[go: up one dir, main page]

RU2254526C2 - Method and device for vortex liquefying - Google Patents

Method and device for vortex liquefying Download PDF

Info

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
Application number
RU2002123893/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002123893A (en
Inventor
Ю.Г. Белостоцкий (RU)
Ю.Г. Белостоцкий
Original Assignee
Белостоцкий Юрий Григорьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Белостоцкий Юрий Григорьевич filed Critical Белостоцкий Юрий Григорьевич
Priority to RU2002123893/06A priority Critical patent/RU2254526C2/en
Publication of RU2002123893A publication Critical patent/RU2002123893A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2254526C2 publication Critical patent/RU2254526C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes 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
    • F25J1/0032Processes 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"
    • F25J1/0035Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes 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
    • F25J1/0032Processes 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"
    • F25J1/004Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0248Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming, maintenance; Back-up mode or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/10Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/66Separating acid gases, e.g. CO2, SO2, H2S or RSH
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/68Separating 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

FIELD: processes or apparatus for liquefying.
SUBSTANCE: method comprises flowing gas through one or two recuperative heat exchangers connected in series where the gas cools and low-boiling components are condensed and frozen, flowing the gas through a gas-expansion machine and/or an air throttle to the cold receiver. A part of the straight gas flow is branched into the cold and hot flows inside the energy separator made of, e.g., a two-flow vortex pipe. The cold flow is mixed with the return flow at the inlet to the heat exchanger. The hot flow is directed to the straight passage of the nonoperating recuperative heat exchanger-freezer.
EFFECT: enhanced efficiency.
2 cl, 3 dwg

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-separator 2, through a two-way valve switch 3 and a tee 4 is connected to the input of the direct channel 5 of the regenerative heat exchanger-freezer 6, which through the separator 7, through a two-way valve-switch 8 is connected to the input of the direct channel 9 of the second heat exchanger 10 The output of the direct channel 9 through the pneumatic throttle 11 is connected to the storage vessel (cold receiver) 12 having a gas and liquid cavity. The upper (gas) cavity of the cold receiver 12 through the return channel 13 of the heat exchanger 10 through the two-way valve switch 14, through the return channel 15 of the heat exchanger 6 and through the tee 16 is connected to the outlet 17 of the vortex liquefaction device. In addition, the separator 7 is connected to the fluid collector 18, also having gas and liquid cavities. The gas cavity of the fluid collector 18 is connected to a collector of heavy gas fractions (not shown in FIG. 1).

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).Inlet tee 2 is connected to the inlet pipe 19 of the two-stream vortex tube 20, which has still hot 21 and cold 22 ends (pipes). The hot end 21 through a two-way valve switch 23 and a tee 24, through a direct channel 25 of the second heat exchanger-freezer 26 - a backup of the heat exchanger-freezer 6, through a separator 27 is connected to a fluid collector 28, also having a gas and liquid cavity. The gas cavity of the fluid collector 28 is connected to a collector of heavy gas fractions (such a collector is also not shown in the figure).

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-freezer 26 is temporarily disconnected from operation by means of the corresponding two-way valve taps 3, 8, 14 and 23. Moreover, the connections of the direct and return channels of the heat exchanger-freezer 26 in FIG. 1 and the heat exchanger-freezer 6 in FIG. 2 are indicated by a dotted line. The contours of the defrosting heat exchanger-freezer 26 in figure 1 and figure 2 are also indicated by a dotted line. In addition, the dashed line shows the connection of the hot end 21 of the vortex tube with the tee 4 temporarily taken out of operation with the help of a crane switch 23.

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 cold end 22 of the vortex tube 20 using a two-way valve switch 14 can be connected either to the input of the return channel 15 of the heat exchanger 6, and then through the tee 16 to the output 17 of the vortex liquefaction device or to the input of the return channel 29 of the heat exchanger 26, and then through the tee 16 also with output 17 of this device.

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-separator 2.

В тройнике-разделителе 2 газ разделяется на два потока:In the tee-separator 2, the gas is divided into two streams:

- 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-way valve switch 3 and tee 4 is fed to the input of the channel 5 of the direct flow of the regenerative heat exchanger 6;

- второй поток поступает на вход 19 вихревой трубы 20.- the second stream enters the input 19 of the vortex tube 20.

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 regenerative heat exchanger 6, is cooled from the cold return flow 15.

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 heat exchanger 6 drops significantly below 273K, therefore, moisture condensing from the gas immediately freezes on the internal surfaces of this heat exchanger, gradually clogging the channel 5 and reducing its cross section, which negatively affects the operation of the entire device for cooling. Therefore, the operation of such a fluidizer is inevitably accompanied by periodic stops to thaw the ice formed inside the channel 5.

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-freezer 6 is duplicated with exactly the same heat exchanger-freezer, for example, heat exchanger 26, and they are periodically switched by special fittings (two-way switch taps), giving time for thawing of the internal ice. For a period of temporary stop for the purpose of defrosting the heat exchanger-freezer 26, the direct channel 25 is blown with warm compressed gas from the hot end 21 of the vortex tube 20 through a two-way valve switch 23 and a tee 24, and the resulting moisture is collected in the moisture collector 28, preventing it from falling into main channels of the fluidizing device. Therefore, with such a purge, the direct channel 25 and the moisture separator 27 are cut off from the main part of the device using two-way valve taps 3, 8, and 14. Heavy gas fractions separated from the melting gas hydrates after the separator 27 and the moisture collector 28 are first dumped into the liquid collector 18, and then in the collection of heavy gas fractions (not shown).

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-switches 3, 8, 14 and 23 change operating modes (see figure 2). This ensures the continuity of the device for cooling.

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 heat exchanger 6 to remove the moisture that forms, but also during the main operation, it can be useful in the presence of heavy fractions in the gas, for example, the presence of a propane-butane-pentane mixture in a cooled or liquefied natural gas, and which begin to condense earlier than the main gas (methane). Such a separator pre-separates heavy liquid fractions (including gas condensate), which are collected in the storage vessel 18, from which the gaseous fraction is removed. This allows you to improve the quality (uniformity of composition) of the gas mixture supplied to the liquefaction through the pneumatic throttle 11 in the fluid collector (cold receiver) 12.

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-switch 8, through the direct flow channel 9 of the heat exchanger 10 and the pneumatic throttle 11, after which it enters the cold receiver 12 (liquid gas storage vessel).

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 direct channel 9 of the heat exchanger 10, the gas is additionally cooled from the return stream 13, which is a low-temperature low-pressure stream of non-condensing gas in the vessel 12. In the pneumatic throttle 11, cold gas is throttled and strongly cooled down, therefore, two phases are formed in it - liquid and gaseous. Entering the cold receiver 12 (storage vessel), the two-phase flow is divided:

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 return channel 13 of the heat exchanger 10, cools the stream 9, passes through a two-way valve switch 14, where it mixes with the cold stream from the vortex tube 20, passes through the return channel 15 of the heat exchanger 6, is heated from direct flow 5 and cools it. In this state, the return flow enters the output 17 of the vortex fluidizing device.

Второй поток, поступающий на вход 19, в вихревой трубе 20 разделяется на два потока:The second stream entering the input 19 in the vortex tube 20 is divided into two streams:

- 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 tee 24, and then enters the direct channel 25 of the heat exchanger 26 and thaws the ice inside it;

- 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-way valve switch 14 into the return channel 15 of the heat exchanger 6.

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-freezer 26 is included in the main operation. Moreover, as a result of switching two-way valve taps 3, 23, 14 and 8, the direct flow from the inlet 1 passes in a different way: tee 2, valve 3, tee 24, channel 25 of the direct flow of the heat exchanger 26, water separator 27, valve 8, channel 9 direct flow of the heat exchanger 10 and through the pneumatic throttle 11 to the refrigerator 12, wherefrom the reverse flow through the channel 13 of the heat exchanger 10, through a two-way mixer valve 14, where it is mixed with cold flow from the vortex tube 20, through the return channel 29 of the heat exchanger 26, through the tee 16 exit 17 vortex sting device.

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 hot end 21 of the vortex tube 20 passes through the valve 23, through the tee 4 enters the direct channel 5 of the heat exchanger 6 and thawing the ice inside it. Thawed moisture flows through the moisture separator 7 into the storage vessel 18. In this case, only ice inside the direct flow channels 5 (or 25) is heated, which significantly reduces the effect of the heat flow on other elements of the heat exchangers.

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 heat exchanger 10, for example, with one heat exchanger-freezer 6 (or 26) included in the operation and one exited heat exchanger-freezer 26 (or 6).

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 pneumatic throttle 11 can be used, but also a combination of an expander 30 with a pneumatic throttle 11, as shown in FIG. 3. Moreover, 31 is the load of the expander.

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)

1. Способ работы вихревого ожижающего 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 пневморасширитель, например через детандер и/или пневмодроссель, в холодоприемник, причем часть прямого потока отводят в энергоразделитель (выполненный, например, в виде двухпоточной вихревой трубы), в котором газ разделяют на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток смешивают с обратным потоком на входе в теплообменник, отличающийся тем, что горячий поток энергоразделителя направляют в прямой канал отключенного от работы рекуперативного теплообменника-вымораживателя.1. The method of operation of a vortex fluidizing 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 expander, for example through an expander and / or pneumatic throttle, into a cold receiver, moreover, a part of the direct flow is diverted to an energy separator (made, for example, in the form of a two-stream vortex tube), in which the gas is separated into cold and hot flows, that cold flow is mixed with return flow at the inlet of the heat exchanger, characterized in that the hot flow energorazdelitelya directed to a forward channel operation disconnected from the recuperative heat exchanger-vymorazhivatelya. 2. Вихревое ожижающее устройство, содержащее разделитель потока газа, один или два последовательно соединенных теплообменника, один из которых является рекуперативным теплообменником-вымораживателем, снабженным выведенным из работы дублером - таким же рекуперативным теплообменником-вымораживателем, энергоразделитель (выполненный, например в виде вихревой трубы), холодный патрубок которого подключен к входу обратного канала теплообменника, а также пневморасширитель, выполненный, например, в виде дросселя, и холодоприемник, отличающееся тем, что горячий патрубок энергоразделителя подключен к прямому каналу отключенного от работы рекуперативного теплообменника-вымораживателя.2. A vortex fluidizing device containing a gas flow separator, one or two series-connected heat exchangers, one of which is a regenerative heat exchanger-freezer equipped with a stand-in duplicator - the same recuperative heat exchanger-freezer, an energy separator (made, for example, in the form of a vortex tube) , the cold pipe of which is connected to the input of the return channel of the heat exchanger, as well as a pneumatic expander, made, for example, in the form of a throttle, and a cold receiver, distinguishing The fact is that the hot branch pipe of the energy separator is connected to the direct channel of the recuperative heat exchanger-freezer disconnected from operation.
RU2002123893/06A 2002-08-30 2002-08-30 Method and device for vortex liquefying RU2254526C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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