RU2254526C2 - Method and device for vortex liquefying - Google Patents
Method and device for vortex liquefying Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254526C2 RU2254526C2 RU2002123893/06A RU2002123893A RU2254526C2 RU 2254526 C2 RU2254526 C2 RU 2254526C2 RU 2002123893/06 A RU2002123893/06 A RU 2002123893/06A RU 2002123893 A RU2002123893 A RU 2002123893A RU 2254526 C2 RU2254526 C2 RU 2254526C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- gas
- flow
- cold
- channel
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 43
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 241001237823 Paenibacillus vortex Species 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- ZQKFILWMCHINRD-UHFFFAOYSA-N butane pentane propane Chemical compound CCC.CCCC.CCCCC ZQKFILWMCHINRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
- F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
- F25J1/0248—Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming, maintenance; Back-up mode or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/10—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using combined expansion and separation, e.g. in a vortex tube, "Ranque tube" or a "cyclonic fluid separator", i.e. combination of an isentropic nozzle and a cyclonic separator; Centrifugal separation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
- F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
- F25J2220/66—Separating acid gases, e.g. CO2, SO2, H2S or RSH
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
- F25J2220/68—Separating water or hydrates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания охлаждающих и сжижающих устройств, работающих на использовании свойств расширяющегося газового потока в вихревых охлаждающих устройствах в так называемых вихревых трубах [1].The invention relates to the field of creating cooling and liquefying devices operating using the properties of an expanding gas stream in vortex cooling devices in so-called vortex tubes [1].
Известен способ работы вихревого сжижающего (охлаждающего) устройства, включающий пропускание газа прямым потоком через один или два последовательно соединенных рекуперативных теплообменника, где происходит охлаждение газа, конденсация легкокипящих компонентов и их вымораживание, подачу потока через пневмодроссель в холодоприемник, причем часть прямого потока отводят в двухпоточную вихревую трубу, в которой газ расширяют и разделяют на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток смешивают с обратным потоком на входе в теплообменник [2].A known method of operation of a vortex liquefaction (cooling) device, including passing gas in a direct stream through one or two successively connected recuperative heat exchangers, where gas is cooled, condensation of low-boiling components and their freezing, flow through a pneumatic throttle into a cold receiver, and part of the direct flow is diverted to a two-flow vortex tube, in which the gas is expanded and separated into cold and hot flows, while the cold stream is mixed with a reverse flow at the entrance to the heat the exchange [2].
Такой способ реализуется в конструкции, описанной в патенте [2], согласно которому известное вихревое сжижающее устройство содержит разделитель потока газа, один или два последовательно соединенных рекуперативных теплообменника с прямым и обратным каналами, пневмодроссель, холодоприемник и расширитель, выполненный в виде одной или нескольких последовательно соединенных двухпоточных труб, холодный патрубок которых подключен к входному патрубку обратного потока рекуперативного теплообменника.Such a method is implemented in the design described in the patent [2], according to which the known vortex liquefaction device comprises a gas flow separator, one or two successively connected recuperative heat exchangers with direct and return channels, an air throttle, a cold receiver and an expander made in the form of one or more in series connected two-line pipes, the cold pipe of which is connected to the inlet pipe of the return flow of the regenerative heat exchanger.
Так как на вход такого вихревого сжижающего устройства почти всегда поступает неосушенный (влажный) газ, то при температуре ниже 273К внутри канала прямого потока (канала высокого давления) рекуперативного теплообменника неизбежно будет намерзать влага и сопутствующие ей тяжелые газовые фракции, образующие твердые газогидраты (далее просто "лед"), что приводит к постепенному уменьшению эффективного сечения этого канала, уменьшению эффективной площади теплообмена, уменьшению удельной теплопроводности поверхности канала и, как следствие, к уменьшению производительности всего устройства. В конечном итоге, если не принять предохранительные меры, может произойти даже закупоривание такого канала.Since the inlet of such a vortex liquefaction device almost always receives undrained (wet) gas, at a temperature below 273K, moisture and the associated heavy gas fractions forming solid gas hydrates will inevitably freeze inside the direct flow channel (high pressure channel) of the regenerative heat exchanger (hereinafter simply “ice”), which leads to a gradual decrease in the effective section of this channel, a decrease in the effective heat transfer area, a decrease in the specific thermal conductivity of the channel surface and, as a result, to reduce the performance of the entire device. Ultimately, if precautionary measures are not taken, clogging of such a channel may even occur.
Это является недостатком.This is a disadvantage.
Обычно образовавшийся внутри канала лед удаляется за счет периодического подогрева всего теплообменника, например за счет продувки обратного канала неохлажденным газом, поступающим из входного патрубка, соединенного с трубопроводом высокого давления. Поэтому работа такого вихревого сжижающего устройства неизбежно сопровождается периодическими остановками для оттаивания льда, образовавшегося внутри канала. Для уменьшения времени потребного для оттайки (для уменьшения простоя установки) рекуперативный теплообменник дублируется другим, точно таким же теплообменником-вымораживателем, включаемым в работу на период оттайки первого теплообменника.Typically, ice formed inside the channel is removed by periodically heating the entire heat exchanger, for example, by blowing back the channel with uncooled gas coming from an inlet connected to a high pressure pipe. Therefore, the operation of such a vortex liquefaction device is inevitably accompanied by periodic stops to thaw the ice formed inside the channel. To reduce the time required for defrost (to reduce installation downtime), the regenerative heat exchanger is duplicated by another, exactly the same heat exchanger-freezer, included in the work for the defrost period of the first heat exchanger.
Но при этом температура газа, поступающая на вход устройства из магистральных трубопроводов, часто не превышает 5...10°С, что явно недостаточно для эффективного оттаивания. Кроме того, используя для продувки газ высокого давления, мы вынуждены его дросселировать, что еще более снижает его температуру. Да, к тому же, такой газ имеет повышенную влажность. Все это еще более уменьшает эффективность такого способа размораживания.But at the same time, the gas temperature entering the device inlet from the main pipelines often does not exceed 5 ... 10 ° C, which is clearly not enough for effective thawing. In addition, using high-pressure gas for purging, we are forced to throttle it, which further reduces its temperature. Yes, in addition, such a gas has high humidity. All this further reduces the effectiveness of this method of defrosting.
Это является недостатком.This is a disadvantage.
Для оттайки любого теплообменника-вымораживателя его можно продувать горячим потоком из вихревой трубы, входящей в комплект устройства для охлаждения по патенту [2]. При этом горячий газ можно подавать или в обратный, или в прямой канал.For defrosting of any heat exchanger-freezer, it can be blown hot stream from the vortex tube included in the set of the cooling device according to the patent [2]. In this case, hot gas can be supplied either to the return or direct channel.
Хотя температура газа, выходящего из горячего конца вихревой трубы, может быть достаточно высока (50...70°С и более) и такой газ способен растопить накопившийся лед в неработающем теплообменнике, но в процессе такого оттаивания, при подаче горячего газа в обратный канал, мы будем вынуждены подогревать всю массу металла теплообменных каналов (например, всю массу трубок в витом теплообменнике), все трубные доски, а также корпус и т.п., т.е. фактически весь теплообменник. Так, например, известно, что для отогрева указанным способом теплообменника массой 2000 кг до температуры окружающей среды требуется не менее 1,0...1,5 часа. Кроме того, для ввода в эксплуатацию отогретого теплообменника необходимо его опять весь выхолодить, на что потребуется потратить значительное количество холода, что к тому же весь процесс потребует значительного количества времени - опять-таки не менее указанных 1,0...1,5 часа.Although the temperature of the gas leaving the hot end of the vortex tube can be quite high (50 ... 70 ° C or more) and such a gas can melt the accumulated ice in an idle heat exchanger, but during such thawing, when hot gas is fed into the return channel , we will be forced to heat up the entire mass of metal of the heat-exchange channels (for example, the entire mass of tubes in a twisted heat exchanger), all tube plates, as well as the body, etc., i.e. virtually the entire heat exchanger. So, for example, it is known that at least 1.0 ... 1.5 hours are required for heating the heat exchanger weighing 2000 kg in this way to ambient temperature. In addition, to put into operation a heated heat exchanger, it is necessary to cool it all again, which will require a significant amount of cold, and besides, the whole process will require a significant amount of time - again, at least the specified 1.0 ... 1.5 hours .
Поэтому наиболее рационально горячий поток вихревой трубы подавать в прямой канал отключенного от работы рекуперативного теплообменника-вымораживателя.Therefore, it is most rational to feed the hot vortex tube stream into the direct channel of the recuperative heat exchanger-freezer disconnected from operation.
Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение указанных недостатков.The technical result of the present invention is to reduce these disadvantages.
Технический результат в части способа получается за счет того, что горячий поток энергоразделителя направляют в прямой канал отключенного от работы рекуперативного теплообменника-вымораживателя.The technical result in terms of the method is obtained due to the fact that the hot flow of the energy separator is directed into the direct channel of the recuperative heat exchanger-freezer disconnected from operation.
Технический результат в части устройства получается за счет того, что горячий патрубок энергоразделителя подключен к прямому каналу отключенного от работы рекуперативного теплообменника-вымораживателя.The technical result in terms of the device is due to the fact that the hot branch pipe of the energy separator is connected to the direct channel of the recuperative heat exchanger-freezer disconnected from operation.
Фиг.1 поясняет изобретение.Figure 1 illustrates the invention.
Входной патрубок 1 через тройник-разделитель 2, через двухходовый кран-переключатель 3 и тройник 4 соединен со входом прямого канала 5 рекуперативного теплообменника-вымораживателя 6, который через сепаратор 7, через двухходовый кран-переключатель 8 соединен со входом прямого канала 9 второго теплообменника 10. Выход прямого канала 9 через пневмодроссель 11 соединен с сосудом-накопителем (холодоприемником) 12, имеющим газовую и жидкостную полости. Верхняя (газовая) полость холодоприемника 12 через канал обратного потока 13 теплообменника 10 через двухходовый кран-переключатель 14, через канал обратного потока 15 теплообменника 6 и через тройник 16 соединен с выходом 17 вихревого сжижающего устройства. Кроме того, сепаратор 7 соединен со сборником жидкости 18, также имеющим газовую и жидкостную полости. Газовая полость сборника жидкости 18 соединена со сборником тяжелых газовых фракций (на фиг.1 не показан).The inlet pipe 1 through a tee-
С тройником-разделителем 2 соединен входной патрубок 19 двухпоточной вихревой трубы 20, которая имеет еще горячий 21 и холодный 22 концы (патрубки). Горячий конец 21 через двухходовый кран-переключатель 23 и тройник 24, через прямой канал 25 второго теплообменника-вымораживателя 26 - дублера теплообменника-вымораживателя 6, через сепаратор 27 соединен со сборником жидкости 28, также имеющим газовую и жидкостную полости. Газовая полость сборника жидкости 28 соединена со сборником тяжелых газовых фракций (на фигуре такой сборник также не показан).
Теплообменник-вымораживатель 26 временно отключен от работы с помощью соответствующих двухходовых кранов-переключателей 3, 8, 14 и 23. При этом выведенные из работы соединения прямого и обратного каналов теплообменника-вымораживателя 26 на фиг.1 и теплообменника-вымораживателя 6 на фиг.2 показаны пунктиром. Контуры поставленного на размораживание теплообменника-вымораживателя 26 на фиг.1 и на фиг.2 также обозначены пунктиром. Кроме того, пунктиром показано временно выведенное из работы с помощью крана-переключателя 23 соединение горячего конца 21 вихревой трубы с тройником 4.The heat exchanger-
Холодный конец 22 вихревой трубы 20 с помощью двухходового крана-переключателя 14 может быть соединен или с входом обратного канала 15 теплообменника 6, а далее, через тройник 16 с выходом 17 вихревого сжижающего устройства или с входом обратного канала 29 теплообменника 26, а далее через тройник 16 также с выходом 17 этого устройства.The
Рассматриваемое устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом (см. фиг.1).Consider a device for implementing the proposed method works as follows (see figure 1).
Через входной патрубок 1 в тройник-разделитель 2 поступает сжатый газ в исходном термодинамическом состоянии.Through the inlet pipe 1, the compressed gas in the initial thermodynamic state enters the tee-
В тройнике-разделителе 2 газ разделяется на два потока:In the tee-
- первый (прямой) поток через двухходовый кран-переключатель 3 и тройник 4 поступает на вход канала 5 прямого потока рекуперативного теплообменника 6;- the first (direct) flow through a two-
- второй поток поступает на вход 19 вихревой трубы 20.- the second stream enters the
Первый (прямой) поток, проходя через канал 5 прямого потока рекуперативного теплообменника 6, выхолаживается от холодного обратного потока 15.The first (direct) flow, passing through the channel 5 of the direct flow of the
При работе охлаждающего устройства в режиме обычного охладителя (или в режиме запуска ожижителя) температура газа в прямом канале 5 не опускается ниже 273К, поэтому влага просто конденсируется в этом канале и на выходе из него может быть извлечена обычным сепаратором (влагоотделителем или влагопоглотителем). Такой влагоотделитель может монтироваться отдельным от теплообменника узлом 7 или же совмещаться в одной конструкции с выходной (нижней) частью канала 5.When the cooling device is operating in the normal cooler mode (or in the liquefier start mode), the gas temperature in the direct channel 5 does not fall below 273K, so moisture simply condenses in this channel and can be removed at the outlet from it with a conventional separator (dehumidifier or desiccant). Such a moisture separator can be mounted separately from the heat exchanger unit 7 or combined in one design with the output (lower) part of the channel 5.
При работе охлаждающего устройства в режиме ожижителя температура газа в прямом канале 5 теплообменника 6 опускается значительно ниже 273К, поэтому влага, конденсируясь из газа, сразу же намерзает на внутренних поверхностях этого теплообменника, постепенно забивая канал 5 и уменьшая его поперечное сечение, что отрицательно сказывается на работе всего устройства для охлаждения. Поэтому работа такого ожижителя неизбежно сопровождается периодическими остановками для оттаивания льда, образовавшегося внутри канала 5.When the cooling device is operating in the liquefier mode, the gas temperature in the direct channel 5 of the
Для обеспечения непрерывности работы всего устройства теплообменник-вымораживатель 6 дублируют точно таким же теплообменником-вымораживателем, например теплообменником 26, и периодически их переключают специальной арматурой (двухходовые краны-переключатели), давая время для оттаивания внутреннего льда. На период временной остановки с целью оттайки теплообменника-вымораживателя 26 прямой канал 25 через двухходовый кран-переключатель 23 и тройник 24 продувают теплым сжатым газом от горячего конца 21 вихревой трубы 20, и на выходе собирают образующуюся влагу во влагосборнике 28, не допуская ее попадания в основные каналы сжижающего устройства. Поэтому при такой продувке прямой канал 25 и влагоотделитель 27 отсекаются от основной части устройства с помощью двухходовых кранов-переключателей 3, 8 и 14. Выделившиеся из тающих газогидратов тяжелые газовые фракции после сепаратора 27 и влагосборника 28 сбрасываются вначале в сборник жидкости 18, а далее - в сборник тяжелых газовых фракций (не показан).To ensure the continuity of the operation of the entire device, the heat exchanger-
После оттаивания рекуперативные теплообменники-размораживатели с помощью системы кранов-переключателей 3, 8, 14 и 23 меняются режимами работы (см. фиг.2). Так обеспечивается непрерывность работы устройства для охлаждения.After thawing, recuperative defrost heat exchangers using the system of faucets-
В случае работы в режиме низкотемпературного ожижения природного газа сепаратор (наружный 7 или расположенный внутри теплообменника) работает не только в нерабочий период, т.е. при размораживании теплообменника 6 для удаления образующейся влаги, но и в период основной работы он может быть полезным в случае присутствия в газе тяжелых фракций, например присутствия пропан-бутан-пентановой смеси в охлаждаемом или сжижаемом природном газе, и которые начинают конденсироваться раньше, чем основной газ (метан). Такой сепаратор предварительно отделяет тяжелые жидкие фракции (в том числе и газоконденсат), которые собираются в сосуде-накопителе 18, из которого газообразная фракция удаляется. Это позволяет повысить качество (однородность состава) газовой смеси, поступающей на ожижение через пневмодроссель 11 в сборник жидкости (холодоприемник) 12.In the case of operation in the low-temperature liquefaction mode of natural gas, the separator (external 7 or located inside the heat exchanger) operates not only during the non-working period, i.e. when defrosting the
После сепаратора 7 газовый прямой поток проходит через двухходовый кран-переключатель 8, через канал 9 прямого потока теплообменника 10 и пневмодроссель 11, после чего поступает в холодоприемник 12 (сосуд-накопитель жидкого газа).After the separator 7, the gas direct flow passes through a two-way valve-
В прямом канале 9 теплообменника 10 газ дополнительно охлаждается от обратного потока 13, представляющего собой низкотемпературный поток низкого давления несконденсировавшегося в сосуде 12 газа. В пневмодросселе 11 холодный газ дросселируется и сильно доохлаждается, поэтому в нем образуются две фазы - жидкая и газообразная. Поступая в холодоприемник 12 (сосуд-накопитель), двухфазный поток разделяется:In the
криогенная жидкость скапливается на дне, а очень холодная газообразная фаза уходит вверх, проходит через обратный канал 13 теплообменника 10, выхолаживая поток 9, проходит через двухходовый кран-переключатель 14, где смешивается с холодным потоком от вихревой трубы 20, проходит через обратный канал 15 теплообменника 6, подогревается от прямого потока 5 и выхолаживает его. В таком состоянии обратный поток поступает на выход 17 вихревого сжижающего устройства.cryogenic liquid accumulates at the bottom, and a very cold gaseous phase goes up, passes through the
Второй поток, поступающий на вход 19, в вихревой трубе 20 разделяется на два потока:The second stream entering the
- горячий 21, имеющий повышенную температуру и поступающий через двухходовый кран-переключатель 23 в тройник 24, а далее поступает в прямой канал 25 теплообменника 26 и размораживает лед внутри его;- hot 21, which has an elevated temperature and enters through a two-way valve switch 23 into a
- а также холодный 22, имеющий пониженную температуру и поступающий через двухходовый кран-переключатель 14 в обратный канал 15 теплообменника 6.- as well as cold 22, having a reduced temperature and coming through a two-
На фиг.2 показано это же устройство для охлаждения, но с переключенным на оттаивание выведенного из работы теплообменника-вымораживателя 6 (показан пунктиром), а взамен его теплообменник-вымораживатель 26 включен в основную работу. При этом в результате переключения двухходовых кранов-переключателей 3, 23, 14 и 8 прямой поток от входа 1 проходит уже другим путем: тройник 2, кран 3, тройник 24, канал 25 прямого потока теплообменника 26, влагоотделитель 27, кран 8, канал 9 прямого потока теплообменника 10 и через пневмодроссель 11 - в холодильник 12, откуда обратным потоком через канал 13 теплообменника 10, через двухходовый кран-смеситеь 14, где смешивается с холодным потоком от вихревой трубы 20, через обратный канал 29 теплообменника 26, через тройник 16 сбрасывается на выход 17 вихревого сжижающего устройства.Figure 2 shows the same cooling device, but with the thaw switched off from operation of the heat exchanger-freezer 6 (shown by a dotted line), and instead its heat exchanger-
Теплый газ от горячего конца 21 вихревой трубы 20 проходит через кран 23, через тройник 4 поступает в прямой канал 5 теплообменника 6 и размораживает лед внутри него. Оттаявшая влага через влагоотделитель 7 стекает в сосуд-накопитель 18. При этом подогреву подвергается только лед внутри каналов прямого потока 5 (или 25), что в значительной мере уменьшает воздействие теплового потока на другие элементы теплообменников.Warm gas from the
Работа вихревого сжижающего устройства по фиг.1 и 2 возможна и без теплообменника 10, например с одним включенным в работу теплообменником-вымораживателем 6 (или 26) и одним выведенным из работы теплообменником-вымораживателем 26 (или 6).The operation of the vortex liquefaction device of FIGS. 1 and 2 is possible without a
Горячий поток вихревой трубы можно подавать с любой стороны прямого канала теплообменника - либо с входа, либо с выхода.The hot stream of the vortex tube can be fed from either side of the direct channel of the heat exchanger - either from the inlet or from the outlet.
В качестве пневморасширителя может использоваться не только пневмодроссель 11, но и комбинация детандера 30 с пневмодросселем 11, как это показано на фиг.3. При этом 31 - нагрузка детандера.As a pneumatic expander, not only a
Кроме того, в качестве энергоразделителя может использоваться не только одна вихревая труба, но и несколько последовательно подключенных вихревых труб [1, c.111].In addition, not only one vortex tube, but also several vortex tubes connected in series can be used as an energy separator [1, p. 111].
Таким образом, подача горячего потока в прямой канал теплообменника-вымораживателя позволяет сократить время, необходимое для его размораживания, а также уменьшить время и энергозатраты, необходимые для его ввода в работу после размораживания. В этом состоит техническая сущность изобретения.Thus, the flow of hot flow into the direct channel of the heat exchanger-freezer allows you to reduce the time required for defrosting it, as well as reduce the time and energy required for putting it into operation after defrosting. This is the technical essence of the invention.
Такой технический прием позволяет обеспечить большую стабильность работы устройства для охлаждения (ожижения) по патенту [2].This technique allows for greater stability of the device for cooling (liquefaction) according to the patent [2].
Литература, принятая во вниманиеLiterature taken into account
1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969.1. Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. M.: Mechanical Engineering, 1969.
2. Артуров С.В. и др. Способ работы устройства для охлаждения и устройство для охлаждения. Патент РФ №2149324 от 26.03.1996 г.2. Arturov S.V. and other. The method of operation of the device for cooling and the device for cooling. RF patent No. 2149324 dated March 26, 1996
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002123893/06A RU2254526C2 (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Method and device for vortex liquefying |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002123893/06A RU2254526C2 (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Method and device for vortex liquefying |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002123893A RU2002123893A (en) | 2004-03-10 |
| RU2254526C2 true RU2254526C2 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35836074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002123893/06A RU2254526C2 (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Method and device for vortex liquefying |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2254526C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2290574C2 (en) * | 2005-02-15 | 2006-12-27 | Государственное учреждение Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции | Cold and heat producing apparatus in pressure reducing circuit with vortex pipe |
| RU2312278C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-10 | Государственное учреждение Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции | Device for generating cold or hot |
| RU2357165C2 (en) * | 2007-01-12 | 2009-05-27 | ООО "Лентрансгаз" | Natural gas liquefaction method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1096781A (en) * | 1963-10-16 | 1967-12-29 | Air Prod & Chem | Improvements in refrigeration |
| US3775988A (en) * | 1969-05-23 | 1973-12-04 | L Fekete | Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit |
| RU2149324C1 (en) * | 1996-03-26 | 2000-05-20 | Белостоцкий Юрий Григорьевич | Cooling device and method of its operation |
| RU2168124C2 (en) * | 1999-06-15 | 2001-05-27 | ЗАО "Сигма-Газ" | Method for liquefaction of natural gas |
| RU2168683C2 (en) * | 1999-06-15 | 2001-06-10 | ЗАО "Сигма-Газ" | Method of separation of liquefied hydrocarbons from natural gas |
-
2002
- 2002-08-30 RU RU2002123893/06A patent/RU2254526C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1096781A (en) * | 1963-10-16 | 1967-12-29 | Air Prod & Chem | Improvements in refrigeration |
| US3775988A (en) * | 1969-05-23 | 1973-12-04 | L Fekete | Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit |
| RU2149324C1 (en) * | 1996-03-26 | 2000-05-20 | Белостоцкий Юрий Григорьевич | Cooling device and method of its operation |
| RU2168124C2 (en) * | 1999-06-15 | 2001-05-27 | ЗАО "Сигма-Газ" | Method for liquefaction of natural gas |
| RU2168683C2 (en) * | 1999-06-15 | 2001-06-10 | ЗАО "Сигма-Газ" | Method of separation of liquefied hydrocarbons from natural gas |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2290574C2 (en) * | 2005-02-15 | 2006-12-27 | Государственное учреждение Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции | Cold and heat producing apparatus in pressure reducing circuit with vortex pipe |
| RU2312278C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-10 | Государственное учреждение Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции | Device for generating cold or hot |
| RU2357165C2 (en) * | 2007-01-12 | 2009-05-27 | ООО "Лентрансгаз" | Natural gas liquefaction method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002123893A (en) | 2004-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0733390B1 (en) | Cryogenic vapour recovery process and system | |
| RU2557945C2 (en) | Method for liquefaction of furnace gas from combustion plants | |
| US6158242A (en) | Gas dehydration method and apparatus | |
| CN100510574C (en) | Cryogenic liquefying refrigerating method and system | |
| NO318874B1 (en) | Process for the liquid formation of a methane-enriched stream | |
| EA016330B1 (en) | Method and process plant for liquefaction of gas | |
| RU2680285C2 (en) | Station for reducing gas pressure and liquefying gas | |
| US20090193817A1 (en) | Method for refrigerating a thermal load | |
| RU2254526C2 (en) | Method and device for vortex liquefying | |
| JPH11173711A (en) | Binary refrigeration equipment | |
| CA3123235C (en) | Methods for removal of moisture from lng refrigerant | |
| US5566555A (en) | Vapor recovery system with refrigeration and regeneration cycles | |
| US5369961A (en) | Apparatus for the defrosting of refrigerating driers below 0 degrees celsius | |
| RU2168124C2 (en) | Method for liquefaction of natural gas | |
| CN104729233B (en) | Natural gas liquefaction system with combination of auto-cascade refrigeration system and pulse tube refrigerator | |
| CN119394054B (en) | Variable flow direction load cold circulation oil gas recovery system | |
| RU2214564C2 (en) | Cooling device and method of operation thereof | |
| CN209279430U (en) | A kind of refrigeration equipment producing liquefied natural gas | |
| US20070012419A1 (en) | Method and device for cryocondensation | |
| RU2202078C2 (en) | Method of liquefaction of natural gas | |
| RU2157487C1 (en) | Natural gas liquefying process and device | |
| RU2178129C2 (en) | Method of liquefaction of gas and gas liquefaction unit for realization of this method | |
| SU1575024A1 (en) | Cryogenic unit | |
| RU2158400C1 (en) | Method and device for liquefaction of natural gas | |
| JPH08327192A (en) | Evaporator of freezer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120831 |