройство как для котельного агрегата, так и для системы теплоносителя. Подача тепла может осуществляться посредством сжигания жидкого или газообразного топлива, использования электрической энергии или применения газовых теплонасосов.

Газовые нагреватели представляют собой устройства для подогрева, в которых выработка тепловой энергии и ее передача потоку газа, поступающему из хранилища, происходит на одном этапе. Нагреватели представляют собой горизонтальные резервуары, оборудованные в нижней части жаровыми трубами, а в верхней части пучками труб, при этом промежуточное пространство заполнено средой теплоносителя. Газ из хранилища и природный газ, необходимый для нагрева водяной бани, протекают навстречу друг другу в газовом нагревателе, при этом среда теплоносителя нагревается жаровыми трубами. При этом температура газа регулируется непосредственно на генераторе тепловой энергии посредством регулирования потока топлива в соответствии с необходимым расходом тепла. В отличие от устройств для подогрева газа нагреватели природного газа монтируют полностью под открытым небом, и производственные затраты помимо трех вышеуказанных составных частей включают также затраты на оборудование для обеспечения безопасности и на регулирующее устройство как для горючего газа, так и для газа из хранилища.

В отличие от представленной здесь основной концепции из публикации WO 94/11626 (Кюк и другие) известен способ нагрева газа в теплообменнике перед расширением подобно тому, как это описано в обоих вышеописанных устройствах. Однако в этом случае подогрев производят с помощью отработавших газов маленьких теплоэлектростанций блочного типа, причем используют газовый двигатель внутреннего сгорания и генератор. Отработавший газ двигателя внутреннего сгорания нагревает в теплообменнике газ, поступающий из хранилища, до его расширения. С помощью теплоэлектростанции посредством генератора производится электрическая энергия, которая может подаваться в сеть.

Из патента ЕР 0453007 (Фервей) известен первоначальный вариант вышеуказанной системы. В этом случае также используется двигатель внутреннего сгорания, преимущественно газовый двигатель, при этом помимо отработавших газов для нагрева используется отходящее тепло двигателя и необходимый для горения воздух. Воздух перед использованием в двигателе охлаждают в противотоке в теплообменнике. Соответственно применяется несколько теплообменников, при этом предлагается применять один теплообменник до и другой, по возможности, после расширения газа, поступающего из хранилища. В этом случае двигатель внутреннего сгорания также приводит в действие генератор, производящий электрическую энергию.

Патент US 125168 (Нортон и другие) касается устройства для нагрева потока жидкости. При этом отдельные потоки природного газа и воздуха под контролем сжимают, передают в инжекционную область и область смешивания при расширении одного и сжатии другого газа, затем направляют в устройство сгорания и посредством теплообменника используют отработавшие газы для нагревания жидкости. Эта система может быть также использована для нагрева газа, поступающего из хранилища.

Во всех вышеуказанных способах поток газа, поступающий из хранилища, нагревают только в теплообменнике или при использовании теплонесущей среды. Сначала газ до снижения давления, т.е. еще под высоким давлением, нагревают в теплообменнике. Недостаток предложенных устройств с установкой для сжигания состоит в том, что они требуют получения разрешения на использование, а также высокого уровня техники безопасности. Энергию получают или из горючего газа, или газового котла, который топится природным газом. Очевидным недостатком описываемых установок является то, что они не отвечают требованиям экологических нормативов, поскольку ни одна из описанных установок не может использовать теплоту сгорания сжигаемого топлива на 100%. Соответственно низким является коэффициент полезного действия применяемых до настоящего времени установок, то есть для достижения желаемого эффекта необходимо соответственно использовать значительное количество энергии.

Таким образом, в настоящее время существует потребность в устройстве или способе, в котором по экологическим и техническим показателям достигается высокое использование теплоты сгорания и не используется установка для сжигания, для применения которой требуется разрешение. Соответственно устройство должно отвечать требованиям экологических нормативов и экономичного энергообеспечения.

Согласно изобретению предлагается использовать устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Ряд опытов неожиданно показал, что возможно осуществлять сжигание под контролем части потока находящегося под высоким давлением горючего газа в закрытом резервуаре и обеспечивать тем самым непрерывный нагрев газа.

Горючий газ подается под высоким давлением из хранилища. Он протекает по трубопроводу до участка, куда подают кислород в чистом или разбавленном виде. Подача может производиться через газовый распределитель, соединенный с запальным устройством и устройством для контроля за процессом горения, или через горелку. Сжигание производят под контролем, при этом расход кислорода или подлежащего подаче кислородсодержащего газа контролируют посредством измерения температуры. При нагреве газа путем непосредственного сжигания в трубопроводе возникает в том числе вода, часть которой может находиться в жидком состоянии. Перед снижением давления газа ее отделяют в сепараторе. Затем давление подогретого насыщенного водяным паром газа снижают до более низкого значения, расширяя его с помощью подходящего устройства, например дроссельного клапана или газовой турбины. Далее установлен термочувствительный датчик, а затем в большинстве случаев еще один водоотделитель, за которым установлена сама по себе известная сушильная установка, например, в виде этиленгликолевой установки мокрой газоочистки.

В настоящем изобретении в отдельных случаях оказывается выгодным проводить сжигание при использовании чистого кислорода или любой смеси из кислорода и воздуха вместо чистого воздуха. Во избежание высоких температур сжигание можно поддерживать также путем использования подходящего катализатора.

Изобретение поясняется описанием способа с привлечением упрощенной технологической схемы (фиг.1).

Горючий газ, в качестве которого в описываемом варианте использован метан, подают из хранилища под давлением, например, 180 бар (18000 кПа). Возможные твердые или жидкие примеси улавливают в сепараторе 6. Температура газа составляет в большинстве случаев в зависимости от условий хранения от 10 до 30 o С. В таком состоянии газ поступает к участку 11 в трубопроводе, куда подают кислород 3 в чистом или разбавленном виде. Подачу производят или через газовый распределитель, соединенный с запальным устройством и устройством для контроля за процессом горения, а также окислительным катализатором, или через горелку, в которой по сравнению с обычными горелками изменено направление потоков природного газа и кислородсодержащего газа. Количество подаваемого кислорода контролируют посредством измерения температуры. Датчик 8 температуры находится в трубопроводе 1 за участком 9, где осуществляют снижение давления, до или после третьего водоотделителя 6b. При нагреве газа путем непосредственного сжигания в трубопроводе среди прочего образуется вода, часть которой может находиться в жидком состоянии. Перед снижением давления газа ее отделяют в водоотделителе 6а. Затем давление подогретого насыщенного водяным паром газа снижают, например, со 180 бар (18000 кПа) до какого-то более низкого значения с помощью подходящего устройства, например газовой турбины. К устройству для снижения давления подключены в любой последовательности датчик 8 температуры и еще один водоотделитель 6b, за которым, как правило, следует сушильная установка 12.

Способ подробнее поясняется на следующих числовых примерах, причем в качестве горючего газа принимается природный газ.

Подаваемый из подземного хранилища природный газ до снижения давления должен быть нагрет так, чтобы температура природного газа после снижения давления до 40 бар (4000 кПа) составляла около 5 o С.

Исходные параметры представлены в таблице.

Термодинамический анализ показывает, что до снижения давления природный газ должен быть нагрет от 20 до 46 o С. Для этого к каждому килограмму природного газа следует добавить 0,0067 кг кислорода, который затем вступит в реакцию с природным газом с образованием Н 2 О и СО 2 . При других условиях должны соответственно достигаться другие температуры и добавляться другое количество кислорода.

Далее изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его выполнения со ссылками на чертежи, на которых
фиг. 2 изображает вариант выполнения, в котором сжигание проводят на катализаторе,
фиг. 3 изображает вариант выполнения, в котором сжигание газа проводят в горелке.

В варианте выполнения, показанном на фиг.2, часть газа, чаще природного газа, проходящего по трубопроводу 1, направляют через центральную трубу 2. На входе в центральную трубу 2 по трубопроводу 3 подается кислород. На участке 4 смешивания кислород и газ смешиваются. Для этого участок 4 может содержать встроенные элементы, способствующие процессу смешивания. Сжигание газа происходит на катализаторе 5. В некоторых случаях целесообразно располагать катализатор 5 так, чтобы газ сгорал не весь или неполностью. В этом случае необходимо присоединить дополнительный участок смешивания и дополнительный катализатор. Это пояснено на фиг.2, где показаны элементы 4″, 5″. Для того чтобы пропустить газ в достаточном количестве через центральную трубу 2, которая оказывает потоку газа повышенное сопротивление из-за наличия встроенных элементов 4, 5, в поперечном сечении трубопровода 1 в области центральной трубы 2 встраивают элемент аэродинамического сопротивления 60, который в простом случае представляет собой кольцо из жести.

В варианте выполнения, показанном на фиг.3, сжигание природного газа происходит в горелке 7. Горелка 7 размещена в центральной трубе 20, которая находится в трубе 10, через которую подают газ, чаще всего природный газ. Горелка 7 может быть выполнена как простая диффузионная горелка или горелка предварительного смешения. В последнем случае она содержит не показанные на фиг. 3, однако известные по горелке Бунзена устройства, которые позволяют смешивать газ и кислород. Также не показаны на фиг.3 запальное приспособление и устройство для контроля за процессом горения, которые обычно используются при работе горелки. Кислород подается через трубопровод 30. Для улучшения горения целесообразно в центральной трубе 20 разместить еще один катализатор 50″. Аэродинамическое сопротивление 60 служит для направления достаточного потока газа через центральную трубу 20.

ПОДОГРЕВАТЕЛИ ГАЗА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ

В составе технологического оборудования газораспределительных станций (ГРС), компрессорных станций (КС) присутствуют подогреватели, предназначенные для подогрева газа перед дросселированием.

При понижении давления газа происходит понижение его температуры (эффект Джоуля-Томсона). При этом возникает нестабильная работа регуляторов давления газа, узлов учёта, арматуры, загидрачивание газопроводов.

Для борьбы с этими негативными явлениями широко применяются подогреватели газа с промежуточным теплоносителем.
Наибольшее применение получил подогреватель газа типа ГПМ-ПТПГ-30М, основные технические данные которого представлены в таблице 1.

Таблица 1

Конструктивно подогреватель представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем. В нижней части корпуса располагается теплогенертор, состоящий из жаровой трубы, соединённой пучком дымогарных труб с поворотным коробом, в свою очередь сообщающимся с дымовой трубой. Жаровая труба оснащена горелочным устройством. В верхней части корпуса расположен теплообменник.

Работа подогревателя осуществляется следующим образом:

В горелочных устройствах сжигается энергоноситель. Образовавшиеся продукты сгорания проходят последовательно жаровую трубу и дымогарные трубы, где передают своё тепло промежуточному теплоносителю, после чего эвакуируются через дымовые трубы. Нагревшийся промежуточный теплоноситель передаёт тепло подогреваемому газу через стенки труб теплообменника.

Выполненным анализом фактических данных работы подогревателей газа на действующих ГРС и КС в различных регионах России установлено:

Разность температур входа-выхода подогреваемого газа не соответствовала проектным значениям, равным 70 °С. Температура поддерживалась равной значениям, необходимым для компенсации потерь тепла при редуцировании газа и в подавляющем числе случаев составляла не более 25 °С. Соответственно, номинальная теплопроизводительность подогревателя использовалась не более, чем на 30—40%.
Производительность по подогреваемому газу колебалась от 2 000 нм 3 /ч до 30 000 нм 3 /ч. Однако, даже при производительности 30 000 нм 3 /ч, нагрев газа производился не более, чем на 25 °С, следовательно, невостребованной оставалась также более половины номинальной теплопроизводительности.
На подогревателях, работающих на низких нагрузках, наблюдалось обильное выпадение конденсата, подогреватели работали на запальнике, с выключенной основной горелкой, что является нарушением правил промышленной безопасности.

Кроме того, работа газовых горелок на низких режимах, ниже паспортных в 10—15 раз, приводила к нестабильной работе горелок, пульсации факела, большой потере тепла от химической неполноты сгорания. Учитывая эти факторы, ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные» предусматривает защитное отключение горелок при отклонении давления газа перед ними на 30% ниже или выше номинального значения, что при эксплуатации подогревателей не выдерживается.

Причинами, объясняющими сложившуюся ситуацию, на наш взгляд, являются:

Основным параметром работы ГРС, КС является их пропускная способность. Соответственно, проектными организациями при подборе подогревателей газа для использования в составе ГРС, КС, за основу принимается соответствие их пропускной способности параметрам ГРС, КС. При этом, теплопроизводительность подогревателя при работе в реальных условиях, как правило, не проверялась, при подборе оборудования не учитывалась.
Фактическая загрузка ГРС намного ниже проектной. Технические условия на проектирование объектов выдавались с учётом перспективы роста потребления газа, что в условиях экономического спада не выполнялось. Сезонные, суточные колебания производительности приводили к тому, что фактическая производительность ГРС составляла не более 40—50% от проектных значений.
Длительное время основным, а практически единственным подогревателем газа являлся по догреватель производительностью 30 000 нм 3 /ч, который применялся практически на всех необхо димых режимах. Только в последние два года нашим предприятием поставлены на серийное производство подогреватели газа ГПМ-ПТПГ-5, ГПМ-ПТПГ-10, ГПМ-ПТПГ-15М, производительностью соответственно, 5 000 нм 3 /ч, 10 000 нм 3 /ч, 15 000 нм 3 /ч.

Специалистами завода «Газпроммаш» выполнены расчёты, характеризующие работу подогревателей газа типа ПТПГ-30М во всём диапазоне эксплуатационных нагрузок.

Расчётами установлено следующее.

1. Дымовые газы, образующиеся в результате сгорания природного газа по ГОСТ 5542, конденсируются при температуре (точке росы), равной 55-60 °С, которая, в свою очередь, зависит от коэффициента избытка воздуха при работе горелок.

В результате режимной наладки горелки подогревателей настраи-ваются на работу с избытком воздуха 1,1, соответственно, температураточки росы в дальнейших расчётах принимается равной 60 °С.

Учитывая, что для стабильной работы подогревателя (исключения зависимости от погодных условий) температура уходящих дымовых газов должна быть выше точки росы на 10 °С, в дальнейшем считаем, что для исключения выпадения конденсата температура дымовых газов в пределах подогревателя не должна быть ниже 70 °С.

2. В таблице 2, а также на графиках 1, 2 приведёны результаты тепловых расчётов по догревателя газа ГПМ-ПТПГ-30М для производительностей по подогреваемому газу в диапазоне 1 000—30 000 нм 3 /ч при коэффициенте избытка воздуха на горелке, равном 1,1.

Таблица 2

Производител-ьность
по подогревае-

мому газу
нм 3 /ч

Перепад температур
на входе-выходе
из подогрева-

Видно, что при производительности до 3 000 нм 3 /ч выделение конденсата происходит в дымогарных трубах, причем, до 1 000 нм 3 /ч конденсат выделяется даже в жаровой трубе.

При производительности от 4 000 до 6 000 нм 3 /ч выделение конденсата происходит на входе в дымовую трубу и непосредственно в ней.
Объём выделяющегося конденсата не менее 4,8 кг/ч. На режимах от 1 000 до 5 000 нм 3 /ч расход топливного газа равен от 2 до 8 нм 3 /ч. Номинальный расход топливного газа на запальную горелку составляет 7 нм 3 /ч. Следовательно, до режима 5 000 нм 3 /ч подогреватель работает при выключенной основной горелке, исключительно на запальнике. Нижний предел производительности запальной горелки, при котором сохраняется её устойчивая работа, в соответствии с требованиями ГОСТ 21204, составляет 5,0 нм 3 /ч.

На режимах от 5 000 до 7 000 нм 3 /ч выделение конденсата происходит в дымовой трубе, максимальное его количество равно 17,6 кг/ч.

На этих режимах требуется работа основной горелки, которая включается, однако, работает также в недопустимом по ГОСТ 21204 режиме.

График 1. Зависимость температуры дымовых газов от объема подогреваемого газа при Δt=30 °С для подогревателя газа ГПМ-ПТПГ-30М

На режиме от 7 000 нм 3 /ч до 12 500 нм 3 /ч (разность температур входа — выхода подогреваемого газа 30 °С, коэффициент избытка воздуха 1,1) подогреватель работает с включёнными основной и запальной горелками, без выделения конденсата, однако, основная горелка продолжает работать в не допустимом по ГОСТ 21204 режиме.

Специалистами завода «Газпроммаш» проведена большая работа, направленная на расширение диапазона производительностей, в котором обеспечивается стабильная устойчивая работа горелки подогревателя. Нижнее значение этого диапазона составляет 25 м 3 /ч. Соответственно, использование этих горелок позволяет обеспечить надёжную работу подогревателя в диапазоне производительностей от 15 000 до 30 000 нм 3 /ч даже в случае перепада температур входа-выхода газа из подогревателя 30 °С.

График 2. Зависимость расхода топливного газа от объема подогреваемого газа при Δt=30 °С для подогревателя газаГПМ-ПТПГ-30М

Подогреватели газа различных производителей разработаны на одинаковые технические требования (тепловая мощность 1,0 МВт).

Фактические показатели работы подогревателей в составе ГРС, КС требуют не более 40% имеющейся тепловой мощности. Соответственно, практически все подогреватели работают с изложенными выше недостатками.

Некоторые производители для улучшения работы подогревателей на низких режимах исполь зуют дискретное регулирование (автоматическое включение-выключение основной горелки при непрерывной работе запальной горелки).

Однако, самые неблагоприятные режимы присутствуют при режимах до 5 000 нм 3 /ч, для обеспечения которых достаточно работы одной запальной горелки.
Следовательно, все негативные явления сохраняются.

Другие производители в стремлении улучшить работу подогревателя на низких режимах, при введении дискретного регулирования исключают работу как основной, так и запальной горелок, чем достигают ожидаемый эффект. Однако при этом нарушаются правила промышленной безопасности ПБ 12-529-03, которыми предписывается обязательное оснащение горелок мощностью свыше 0,4 МВт запальной горелкой, обеспечивающей факел у основной горелки в режиме розжига, а также на всех режимах работы подогревателя.

ВЫВОДЫ:

1. Оптимальный режим работы подогревателей газа ПТПГ-30М находится в диапазоне производительностей по подогреваемому газу от 15 000 до 30 000 нм 3 /ч и тепловой мощности не менее 50% от номинальной. При меньшей требуемой теплопроизводительности следует применять подогреватели газа ГПМ-ПТПГ-5, ГПМ-ПТПГ-10, ГПМ-ПТПГ-15М.

2. При работах по модернизации, либо разработке новых современных конструкций подогревателей, предназначенных для замены широко распространённых подогревателей производительностью 30 000 нм 3 /ч, следует ориентироваться на реально необходимые исходные технические данные:

производительность по подогреваемому газу — не более 25 000 нм 3 /ч;
разность температур на входе — выходе из подогревателя не более 45 °С;
теплопроизводительность подогревателя 0,5 Гкал/ч.

st3 img1

Первый подогреватель газа производства завода «Газпроммаш» на объекте. г. Балашов

st3 img2

Приемочные испытания подогревателя газа ГПМ-ПТПГ-30М в условиях компрессорной станции. г. Сызрань

Устройство и способ для подогрева газа в трубопроводе

Согласно изобретению предлагается использовать устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Изобретение поясняется описанием способа с привлечением упрощенной технологической схемы (фиг.1).

Исходные параметры представлены в таблице.

Термодинамический анализ показывает, что до снижения давления природный газ должен быть нагрет от 20 до 46 o С. Для этого к каждому килограмму природного газа следует добавить 0,0067 кг кислорода, который затем вступит в реакцию с природным газом с образованием Н₂О и СО₂. При других условиях должны соответственно достигаться другие температуры и добавляться другое количество кислорода.

Далее изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его выполнения со ссылками на чертежи, на которых фиг. 2 изображает вариант выполнения, в котором сжигание проводят на катализаторе, фиг. 3 изображает вариант выполнения, в котором сжигание газа проводят в горелке.

В варианте выполнения, показанном на фиг.2, часть газа, чаще природного газа, проходящего по трубопроводу 1, направляют через центральную трубу 2. На входе в центральную трубу 2 по трубопроводу 3 подается кислород. На участке 4 смешивания кислород и газ смешиваются. Для этого участок 4 может содержать встроенные элементы, способствующие процессу смешивания. Сжигание газа происходит на катализаторе 5. В некоторых случаях целесообразно располагать катализатор 5 так, чтобы газ сгорал не весь или неполностью. В этом случае необходимо присоединить дополнительный участок смешивания и дополнительный катализатор. Это пояснено на фиг.2, где показаны элементы 4′, 5′. Для того чтобы пропустить газ в достаточном количестве через центральную трубу 2, которая оказывает потоку газа повышенное сопротивление из-за наличия встроенных элементов 4, 5, в поперечном сечении трубопровода 1 в области центральной трубы 2 встраивают элемент аэродинамического сопротивления 60, который в простом случае представляет собой кольцо из жести.

В варианте выполнения, показанном на фиг.3, сжигание природного газа происходит в горелке 7. Горелка 7 размещена в центральной трубе 20, которая находится в трубе 10, через которую подают газ, чаще всего природный газ. Горелка 7 может быть выполнена как простая диффузионная горелка или горелка предварительного смешения. В последнем случае она содержит не показанные на фиг. 3, однако известные по горелке Бунзена устройства, которые позволяют смешивать газ и кислород. Также не показаны на фиг.3 запальное приспособление и устройство для контроля за процессом горения, которые обычно используются при работе горелки. Кислород подается через трубопровод 30. Для улучшения горения целесообразно в центральной трубе 20 разместить еще один катализатор 50′. Аэродинамическое сопротивление 60 служит для направления достаточного потока газа через центральную трубу 20.