RU2793269C1 - Regasification and gas heater unit - Google Patents
Regasification and gas heater unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793269C1 RU2793269C1 RU2022119152A RU2022119152A RU2793269C1 RU 2793269 C1 RU2793269 C1 RU 2793269C1 RU 2022119152 A RU2022119152 A RU 2022119152A RU 2022119152 A RU2022119152 A RU 2022119152A RU 2793269 C1 RU2793269 C1 RU 2793269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- gas
- pipe
- receiving elements
- coolant
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 21
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 28
- 101000838578 Homo sapiens Serine/threonine-protein kinase TAO2 Proteins 0.000 description 7
- 102100023161 Seizure 6-like protein 2 Human genes 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 2
- 101000685293 Homo sapiens Seizure 6-like protein 2 Proteins 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 102200068707 rs281865211 Human genes 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для регазификации сжиженных углеводородных газов, жидкого водорода и других криогенных жидкостей, поступающих из стационарных хранилищ (хабов) и мобильных емкостей и подаче газа потребителю в широком диапазоне расходов.The invention relates to the field of heat engineering and can be used for regasification of liquefied hydrocarbon gases, liquid hydrogen and other cryogenic liquids coming from stationary storages (hubs) and mobile tanks and gas supply to the consumer in a wide range of costs.
Известен испаритель криогенной жидкости (патент РФ №2347972, МПК F17C 9/02, опубл. 27.02.2009), содержащий корпус, выполненный в виде двухслойных цилиндрических оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и коллекторы для отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламенительное устройство, а на выходе закреплен газовод. Данный испаритель криогенной жидкости содержит теплообменники, каналы которых образованы двухслойными цилиндрическими оболочками и при нагреве жидкости и ее испарении в потоке будут возникать кризисные явления, сопровождающиеся кавитацией и неустойчивыми режимами течения парожидкостной среды при изменении нагрузки.A cryogenic liquid evaporator is known (RF patent No. 2347972, IPC F17C 9/02, publ. 27.02.2009), containing a housing made in the form of two-layer cylindrical shells forming an annular cavity for the passage of a heating coolant, each of the shells consists of two rigidly connected between cylinders, between which channels are formed, combined into manifolds for supplying and manifolds for withdrawing a cryogenic product, while at the inlet to the annular cavity a cover is fixed, in which mixing elements and an igniter are installed, and a gas conduit is fixed at the outlet. This cryogenic liquid evaporator contains heat exchangers, the channels of which are formed by two-layer cylindrical shells, and when the liquid is heated and evaporated in the flow, crisis phenomena will occur, accompanied by cavitation and unstable flow regimes of the vapor-liquid medium when the load changes.
Известен технологический нагреватель (патент РФ №2467260, МПК F24H 3/00, опубл. 20.11.2012), содержащий горелочное устройство, кожухотрубный теплообменник, имеющий наружный пояс теплообменных труб и, по меньшей мере, один внутренний пояс теплообменных труб, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба представляет собой комплект из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, образующих внешнюю и внутреннюю полости, при этом внешняя полость сообщена с коллектором входа, а внутренняя полость с коллектором выхода нагреваемой среды. Внутри кожухотрубного теплообменника в его верхней части размещена, по меньшей мере, одна потолочная секция теплообменных труб, расположенная вдоль всей длины теплообменника или вдоль его части. Интенсификаторы теплоотдачи выполнены в виде выштамповок на стенках теплообменных труб, или в виде скрученной ленты на стенках теплообменной трубы, или в виде гофр. Известное устройство малоэффективно для регазификации жидкости, поскольку гидравлические тракты теплообменной трубы, состоящей из двух труб, образуют внутренний и внешний каналы с постоянной площадью проходного сечения. Вследствие испарения жидкости в тракте канала будет реализовываться двухфазный поток с различными структурными формами (пузырьковый, дисперсный, пленочный и прочие), что в свою очередь будет приводить к многочисленным кризисным явлениям: кризису теплоотдачи, кавитации, кризису течения. Перечисленные явления будут затруднять безопасную и управляемую работу устройства.A technological heater is known (RF patent No. 2467260, IPC F24H 3/00, publ. 11/20/2012), containing a burner, a shell-and-tube heat exchanger having an outer belt of heat exchange pipes and at least one internal belt of heat exchange pipes, a chimney, collectors inlet and outlet of the heated medium, each heat exchange pipe is a set of two pipes - external with a blind end and internal with an open end, respectively facing the burner, forming an external and internal cavities, while the outer cavity is in communication with the inlet manifold, and the inner a cavity with a collector for the outlet of the heated medium. Inside the shell-and-tube heat exchanger in its upper part there is at least one ceiling section of heat exchange tubes located along the entire length of the heat exchanger or along its part. The heat transfer intensifiers are made in the form of stampings on the walls of the heat exchange tubes, or in the form of a twisted tape on the walls of the heat exchange tube, or in the form of corrugations. The known device is ineffective for liquid regasification, since the hydraulic paths of the heat exchange pipe, consisting of two pipes, form internal and external channels with a constant flow area. Due to the evaporation of the liquid in the channel tract, a two-phase flow with various structural forms (bubble, disperse, film, and others) will be realized, which in turn will lead to numerous crisis phenomena: heat transfer crisis, cavitation, flow crisis. These phenomena will hinder the safe and manageable operation of the device.
Известен испаритель сжиженного углеводородного газа (патент РФ №2597633, МПК F17C9/02, опубл. 10.09.2016), содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, полую обечайку с глухим выходным торцом, установленную на оси корпуса. Во внутренней полости обечайки расположен трубопровод подачи сжиженного углеводородного газа, на цилиндрической поверхности которого выполнены ряды радиальных отверстий, причем его выходной торец выполнен глухим. Испаритель также содержит кольцевую камеру сгорания с горелочным устройством, запальное устройство, расположенное на цилиндрической поверхности кольцевой камеры сгорания, трубчатые теплообменные элементы, расположенные вокруг обечайки и соединяющие внутреннюю полость кольцевой камеры сгорания с дымовой трубой, расположенной в выходной части корпуса. Данный испаритель сжиженного углеводородного газа не позволяет работать в широком диапазоне изменения газопотребления и содержит горелочное устройство, которое повышает его пожароопасность.A liquefied hydrocarbon gas evaporator is known (RF patent No. 2597633, IPC F17C9/02, publ. 09/10/2016), containing a housing filled with a liquid intermediate heat carrier, a hollow shell with a blind outlet end mounted on the housing axis. In the inner cavity of the shell there is a pipeline for supplying liquefied hydrocarbon gas, on the cylindrical surface of which rows of radial holes are made, and its outlet end is made deaf. The evaporator also contains an annular combustion chamber with a burner, an ignition device located on the cylindrical surface of the annular combustion chamber, tubular heat exchange elements located around the shell and connecting the internal cavity of the annular combustion chamber with a chimney located in the outlet part of the housing. This LPG evaporator does not allow operation in a wide range of gas consumption changes and contains a burner device, which increases its fire hazard.
Известен регазификатор-подогреватель газа (патент РФ №2708479, МПК F17C9/00. опубл. 09.12.2019), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий содержит горелочное устройство, дымовую трубу, теплообменник-нагреватель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, и образующих внешний и внутренний каналы. Внутренний канал сообщен с магистралью подачи регазифицируемой жидкости, а внешний канал с патрубком выхода. Теплообменник-испаритель состоит из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом внешний канал теплообменника-испарителя сообщен с магистралью выхода газа, а патрубок выхода теплообменника-нагревателя сообщен через дроссельное устройство с внутренним каналом теплообменника-испарителя. В данном регазификаторе-подогревателе газа передача тепла к теплообменникам осуществляется огневой нагрев теплообменников, что усложняет его безопасную работу. Кроме этого раздельное размещение дроссельного устройства и теплообменника-испарителя усложняет конструкцию и приводит к увеличению гидравлических потерь по пути регазификатор-теплообменник.A gas regasifier-heater is known (RF patent No. 2708479, IPC F17C9 / 00. publ. 09.12.2019), the closest in technical essence and adopted as a prototype, containing a burner, a chimney, a heat exchanger-heater, consisting of two pipes - external with a deaf end and an internal one with an open end, respectively facing the burner device, and forming external and internal channels. The inner channel is connected with the supply line of the regasified liquid, and the outer channel is connected with the outlet branch pipe. The heat exchanger-evaporator consists of two pipes - external with a blind end and internal with an open end, and forming external and internal channels, while the external channel of the heat exchanger-evaporator is connected to the gas outlet line, and the outlet branch pipe of the heat exchanger-heater is connected through a throttle device with an internal channel of the heat exchanger-evaporator. In this gas regasifier-heater, heat is transferred to the heat exchangers by fire heating of the heat exchangers, which complicates its safe operation. In addition, the separate placement of the throttle device and the heat exchanger-evaporator complicates the design and leads to an increase in hydraulic losses along the path of the regasifier-heat exchanger.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение заключается в создании регазификатора-подогревателя газа, обеспечивающего безопасный и управляемый процесс регазификации, расширение функциональных возможностей и универсальность конструкции.The technical problem to be solved by the present invention is to create a gas regasifier-heater that provides a safe and controlled regasification process, enhanced functionality and design versatility.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности процесса газификации жидкостей, упрощения конструкции за счет использования модулей с однотипными тепловоспринимающими элементами. использования, обеспечения устойчивой работы регазификатора-подогревателя в режиме переменных нагрузок, а также в обеспечении безопасной работы за счет использования вместо горелочных устройств промежуточного теплоносителя.The technical result to be achieved by the present invention is to increase the reliability of the process of gasification of liquids, to simplify the design through the use of modules with the same type of heat-receiving elements. use, ensuring the stable operation of the regasifier-heater in the mode of variable loads, as well as ensuring safe operation through the use of an intermediate heat carrier instead of burners.
Технический результат достигается тем, что в установке для регазификации сжиженного газа, содержащей емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входа, корпус, в котором установлены модули, содержащие различное количество однотипных тепловоспринимающих элементов (ТВЭЛов), с возможностью комбинирования вариантов включения модулей в процесс регазификации, коллектор выхода, магистраль подачи теплоносителя с регулятором расхода, новым является то, что регазификатор-подогреватель газа содержит корпус, в котором заключены модули содержащие ТВЭЛы с возможностью комбинирования вариантов включения модулей, в которых происходит нагрев и испарения сжиженного газа за счет тепла, передаваемого от промежуточного теплоносителем, находящегося в корпусе.The technical result is achieved by the fact that in an installation for regasification of liquefied gas, containing a container with liquefied gas, a filling line, an inlet manifold, a housing in which modules are installed containing a different number of the same type of heat-receiving elements (TV elements), with the possibility of combining options for including modules in the process regasification, outlet header, coolant supply line with flow controller, what is new is that the gas regasifier-heater contains a housing in which modules containing fuel elements are enclosed with the possibility of combining options for switching on modules in which heating and evaporation of liquefied gas occurs due to the heat transferred from the intermediate coolant located in the housing.
ТВЭЛ содержит внутренний и внешний каналы с дроссельным устройством на выходе из внутренней трубы.TVEL contains inner and outer channels with a throttle device at the outlet of the inner tube.
ТВЭЛ содержит закручивающее устройство - лопаточный завихритель в области межтрубного канала (между внутренним и внешним каналом).TVEL contains a swirling device - a blade swirler in the area of the annulus channel (between the inner and outer channel).
На внешней поверхности внутренней трубы ТВЭЛа находятся интенсификаторы теплообмена.Heat exchange intensifiers are located on the outer surface of the inner tube of the fuel element.
Внутренняя труба ТВЭЛа содержит по крайней мере один сопловой (дроссельный) канал.The inner tube of the TVEL contains at least one nozzle (throttle) channel.
Внешний канал ТВЭЛа выполнен с дискретно изменяющейся площадью проходного сечения.The external channel of the TVEL is made with a discretely changing flow area.
Внешний канал ТВЭЛа выполнен с плавно изменяющейся площадью проходного сечения.The external channel of the TVEL is made with a smoothly changing flow area.
Магистраль подачи теплоносителя содержит регулятор расхода.The coolant supply line contains a flow controller.
Регазификатор-подогреватель газа снабжен а средствами измерения температуры, давления и расхода рабочих тел (регазифицируемой жидкости, паров жидкости и теплоносителя) и системой управления характеристиками процесса регазификации.The gas regasifier-heater is equipped with means for measuring the temperature, pressure and flow of working fluids (regasified liquid, liquid vapor and coolant) and a control system for the characteristics of the regasification process.
Сущность регазификатора-подогревателя газа заключается в следующем: забор жидкости из емкости и подача ее с повышением давления в коллектор входа; подача сжиженного газа в теплообменник, содержащий нагреватель и испаритель и состоящий из корпуса, по крайней мере, с 3 модулями ТВЭЛов (1 ТВЭЛ, 2 ТВЭЛа, 4 ТВЭЛа); закрутка потока жидкости осуществляется в регазификаторе-подогревателе с помощью завихрителя; подвод энергии к потоку жидкости в тепловоспринимающем элементе и нагрев ее до температуры, не превышающей температуру насыщения, которая соответствует давлению жидкости на входе в тепловоспринимающий элемент; подача жидкости в дроссельное устройство; адиабатное расширение нагретой среды в дроссельном канале с образованием двухфазного потока; закрутка двухфазного потока во внешнем канале тепловоспринимающего элемента; подвод энергии к двухфазному потоку до испарения жидкой фазы и нагрев газового потока до заданной температуры, что приводит к повышению надежности и экономичности процесса регазификации криогенных жидкостей и устойчивой работы теплообменников без кризисов кипения, теплоотдачи в его гидравлическом тракте.The essence of the gas regasifier-heater is as follows: liquid intake from the tank and its supply with increasing pressure to the inlet collector; supplying liquefied gas to a heat exchanger containing a heater and an evaporator and consisting of a housing with at least 3 fuel rod modules (1 TVEL, 2 TVEL, 4 TVEL); swirling of the liquid flow is carried out in the regasifier-heater using a swirler; supplying energy to the fluid flow in the heat-receiving element and heating it to a temperature not exceeding the saturation temperature, which corresponds to the fluid pressure at the inlet to the heat-receiving element; fluid supply to the throttle device; adiabatic expansion of the heated medium in the throttle channel with the formation of a two-phase flow; swirling of the two-phase flow in the outer channel of the heat-receiving element; supply of energy to a two-phase flow until the liquid phase evaporates and heating the gas flow to a given temperature, which leads to an increase in the reliability and efficiency of the process of regasification of cryogenic liquids and stable operation of heat exchangers without boiling crises, heat transfer in its hydraulic path.
На фиг. 1 представлена технологическая схема регазификатора-подогревателя газа.In FIG. 1 shows the technological scheme of the gas regasifier-heater.
На фиг. 2 представлен тепловоспринимающий элемент (ТВЭЛ) с неизменными площадями гидравлических трактов, содержащий лопаточный завихритель.In FIG. 2 shows a heat-receiving element (TVEL) with constant areas of hydraulic paths, containing a bladed swirler.
На фиг. 3 представлен тепловоспринимающий элемент (ТВЭЛ) с неизменными площадями гидравлических трактов, содержащий интенсификатор теплоотдачи спиралевидный.In FIG. 3 shows a heat-receiving element (TVEL) with constant areas of hydraulic paths, containing a helical heat transfer intensifier.
На фиг. 4 представлен тепловоспринимающий элемент (ТВЭЛ) с дискретно изменяющейся площадью гидравлического тракта,In FIG. 4 shows a heat-receiving element (TVEL) with a discretely changing area of the hydraulic path,
На фиг. 5 представлен тепловоспринимающий элемент (ТВЭЛ) с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта.In FIG. 5 shows a heat-receiving element (TVEL) with a smoothly changing area of the hydraulic path.
Здесь: 1 - емкость; 2 - магистраль заправки; 3 - насос; 4 - коллектор; 5 - корпус; 6 - крышка; 7 - тепловоспринимающий элемент (ТВЭЛ); 8 - модуль, содержащий один ТВЭЛ; 9 - модуль, содержащий два ТВЭЛа; 10 - модуль, содержащий четыре ТВЭЛа; 11 - ресивер, 12 - магистраль выхода газа, 13 - магистраль входа теплоносителя, 14 - магистраль выхода теплоносителя, 15 - блок управления, 16 - труба внешняя, 17 - патрубок входа, 18 - патрубок выхода, 19 - труба внутренняя, 20 - заглушка, 21 - блок форсунок, 22 - форсунка, 23 - лопаточный завихритель (пилон), 24 - интенсификатор теплоотдачи спиралевидный, 25 - труба промежуточная 26 - переходник, 27 - труба коническая, (В1, В2, В3, В4, В5, В6) -вентили запорные, (КЭО1, КЭО2, КЭО3)- клапаны отсечные, (ПСК1, ПСК2) - клапаны предохранительные, (С1, С2) - свечи. (Р0, Р1, Р2) - датчики давления, (Т0,Т1,Т2,Т3) - датчики температуры, (КЗ1) - клапан запорный, (РД1) - редуктор, G - регулятор-датчик расхода, GT - регулятор расхода теплоносителяHere: 1 - capacity; 2 - refueling line; 3 - pump; 4 - collector; 5 - body; 6 - cover; 7 - heat-receiving element (TVEL); 8 - module containing one TVEL; 9 - module containing two fuel rods; 10 - module containing four fuel rods; 11 - receiver, 12 - gas outlet line, 13 - coolant inlet line, 14 - coolant outlet line, 15 - control unit, 16 - external pipe, 17 - inlet pipe, 18 - outlet pipe, 19 - internal pipe, 20 - plug , 21 - nozzle block, 22 - nozzle, 23 - vane swirler (pylon), 24 - helical heat transfer intensifier, 25 - intermediate pipe 26 - adapter, 27 - conical pipe, (B 1 , B 2 , B 3 , B 4 , B 5 , B 6 ) - shut-off valves, (KEO 1 , KEO 2 , KEO 3 ) - shut-off valves, (PSK 1 , PSK 2 ) - safety valves, (C 1 , C 2 ) - candles. (R 0 , R 1 , R 2 ) - pressure sensors, (T 0 , T 1 , T 2 , T 3 ) - temperature sensors, (KZ 1 ) - shut-off valve, (RD 1 ) - reducer, G - regulator- flow sensor, G T - coolant flow controller
Регазификатор-подогреватель газа содержит емкость 1, в которой размещается сжиженный газ. Емкость 1 оснащена магистралью заправки 2, датчиком давления Р0, клапаном предохранительным ПСК-1, свечой С-1,датчиком температуры Т0, запорными вентилями В-1, В-2, В-3. Емкость 1 соединена трубопроводом с коллектором 4. В трубопроводе, соединяющем емкость 1 с коллектором 4, установлены: вентиль запорный В6, байпасная магистраль с насосом 3 и запорными вентилями В-4, В-5, регулятор-датчик расхода G. Коллектор 4 оснащен датчиком температуры Т1 и датчиком давления Р1. Коллектор 4 соединен индивидуальными трубопроводами с одним или более модулями, в состав которых входят один или более тепловоспринимающих элементов (ТВЭЛов) 7. На фиг. 1 показано три модуля: модуль 8, содержащий один ТВЭЛ, модуль 9, содержащий два ТВЭЛа, модуль 10, содержащий четыре ТВЭЛа. Количество ТВЭЛов в модуле определяется выражением: где n - число ТВЭЛов в модуле, i - порядковый номер модуля. В трубопроводе, соединяющем коллектор 4 с каждым из модулей, установлены управляемые клапаны отсечные. Например, для регазификатора-подогревателя модульного, содержащего три модуля, это клапан отсечной КЭО1, перед модулем 8, клапан отсечной КЭО2, перед модулем 9, клапан отсечной КЭО3, перед модулем 10. В качестве отсечных клапанов могут быть использованы отсечные или запорные клапаны с пневматическим, электрическим и механическим типами управления. Модули монтируются на крышке 6 и помещаются в корпус 5, через полость которого прокачивается теплоноситель. Корпус 5 содержит магистраль входа теплоносителя 13 с регулятором расхода теплоносителя GT, датчиком температуры теплоносителя ТТ и магистраль выхода теплоносителя 14. Регазификатор-подогревателя газа оснащен блоком управления 15, в который поступает измерительная информация от датчиков температуры, давления и расхода. Датчики температуры, давления и расхода имеют возможность вырабатывать электрический выходной сигнал. Блок управления 15 осуществляет управление и контроль параметрами процесса регазификации (температурой, давлением и расходом рабочих тел) и позволяет передавать информацию на вышестоящий уровень и получать и исполнять команды управленияThe gas regasifier-heater contains a container 1 in which liquefied gas is placed. Tank 1 is equipped with a
ТВЭЛы 7, из которых составляются модули, выполнены по схеме трубы Фильда (труба в трубе) и могут иметь различные варианты конструкции: ТВЭЛ с неизменными площадями гидравлических трактов, содержащий лопаточный завихритель (фиг. 2); ТВЭЛ с неизменными площадями гидравлических трактов, содержащий интенсификатор теплоотдачи спиралевидный (фиг. 3); ТВЭЛ с дискретно изменяющейся площадью гидравлического тракта, (фиг. 4); ТВЭЛ с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта (фиг. 5).
ТВЭЛ с неизменными площадями гидравлических трактов (фиг. 2) содержит патрубок входа 17, который соединен с трубой внутренней 19. Труба 19 помещена в трубу внешнюю 16. Внешняя труба содержит заглушку 20 и патрубок выхода 18. Патрубок выхода 18 присоединен к трубе внешней 16 тангенциально. На трубе внутренней 19, со стороны противоположной от входа, установлен блок форсунок 21, содержащий одну или более форсунок 22. Канал форсунки (форсунок) ориентирован таким образом, чтобы придавать потоку как тангенциальную, так и осевую составляющие скорости потока, истекающего из форсунок. В кольцевом канале между внешней 16 и внутренней 19 трубами установлен лопаточный завихритель 23, который закручивает поток, обеспечивает устойчивость конструкции, и одновременно является тепловым мостом между внешней 16 и внутренней 19 трубами. TVEL with constant areas of hydraulic paths (Fig. 2) contains an
ТВЭЛ с неизменными площадями гидравлических трактов, содержащий интенсификатор теплоотдачи спиралевидный (фиг. 3), по конструкции аналогичен ТВЭЛУ, представленному на фиг. 2. Отличия заключаются в том, что у ТВЭЛа (фиг. 3) отсутствует лопаточный завихритель, а на внутренней поверхности трубы внешней 16 смонтирован интенсификатор теплоотдачи спиралевидный 24. Интенсификатор теплоотдачи 24 выполняется из трубки или прутка. Интенсификатор теплоотдачи 24 монтируется таким образом, чтобы обеспечивался надежный тепловой контакт с трубой внешней 16, например, припаиванием или сваркой.TVEL with constant areas of hydraulic paths, containing a spiral heat transfer intensifier (Fig. 3), is similar in design to the TVEL shown in Fig. 2. The differences lie in the fact that the TVEL (Fig. 3) does not have a bladed swirler, and a helical
ТВЭЛ с дискретно изменяющейся площадью гидравлического тракта (фиг 4) , содержит патрубок входа 17, который соединен с трубой внутренней 19. На трубе внутренней 19, со стороны противоположной от входа, установлен блок форсунок 21, содержащий одну или более форсунок 22. Труба 19 помещена в наружную обечайку, которая состоит из трубы промежуточной 25 с заглушкой 20, переходника 26 и трубы внешней 16 с патрубком выхода 18. Таким образом гидравлический тракт ТВЭЛа (фиг. 4) представляет собой канал с дискретно изменяемой площадью гидравлического тракта. 16. На внутренней поверхности трубы внешней 16 смонтирован интенсификатор теплоотдачи спиралевидный 24. На трубе внутренней смонтирован лопаточный завихритель (пилон) 23, который закручивает поток, обеспечивает устойчивость конструкции, и одновременно является тепловым мостом между трубой внутренней 19 и трубой промежуточной 25.TVEL with a discretely changing area of the hydraulic path (Fig. 4), contains an
ТВЭЛ с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта (фиг. 5) содержит трубу внутреннюю 19 с патрубком входа 17, блоком форсунок 21 и форсунками 22, аналогично конструкции ТВЭЛов (фиг. 2, 3). Труба внутренняя 19 ТВЭЛа с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта (фиг. 5) помещена в наружную обечайку, которая состоит из трубы внешней, трубы конической 27 с заглушкой 20. Труба внешняя содержит патрубок выхода 18, который присоединен (приварен) к трубе 16 тангенциально. Гидравлический тракт ТВЭЛа (фиг. 5), образованный трубой внутренней 19 и трубой конической, представляет собой канал с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта. На трубе внутренней смонтирован лопаточный завихритель (пилон) 23, который закручивает поток, обеспечивает устойчивость конструкции, и одновременно является тепловым мостом между трубой внутренней 19 и трубой конической 27.TVEL with a smoothly changing area of the hydraulic path (Fig. 5) contains an
Выходные патрубки 18 ТВЭЛов (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) соединены трубопроводами с ресивером 11. В трубопроводе перед ресивером 11 установлен редуктор РД-1, клапан запорный КЗ1 и предохранительный клапан ПСК2 со свечой С2. Ресивер оснащен датчиком давления Р2 и датчиком температуры Т2. Рессивер 11 содержит магистраль выхода 12.The
Регазификатор-подогреватель газа работает следующим образом. Перед началом работы емкость 1 заправляется сжиженным газом через магистраль заправки 2 при открытых вентилях В1 и В2 и закрытом вентиле В3 до объема не превышающего 85% номинального объема емкости и образованием паровой подушки. Температура и давление жидкости в емкости 1 из меряется датчиками Р0 и Т0. Полость корпуса 5, в котором помещены модули с ТВЭлами 7, заполнена теплоносителем. Для обеспечения безопасной работы регазификатора-подогревателя газа емкость 1 оснащена предохранительным клапаном ПСК-1, который открывается при достижении давления в емкости, превышающем предельно допустимое давление. Газ из предохранительного клапана поступает на свечу С-1.The gas regasifier-heater works as follows. Before starting work, tank 1 is filled with liquefied gas through the filling
Для осуществления процесса регазификации вентиль В1 закрывается, а вентиль В3 открывается. Одновременно осуществляется циркуляция теплоносителя через полость корпуса 5, имеющего определенную температуру Т3≥Т2, где Т2 температура в ресивере, задаваемая потребителем газа. В качестве теплоносителя могут быть использованы: вода естественных водоемов (рек, озер, морей); жидкости, циркулирующие в системах охлаждения энергоустановок и прочие нагретые жидкости (низкопотенциальные источники тепла). Из емкости 1 жидкость через открытые вентили В2 и В3 поступает в коллектор 4. Подача жидкости в коллектор 4 осуществляется либо принудительно с помощью насоса 3 при закрытом вентиле В6 и открытых вентилях В4 и В5, либо самовытеснением при закрытых вентилях В4 и В5 и открытом вентиле В6, под давлением паров в газовой подушке, при закрытых вентилях В4 и В5 и открытом вентиле В6. Давление и температура жидкости в коллекторе 4 измеряются датчиками P1 и T1. Из коллектора 4 жидкость поступает в один или более модулей через клапаны отсечные (КЭО1, КЭО2, КЭО3) в ТВЭЛы 7. Комбинация положения «открыто-закрыто» клапанов отсечных (КЭО1, КЭО2, КЭО3) позволяет дискретно регулировать расход жидкости, поступающей на регазификацию, кратно расходу через единичный ТВЭЛ, соответствующий величине расхода 1S (здесь за S принимается условная единица). Например, при открытом клапане отсечном КЭО1 и закрытых клапанах отсечных КЭО2, КЭО3 производительность регазификатора - подогревателя газа модульного равняется 1G, при открытом клапане отсечном КЭО2 и закрытых клапанах КЭО1 и КЭО3, производительность будет 2S, при открытых клапанах КЭО1, КЭО2 и закрытом клапане КЭО3 производительность будет 3S. Согласно схеме с тремя модулями, представленной на фиг. 1, комбинация положения «открыто-закрыто» клапанов отсечных КЭО1, КЭО2, КЭО3 обеспечивает дискретное изменение производительности регазификатора от 1S до 7S. При использовании большего числа модулей диапазон дискретного регулировании производительности может составлять любое заданное значение. Наряду с дискретным регулированием производительности возможно плавное регулирование производительности с помощью регулятора-датчика расхода G. Поскольку потребности в газе потребителя подвержены существенным колебаниям нагрузок (сезонные, суточные, а в мобильных энергоустановках и мгновенные), то дискретное и плавное регулирование подачей газа в широком диапазоне расходов и возможность динамического управления процессом регазификации повышает надежность работы регазификатора расширяет его функциональные возможности. Модульный принцип построения регазификатора и оснащение модулей однотипными ТВЭЛами унифицирует и упрощает конструкцию регазификатора.To carry out the regasification process, valve B 1 closes and valve B 3 opens. At the same time, the coolant is circulated through the cavity of the
Жидкость в ТВЭЛы поступает через входной патрубок 17, через внутреннюю трубу 19 направляется в блок форсунок 21 и далее в форсунки 22 (фиг. 2, 3,4,5). В форсунках 22 осуществляется дросселирование жидкости, сопровождающееся ее распылением, частичным испарением и образованием за форсунками 22 дисперсного парожидкостного потока, в котором несущей средой является пар с рассредоточенными в нем каплями жидкости (Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. – М.: Энергоиздат, 1981. стр. 391). Необходимым и достаточным условием образования двухфазного потока на выходе из форсунок 22 является выполнение требования: давление в полости ТВЭЛа между трубой внутренней 19 и трубой внешней 16 должно быть меньше или равно давлению насыщения, соответствующего температуре жидкости Т0 (температуре жидкости в емкости 1). Величина этого давления контролируется датчиком Р2, установленном в рессивере 11 (фиг. 1). Режим работы регазификатора, задается таким образом, чтобы Р2<Ps(T0), где Ps(T0) давление насыщенных паров регазифицируемой жидкости при температуре Т0.The liquid enters the fuel elements through the
Форсунки 22 в блоке форсунок 21 ориентированы таким образом, чтобы придавать скорости потока, истекающему в полость ТВЭЛа между трубой внешней 16 и трубой внутренней 19, как тангенциальную, так и осевую составляющие скорости потока. Дополнительная закрутка потока в полости ТВЭЛа обеспечивается лопаточным завихрителем 23, установленным между трубой внешней 16 и трубой внутренней 19 (фиг. 2), завихрителем 23, установленным между тубой промежуточной 25 и трубой внутренней 19 (фиг. 4), завихрителем 23, установленным между трубой конической 27 и трубой внутренней 19 (фиг. 5) и интенсификатором теплоотдачи спиралевидным 24, установленным на внутренней стенке трубы внешней 16 (фиг. 3, 4)The
Закрутка потока способствует высокому совершенству тепло- и массообменных процессов в ТВЭЛах (фиг. 2,3,4,5). Это обусловлено дрейфом жидкой (тяжелой) фазы в закрученном парожидкостном потоке к внутренним стенкам гидравлического тракта ТВЭЛа (внутренние стенки трубы внешней 16, трубы промежуточной 25, трубы конической 27). В результате действия массовых сил будет обеспечиваться орошение стенок и образованием на стенках канала жидкой пленки. Наличие жидкости на стенке канала в виде пленки или ее фрагментов обеспечивает высокие, по сравнению с газовой средой, коэффициенты теплоотдачи. (Г.А. Мухачев, В.К. Щукин. Термодинамика и теплопередача. Учебн для авиационных ВУЗов. М.: Высшая школа. 1991, стр. 437-441). Аналогичную функцию, улучшение условий теплоотдачи, выполняет интенсификатор теплоотдачи спиралевидный 24, установленный на внутренней стенке трубы внешней 16 в ТВЭЛах (фиг. 3 и 4). Наряду с закруткой потока, интенсификатор теплоотдачи спиралевидный увеличивает поверхность теплоотдачи и турбулизирует поток, что способствует увеличению теплового потока от стенки к нагреваемой среде.The flow swirling contributes to the high perfection of heat and mass transfer processes in fuel rods (Fig. 2,3,4,5). This is due to the drift of the liquid (heavy) phase in a swirling vapor-liquid flow to the inner walls of the hydraulic path of the TVEL (the inner walls of the
В регазификаторе подогревателе газа осуществляется передача тепла от теплоносителя, омывающего ТТВЭЛы с внешней стороны, к регазифицируемой жидкости, поступающей в ТВЭЛы. Вследствие подвода тепла к жидкости она испаряется. Образовавшийся пар (газ) нагревается до заданной температуры и поступает в патрубок выхода 18 (фиг. 2, 3, 4, 5). Тангенциальное соединение патрубка выхода с трубой внешней способствует поддержанию тангенциальной составляющей скорости потока в гидравлическом такте ТВЭЛа и интенсификации процессов теплоотдачи. Нагретый в ТВЭЛах газ через патрубки выходы 18 по трубопроводам поступает в ресивер 11 (фиг. 1). Из ресивера 11 газ поступает в магистраль потребителя 12. В трубопроводе перед ресивером 11 установлен редуктор РД1 и предохранительный клапан ПСК2. Редуктор РД1 предназначен для стабилизации давления в ресивере 11 и магистрали потребителя. Предохранительный клапан ПСК2 обеспечивает безопасную работу регазификатора и срабатывает при достижения предельно допустимого давления в ресивере 11, в случае превышения давления и для поддержания заданного давления газа в ресивере 11 в трубопроводе Т2.In the regasifier gas heater, heat is transferred from the coolant, washing the fuel rods from the outside, to the regasified liquid entering the fuel rods. As heat is applied to the liquid, it evaporates. The resulting steam (gas) is heated to a predetermined temperature and enters the outlet pipe 18 (Fig. 2, 3, 4, 5). The tangential connection of the outlet branch pipe with the external pipe helps to maintain the tangential component of the flow velocity in the hydraulic cycle of the fuel element and intensifies the heat transfer processes. The gas heated in the fuel rods enters the
Из ресивера 11 пар поступает в магистраль выхода газа 12. Температура и давление пара, поступающего потребителю, регулируются блоком управления 15 с помощью управляемой подачи теплоносителя с помощью регулятора расхода теплоносителя и его температуры, регулирование расхода пара, поступающего потребителю, обеспечивается (дискретно) комбинацией подключаемых к ресиверу модулей и плавно регулятором-датчиком расхода G.From the
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793269C1 true RU2793269C1 (en) | 2023-03-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841343C1 (en) * | 2024-04-19 | 2025-06-06 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" | Modular liquefied gas gasifier, embodiments |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358828B1 (en) * | 1997-06-20 | 2002-10-31 | 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 | Systems for vehicular, land-based distribution of liquefied natural gas |
| RU2218518C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-12-10 | Попов Борис Борисович | Cryogenic liquid gasifier |
| DE102007008534A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Linde Ag | Apparatus for vaporizing cryogenic media and method for defrosting an evaporator unit of such apparatus |
| RU2705347C1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-11-06 | Владимир Александрович Шишков | Cryogenic product supply system operation method |
| RU2708479C1 (en) * | 2019-03-14 | 2019-12-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейт" | Regasificator-gas heater |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358828B1 (en) * | 1997-06-20 | 2002-10-31 | 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 | Systems for vehicular, land-based distribution of liquefied natural gas |
| RU2218518C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-12-10 | Попов Борис Борисович | Cryogenic liquid gasifier |
| DE102007008534A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Linde Ag | Apparatus for vaporizing cryogenic media and method for defrosting an evaporator unit of such apparatus |
| RU2705347C1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-11-06 | Владимир Александрович Шишков | Cryogenic product supply system operation method |
| RU2708479C1 (en) * | 2019-03-14 | 2019-12-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейт" | Regasificator-gas heater |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2841343C1 (en) * | 2024-04-19 | 2025-06-06 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" | Modular liquefied gas gasifier, embodiments |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2045715C1 (en) | Heat generator and device for heating liquids | |
| CN104048161A (en) | United gasification device of liquified natural gas (LNG) | |
| RU2347972C1 (en) | Cryogenic liquid evaporator | |
| RU2793269C1 (en) | Regasification and gas heater unit | |
| RS54520B1 (en) | ACCUMULATION BOILER WITHOUT PRESSURE FOR DISTANCE HEATING SYSTEMS | |
| RU2667845C1 (en) | Cryogenic fuel supply system | |
| US5758605A (en) | Steam generator | |
| WO2021111100A1 (en) | Control device for a steam generator | |
| GB1192212A (en) | Improvements in Heat Exchangers. | |
| JPS5817361B2 (en) | Steam or high-temperature water boilers using catalytic combustion of hydrocarbons | |
| RU2514802C2 (en) | Evaporator of cryogenic liquid | |
| RU2841343C1 (en) | Modular liquefied gas gasifier, embodiments | |
| RU2529608C2 (en) | Cryogenic liquid evaporator tract | |
| CN113418136A (en) | Novel self-pressurization system for pressurization of ship LNG tank | |
| KR840000583B1 (en) | Vapour generator with a partition between two combustion chambers | |
| RU2708479C1 (en) | Regasificator-gas heater | |
| CN106765011A (en) | A kind of combustion gas of tubular modules group formula or fuel oil producing steam or saturation water circulating heater | |
| RU2747470C1 (en) | Regasification system | |
| CN202581256U (en) | Special modular skid-mounted steam generator with rated evaporation capacity equal to or lower than 5t/h for oil field | |
| RU2522154C2 (en) | Cooling circuit of heat exchange unit | |
| CN102537922A (en) | Module skid-mounting type steam generator with 5t/h and below special for oil field | |
| RU2511805C2 (en) | Cryogenic liquid heating method | |
| CN202470019U (en) | Special light tube and header-type steam generator for oil field | |
| RU2561513C2 (en) | Cryogenic liquid evaporator | |
| RU2561223C2 (en) | Cryogenic liquid evaporator |