RU2841343C1

RU2841343C1 - Modular liquefied gas gasifier, embodiments

Info

Publication number: RU2841343C1
Application number: RU2024110960A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Тонконог; Булат Ринатович Мубаракшин; Никита Сергеевич Кондаков; Антон Павлович Макаров
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+"
Filing date: 2024-04-19
Publication date: 2025-06-06

Abstract

FIELD: heat engineering.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used for evaporation of liquefied gas and other cryogenic liquids supplied from stationary and mobile tanks in modes of stationary and variable gas consumption. Modular liquefied gasifier comprises a liquefied gas storage tank, a heat chamber with modules, a liquefied gas supply line to the modules. Heat is supplied to the modules: from an intermediate heat carrier heated by an external boiler equipped with a heat exchanger and a block of burners (embodiment 1); internal boiler equipped with gas burners (embodiment 2); flue gases (embodiment 3). Modules represent shaped tube with constant and/or variable flow area and contain spacer with centrifugal and/or jet nozzles in inlet device. Modules are equipped with swirling devices and heat release intensifiers. Gasifier comprises a system for controlling characteristics of the gasification process.

EFFECT: providing stable and controlled operation of the gasifier, unification of the design and expansion of functional capabilities of the gasifier, higher efficiency.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сжиженного газа и других криогенных жидкостей, подаваемых из стационарных и мобильных емкостей в режимах стационарного и переменного газопотребления.The invention relates to the field of heat engineering and can be used for evaporation of liquefied gas and other cryogenic liquids supplied from stationary and mobile containers in stationary and variable gas consumption modes.

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. Вследствие испарения жидкости в тракте канала будет реализовываться двухфазный поток с различными структурными формами (пузырьковый, снарядный, дисперсный, пленочный и прочие), что в свою очередь будет приводить к разнообразным явлениям: кризису теплоотдачи, кавитации, кризису течения. Перечисленные явления будут сопровождаться пульсациями расхода, затруднять безопасную и управляемую работу устройства.A process heater is known (RU Patent No. 2467260, IPC F24H 3/00, published on 20.11.2012) comprising a burner device, a shell-and-tube heat exchanger having an outer belt of heat exchange tubes and at least one inner belt of heat exchange tubes, a smoke stack, inlet and outlet manifolds of the heated medium, each heat exchange tube is a set of two pipes - an outer one with a blind end and an inner one with an open end, respectively facing the burner device, forming outer and inner cavities, wherein the outer cavity is communicated with the inlet manifold, and the inner cavity with the outlet manifold of the heated medium. Inside the shell-and-tube heat exchanger, in its upper part, at least one ceiling section of heat exchange tubes is located along the entire length of the heat exchanger or along a part thereof. Heat transfer intensifiers are made in the form of stampings on the walls of heat exchange pipes, or in the form of a twisted tape on the walls of a heat exchange pipe, or in the form of corrugations. The known device is ineffective for liquid regasification, since the hydraulic paths of a heat exchange pipe consisting of two pipes form internal and external channels. Due to the evaporation of liquid in the channel path, a two-phase flow with various structural forms (bubble, slug, dispersed, film, etc.) will be realized, which in turn will lead to various phenomena: heat transfer crisis, cavitation, flow crisis. The listed phenomena will be accompanied by flow pulsations, complicating the safe and controlled operation of the device.

Известен испаритель сжиженного углеводородного газа (патент РФ №2597633, МПК F17C 9/02, 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 грубой, расположенной в выходной части корпуса. Данный испаритель сжиженного углеводородного газа не позволяет работать в широком диапазоне изменения газопотребления.A liquefied petroleum gas evaporator is known (RU Patent No. 2597633, IPC F17C 9/02, published on September 10, 2016), comprising a housing filled with a liquid intermediate coolant, a hollow shell with a blind outlet end mounted on the housing axis. In the inner cavity of the shell, a liquefied petroleum gas supply pipeline is located, on the cylindrical surface of which rows of radial holes are made, and its outlet end is made blind. The evaporator also contains an annular combustion chamber with a burner device, an ignition device located on the cylindrical surface of the annular combustion chamber, tubular heat exchange elements located around the shell and connecting the inner cavity of the annular combustion chamber with a smoke chamber located in the outlet part of the housing. This liquefied petroleum gas evaporator does not allow operation in a wide range of gas consumption changes.

Известен регазификатор-подогреватель газа (патент РФ №2793 269 МПК F17C 9/02, опубл. 30.03.2023), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий корпус с тепловоспринимающими элементами, состоящими из двух труб - внешней с заглушенным торцом и внутренней с открытым концом, образующих соответственно внешний -выходной и внутренний - входной каналы, магистраль подачи регазифицируемой жидкости, магистраль отвода газа к потребителю, магистраль выхода теплоносителя из корпуса. Корпус содержит магистраль входа теплоносителя внутрь корпуса с регулятором расхода теплоносителя и с датчиком температуры теплоносителя. Тепловоспринимающие элементы объединены в модули. Каждый модуль включает в себя один или более тепловоспринимающих элементов и через отсечной клапан подсоединен к магистрали подачи регазифицируемой жидкости через внутренние входные каналы тепловоспринимающих элементов данного модуля, а через внешние к потребителю. В данном газификаторе возможно образование паровой фазы, паровых пробок и прочих переходных структурных форм двухфазного потока во внутренней трубе тепловоспринимающего элемента, что будет сопровождаться гидроударами и неустойчивой работой газификатора, а исполнение тепловоспринимающего элемента по схеме труба в трубе усложняет конструкцию и увеличивает гидравлическое сопротивление регазификатора.A gas regasifier-heater is known (RU Patent No. 2793 269 IPC F17C 9/02, published on March 30, 2023), the closest in technical essence and adopted as a prototype, comprising a housing with heat-sensing elements consisting of two pipes - an external one with a plugged end and an internal one with an open end, forming, respectively, an external output and an internal input channel, a supply line for the liquid to be regasified, a gas outlet line to the consumer, a coolant outlet line from the housing. The housing contains a coolant inlet line inside the housing with a coolant flow regulator and a coolant temperature sensor. The heat-sensing elements are combined into modules. Each module includes one or more heat-sensing elements and is connected through a shut-off valve to the supply line for the liquid to be regasified through the internal input channels of the heat-sensing elements of this module, and through the external ones to the consumer. In this gasifier, the formation of a vapor phase, vapor locks and other transitional structural forms of a two-phase flow in the internal pipe of the heat-absorbing element is possible, which will be accompanied by hydraulic shocks and unstable operation of the gasifier, and the design of the heat-absorbing element according to the pipe-in-pipe scheme complicates the design and increases the hydraulic resistance of the regasifier.

Техническая проблема, на решение которой направлен предлагаемый газификатор сжиженного газа модульный, заключается в создании газификатора сжиженного природного газа, обеспечивающего регулируемую и безопасную работу в широком диапазоне производительности, в том числе, и в динамических режимах подачи газа потребителю с использованием как промежуточного теплоносителя, так и огневого подогрева, упрощения и унификации конструкции модуля-испарителя и газификатора, снижения гидравлического сопротивления модуля-испарителя, повышению экономичности.The technical problem, which the proposed modular liquefied gasifier is aimed at solving, consists in creating a liquefied natural gas gasifier that ensures controlled and safe operation in a wide range of productivity, including in dynamic modes of gas supply to the consumer using both an intermediate heat carrier and fire heating, simplifying and unifying the design of the evaporator module and gasifier, reducing the hydraulic resistance of the evaporator module, and increasing efficiency.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности процесса газификации жидкостей, преимущественно криогенных, обеспечения устойчивой работы газификатора в режиме переменных нагрузок, а также в унификации конструкции и расширения функциональных возможностей за счет изменения количества однотипных модулей, устанавливаемых в газификаторе сжиженного газа и возможности использования различных теплоносителей, в том числе и тепловых ресурсов окружающей среды.The technical result, which the proposed invention is aimed at achieving, consists in increasing the reliability of the process of gasification of liquids, primarily cryogenic ones, ensuring stable operation of the gasifier in the variable load mode, as well as in unifying the design and expanding the functional capabilities due to changing the number of identical modules installed in the liquefied gas gasifier and the possibility of using various heat carriers, including thermal resources of the environment.

Технический результат по варианту 1 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, магистраль подачи теплоносителя с регулятором расхода теплоносителя, систему управления, новым является то, что в полость корпуса газификатора сжиженного газа принудительно поступает теплоноситель, нагреваемый в котле, оснащенном газовыми горелками и теплообменником, котел располагается снаружи корпуса, нагрев теплоносителя осуществляется за счет сгорании газа, поступающего из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.The technical result according to variant 1 is achieved in that in a modular liquefied gas gasifier containing a tank with liquefied gas, a filling line, an input manifold, a housing in which one or more identical modules are installed with the possibility of selective inclusion in the gasification process, an output manifold, a coolant supply line with a coolant flow regulator, a control system, what is new is that a coolant heated in a boiler equipped with gas burners and a heat exchanger is forcibly fed into the cavity of the liquefied gas gasifier housing, the boiler is located outside the housing, the coolant is heated by burning gas coming from the steam cavity of the liquefied gas tank, or from the output manifold after gasification of the liquefied gas, or from an autonomous fuel source for gas burners, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, the module input device is equipped with a spacer containing jet and/or centrifugal nozzles, the nozzle axes oriented at an acute angle to the pipe axis, the pipe contains blade and/or ribbon swirlers and heat transfer intensifiers.

Газификатор снабжен котлом внешним с теплообменником, блоком горелок и контуром принудительной циркуляцией теплоносителя.The gasifier is equipped with an external boiler with a heat exchanger, a burner unit and a forced circulation circuit for the coolant.

Газификатор снабжен магистралью циркуляции резервного теплоносителя.The gasifier is equipped with a reserve coolant circulation line.

Подача топлива в блок горелок осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.Fuel is supplied to the burner block from the steam cavity of the tank or from the outlet manifold.

Магистраль подачи топлива в блок горелок оснащена редуктором и регулятором подачи топлива.The fuel supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a fuel supply regulator.

Газификатор снабжен магистралью входа резервного теплоносителя, использующей внешние источники энергии, в том числе и тепловые ресурсы различных водоемов.The gasifier is equipped with a reserve heat carrier input line that uses external energy sources, including thermal resources from various reservoirs.

Модули имеют профилированную геометрию в виде нисходяще-поднимающейся трубы.The modules have a profiled geometry in the form of a descending-ascending pipe.

Труба модуля имеет постоянную и/или переменную площадь гидравлического тракта.The module pipe has a constant and/or variable hydraulic tract area.

Модуль содержит входное устройство с проставкой, оснащенной форсунками центробежными и/или струйными.The module contains an input device with a spacer equipped with centrifugal and/or jet nozzles.

Форсунки установлены под углом к оси трубы.The nozzles are installed at an angle to the pipe axis.

Гидравлический тракт модуля оснащен ленточным и/или лопаточным завихрителями.The hydraulic circuit of the module is equipped with belt and/or vane swirlers.

Гидравлический тракт модуля оснащен турбулизаторами потока.The hydraulic tract of the module is equipped with flow turbulators.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 1 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку в гидравлическом тракте модуля и тангенциальной составляющей скорости потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок, дополнительной закрутке потока в гидравлическом такте модуля с помощью завихрителя ленточного и/или лопаточного, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи через стенку модуля от промежуточного теплоносителя, нагрев которого осуществляется с помощь газового котла, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности с использованием как основного, так и резервного теплоносителя, упрощения и унификации конструкции, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля и повышению экономичности.The essence of the operation of the modular liquefied gas gasifier according to option 1 is as follows: taking liquid from the tank and feeding liquefied gas into the modules forcibly, using a pump or under the pressure of saturated vapors in the tank, adiabatic throttling of liquefied gas in nozzles with the formation of a dispersed vapor-liquid flow, imparting a tangential component of the flow velocity to the flow in the hydraulic tract of the module using jet and/or centrifugal nozzles, additional swirling of the flow in the hydraulic stroke of the module using a belt and/or blade swirler, evaporation of the vapor-liquid flow and heating of the vapor phase by heat transfer through the wall of the module from the intermediate coolant, the heating of which is carried out using a gas boiler, which leads to an increase in the reliability and efficiency of the gasifier, ensuring adjustable and safe operation of the gasifier in a wide range of productivity changes using both the main and backup coolant, simplification and unification design, reducing the hydraulic resistance of the module path and increasing efficiency.

Технический результат по варианту 2 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, магистраль подачи теплоносителя с регулятором расхода теплоносителя, систему управления, новым является то, что котел с блоком горелок и дымовой трубой, установлены внутри полости корпуса газификатора сжиженного газа, нагрев теплоносителя осуществляется за счет теплоотдачи от стенок котла и дымовой трубы при сгорании газа в горелках котла, газ в горелки поступает из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и/или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и/или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.The technical result according to variant 2 is achieved in that in a modular liquefied gas gasifier containing a tank with liquefied gas, a filling line, an input manifold, a housing in which one or more identical modules are installed with the possibility of selective inclusion in the gasification process, an output manifold, a coolant supply line with a coolant flow regulator, a control system, what is new is that a boiler with a burner unit and a smoke stack are installed inside the cavity of the liquefied gas gasifier housing, the coolant is heated by heat transfer from the boiler walls and the smoke stack during gas combustion in the boiler burners, gas enters the burners from the steam cavity of the liquefied gas tank, or from the output manifold after gasification of the liquefied gas, or from an autonomous fuel source for gas burners, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, the input device of the module is equipped with a spacer containing jet and/or centrifugal nozzles, the nozzle axes are oriented at an acute angle to the pipe axis, the pipe contains blade and/or ribbon swirlers and heat transfer intensifiers.

Газификатор снабжен котлом внутренним с блоком горелок.The gasifier is equipped with an internal boiler with a burner unit.

Подача газа в котел осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.Gas is supplied to the boiler from the steam cavity of the tank or from the outlet manifold.

Магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором подачи топлива.The gas supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a fuel supply regulator.

Газификатор снабжен магистралью входа резервного теплоносителя, использующей внешние низкопотенциальные источники энергии, в том числе и тепловые ресурсы различных водоемов.The gasifier is equipped with a reserve heat carrier input line that uses external low-potential energy sources, including thermal resources of various reservoirs.

Форсунки установлены под острым углом к оси трубы.The nozzles are installed at an acute angle to the pipe axis.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 2 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку осевой и тангенциальной составляющей скорости дисперсного потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок. Закрутке потока в гидравлическом такте модуля, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи энергии через стенку модуля от промежуточного теплоносителя, нагрев которого осуществляется с помощь внутреннего газового котла, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности с использованием как основного, гак и резервного теплоносителя, упрощения и унификации конструкции, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля и повышению экономичности.The essence of the operation of the modular liquefied gasifier according to option 2 is as follows: taking liquid from the tank and feeding liquefied gas into the modules by force, using a pump or under the pressure of saturated vapors in the tank, adiabatic throttling of liquefied gas in nozzles with the formation of a dispersed vapor-liquid flow, imparting to the flow an axial and tangential component of the velocity of the dispersed flow using jet and/or centrifugal nozzles. Swirling of the flow in the hydraulic stroke of the module, evaporation of the vapor-liquid flow and heating of the vapor phase by heat transfer of energy through the wall of the module from the intermediate heat carrier, the heating of which is carried out with the help of an internal gas boiler, which leads to an increase in the reliability and efficiency of the gasifier, ensuring controlled and safe operation of the gasifier in a wide range of changes in productivity using both the main and reserve heat carrier, simplification and unification of the design, a decrease in the hydraulic resistance of the module path and an increase in efficiency.

Технический результат по варианту 3 достигается тем, что в газификаторе сжиженного газа модульном, содержащем емкость со сжиженным газом, магистраль заправки, коллектор входной, корпус, в котором установлены один или более одинаковых модулей с возможностью избирательного включения в процесс газификации, коллектор выходной, систему управления, новым является то, что в основании тепловой камеры установлен блок горелок и подвод тепла к модулям осуществляется от горячих дымовых газов, образующихся при сгорании газа в блоке горелок, газа в блок горелок поступает из паровой полости емкости сжиженного газа, либо из выходного коллектора после газификации сжиженного газа, либо от автономного источника топлива для газовых горелок, модули представляют собой профилированную U-образную трубу с постоянной и/или переменной площадью проходного сечения, входное устройство модуля оснащено проставкой, содержащей струйные и/или центробежные форсунки, оси форсунок ориентированы под острым углом к оси трубы, труба содержит лопаточные и/или ленточные завихрители и интенсификаторы теплоотдачи.The technical result according to variant 3 is achieved in that in a modular liquefied gas gasifier comprising a tank with liquefied gas, a filling line, an input manifold, a housing in which one or more identical modules with the possibility of selective inclusion in the gasification process are installed, an output manifold, a control system, what is new is that a burner unit is installed in the base of the heat chamber and heat is supplied to the modules from hot flue gases formed during the combustion of gas in the burner unit, gas enters the burner unit from the steam cavity of the liquefied gas tank, or from the output manifold after gasification of the liquefied gas, or from an autonomous fuel source for gas burners, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, the module input device is equipped with a spacer containing jet and/or centrifugal nozzles, the axes of the nozzles are oriented at an acute angle to the pipe axis, the pipe contains vane and/or ribbon swirlers and heat transfer intensifiers.

Газификатор снабжен тепловой камерой, в основании которой установлен блок горелок.The gasifier is equipped with a thermal chamber, at the base of which a burner block is installed.

Тепловая камера оснащена магистралью слива конденсата.The thermal chamber is equipped with a condensate drain line.

Подача газа в блок горелок осуществляется из паровой полости емкости или из коллектора выходного.Gas is supplied to the burner block from the steam cavity of the tank or from the outlet manifold.

Магистраль подачи газа в блок горелок оснащена редуктором и регулятором газа топлива.The gas supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a fuel gas regulator.

Гидравлический такт модуля оснащен турбулизаторами потока.The hydraulic stroke of the module is equipped with flow turbulators.

Сущность работы газификатора сжиженного газа модульного по варианту 3 заключается в следующем: заборе жидкости из емкости и подаче сжиженного газа в модули принудительно, с помощь насоса или под давлением насыщенных паров в емкости, адиабатном дросселировании сжиженного газа в форсунках с образование дисперсного парожидкостного потока, приданию потоку осевой и тангенциальной составляющей скорости дисперсного потока с помощью струйных и/или центробежных форсунок, дополнительной закрутке потока в гидравлическом такте модуля, испарению парожидкостного потока и нагреве паровой фазы путем теплопередачи энергии через стенку модуля от дымовых газов, образующихся при сгорании газа в блоке горелок, что приводит к повышению надежности и экономичности работы газификатора, обеспечению регулируемой и безопасной работе газификатора в широком диапазоне изменения производительности упрощения и унификации конструкции, уменьшению размеров теплообменного оборудования, снижению гидравлического сопротивления тракта модуля, повышению экономичности.The essence of the operation of the modular liquefied gas gasifier according to option 3 is as follows: taking liquid from the tank and feeding liquefied gas into the modules forcibly, using a pump or under the pressure of saturated vapors in the tank, adiabatic throttling of liquefied gas in nozzles with the formation of a dispersed vapor-liquid flow, imparting an axial and tangential component of the velocity of the dispersed flow to the flow using jet and/or centrifugal nozzles, additional swirling of the flow in the hydraulic stroke of the module, evaporation of the vapor-liquid flow and heating of the vapor phase by means of heat transfer of energy through the wall of the module from the flue gases formed during the combustion of gas in the burner block, which leads to an increase in the reliability and efficiency of the gasifier, ensuring adjustable and safe operation of the gasifier in a wide range of changes in productivity, simplification and unification of the design, a decrease in the size of the heat exchange equipment, a decrease in the hydraulic resistance of the module path, and an increase in efficiency.

На фиг. 1 (вариант 1) представлена технологическая схема газификатора сжиженного газа модульного с промежуточным теплоносителем и наружным котлом.Fig. 1 (option 1) shows the process flow diagram of a modular liquefied gas gasifier with an intermediate coolant and an external boiler.

На фиг. 2 (вариант 2) представлена технологическая схема газификатора сжиженного газа модульного с промежуточным теплоносителем и внутренним котломFig. 2 (option 2) shows the process flow diagram of a modular liquefied gas gasifier with an intermediate coolant and an internal boiler.

На фиг. 3 представлен модуль с каналом постоянного сечения.Fig. 3 shows a module with a channel of constant cross-section.

На фиг. 4 представлена проставка с форсунками.Fig. 4 shows a spacer with injectors.

На фиг. 5 представлен модуль с каналом переменного сечения.Fig. 5 shows a module with a variable cross-section channel.

На фиг. 6 (вариант 3) представлена технологическая схема газификатора газа модульного с огневым подогревом.Fig. 6 (option 3) shows the process flow diagram of a modular gas gasifier with fire heating.

Здесь: 1 - емкость, 2 - магистраль заправки, 3 - насос, 4 - регулятор расхода, 5 - коллектор входной, 6 - коллектор выходной, 7 - корпус газификатора, 8 - крышка, 9 - патрубок входа теплоносителя, 10 - патрубок выхода теплоносителя, 11 - плита, 12 - модуль, 13 - ресивер, 14 - магистраль выхода газа, 15 - регулятор расхода теплоносителя, 16 - магистраль входа резервного теплоносителя, 17 - котел внешний, 18 - дымовая труба, 19 - теплообменник, 20 - регулятор расхода топлива, 21 - блок горелок, 22 - насос теплоносителя, 23 - магистраль выхода резервного теплоносителя, 24 - основание, 25 - входной патрубок, 26 - выходной патрубок, 27 - котел внутренний, 28 - проставка, 29 - форсунка центробежная, 30 - форсунка струйная, 31 - труба профилированная, 32 - завихритель ленточный, 33 - завихритель лопаточный, 34 - выштамповки, 35 - труба переменного сечения, 36 - спираль (интенсификатор теплоотдачи), 37 - магистраль слива конденсата, (T1, Т2, Т3) - датчики температуры, (P1, Р2, Р3) - датчики давления, (РД1, РД₂) -редукторы газовые, (B₁…B₈) - вентили, (КЭО₁…КЭО₅) - клапаны отсечные, (ПСК₁, ПСК₂) - клапаны предохранительные, (C1, С2) - свечи, СГ - счетчик газа, СУ - система управления, КТ - камера тепловая.Here: 1 - tank, 2 - filling line, 3 - pump, 4 - flow regulator, 5 - inlet manifold, 6 - outlet manifold, 7 - gasifier body, 8 - cover, 9 - coolant inlet pipe, 10 - coolant outlet pipe, 11 - stove, 12 - module, 13 - receiver, 14 - gas outlet line, 15 - coolant flow regulator, 16 - reserve coolant inlet line, 17 - external boiler, 18 - smoke stack, 19 - heat exchanger, 20 - fuel flow regulator, 21 - burner unit, 22 - coolant pump, 23 - reserve coolant outlet line, 24 - base, 25 - inlet pipe, 26 - outlet pipe, 27 - internal boiler, 28 - spacer, 29 - centrifugal nozzle, 30 - jet nozzle, 31 - profiled pipe, 32 - ribbon swirler, 33 - vane swirler, 34 - stampings, 35 - variable cross-section pipe, 36 - spiral (heat transfer intensifier), 37 - condensate drain line, (T1, T2, T3) - temperature sensors, (P1, P2, P3) - pressure sensors, (RD1, RD ₂ ) - gas reducers, (B ₁ ... B ₈ ) - valves, (KEO ₁ ... KEO ₅ ) - shut-off valves, (PSK ₁ , PSK ₂ ) - safety valves, (C1, C2) - spark plugs, SG - gas meter, SU - control system, KT - heat chamber.

Газификатор сжиженного газа модульного типа (вариант 1), фиг. 1, содержит емкость 1, в которой размещается сжиженный газ. Емкость 1 оснащена магистралью заправки 2, датчиком температуры T₁, датчиком давления P₁, клапаном предохранительным ПСК₁, вентилями B₁, В₂, свечой С₁. Емкость 1 соединена трубопроводом с коллектором входным 5. В трубопроводе, соединяющем емкость с коллектором входным 5 установлены: клапан запорный КЭО₁, насос 3, вентили В₃, В₄, В₅, и регулятор расхода 4. Коллектор входа 5 соединен с одним или более модулями 12 через запорные клапаны и входные патрубки 25. На фиг. 1 показаны три модуля испарителя 12, соединенные с коллектором 5 через клапаны отсечные КЭО₂, КЭО₃, КЭО₄. Выходные патрубки 26 модулей 12 соединены с коллектором выхода 6. Коллектор выхода 6 соединен с ресивером 13 трубопроводом, в котором установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, редуктор РД₁, счетчик газа СГ. Ресивер 13 содержит магистраль выхода газа 14.The modular type liquefied gasifier (variant 1), Fig. 1, comprises a tank 1 in which liquefied gas is placed. The tank 1 is equipped with a filling line 2, a temperature sensor T ₁ , a pressure sensor P ₁ , a safety valve PSK ₁ , valves B ₁ , B ₂ , and a spark plug C ₁ . The tank 1 is connected by a pipeline to an inlet manifold 5. The following are installed in the pipeline connecting the tank to the inlet manifold 5: a shut-off valve KEO ₁ , a pump 3, valves B ₃ , B ₄ , B ₅ , and a flow regulator 4. The inlet manifold 5 is connected to one or more modules 12 through shut-off valves and inlet pipes 25. In Fig. 1 shows three modules of the evaporator 12 connected to the manifold 5 through the shut-off valves KEO ₂ , KEO ₃ , KEO _4. The outlet pipes 26 of the modules 12 are connected to the outlet manifold 6. The outlet manifold 6 is connected to the receiver 13 by a pipeline in which the safety valve PSK ₂ with the spark plug S ₂ , the reducer RD ₁ , and the gas meter SG are installed. The receiver 13 contains the gas outlet line 14.

Однотипные модули испарителя 12 смонтированы на плитах 11 и установлены на крышке 8 внутри камеры тепловой КТ, заполненной жидким теплоносителем. Камера тепловая КТ образованна корпусом 7 с основанием 24 и крышкой 8. Модули испарителя 12, в случае использования нескольких модулей, располагаются в камере тепловой КТ рядами, в шахматном порядке или иным способом, сообразно наивыгоднейшим условиям теплообмена между теплоносителем и модулями. Газификатор оснащен котлом внешним 17 с теплообменником 19, блоком горелок 21 и дымовой трубой 18.Identical modules of the evaporator 12 are mounted on plates 11 and installed on the cover 8 inside the chamber of the thermal KT filled with liquid heat carrier. The chamber of the thermal KT is formed by the body 7 with the base 24 and the cover 8. The modules of the evaporator 12, in case of using several modules, are located in the chamber of the thermal KT in rows, in a checkerboard pattern or in another way, in accordance with the most advantageous conditions of heat exchange between the heat carrier and the modules. The gasifier is equipped with an external boiler 17 with a heat exchanger 19, a burner unit 21 and a smoke pipe 18.

Камера тепловая КТ содержит патрубок входа теплоносителя 9, установленный на крышке 11 и патрубок выхода теплоносителя 10, установленный в основании 24. Патрубок входа теплоносителя 9 соединен с патрубком выхода теплоносителя 10 магистралью циркуляции теплоносителя, в которой установлены: регулятор расхода теплоносителя 15, вентиль В₇, теплообменник 19, циркуляционный насос 22, вентиль В₈. К магистрали циркуляции теплоносителя подключены: магистраль входа резервного теплоносителя 16 с вентилем В₆ и магистраль выхода резервного теплоносителя 23 с вентилем В₉. Теплообменник 19 установлен внутри котла 17. Котел 17 оснащен блоком газовых горелок 21. Топливо в газовые горелки 21 подводится либо из паровой подушки емкости 1 по магистрали, в которой установлены: запорный клапан КЭО₇, редуктор РД₂, с датчиком давления Р₃, регулятор расхода топлива 20; либо из коллектора выхода газа 6 через запорные клапаны КЗО₅, КЗО₆, редуктор РД₂ и далее в блок горелок 21. В блок горелок 21 может подаваться и другое горючее из внешней топливной системы, например, мазут (на фиг. 1 не показано).The heat chamber KT contains a heat carrier inlet pipe 9, installed on the cover 11 and a heat carrier outlet pipe 10, installed in the base 24. The heat carrier inlet pipe 9 is connected to the heat carrier outlet pipe 10 by a heat carrier circulation line, in which the following are installed: a heat carrier flow regulator 15, a valve B ₇ , a heat exchanger 19, a circulation pump 22, and a valve B _8. The following are connected to the heat carrier circulation line: a reserve heat carrier inlet pipe 16 with a valve B ₆ and a reserve heat carrier outlet pipe 23 with a valve B ₉ . The heat exchanger 19 is installed inside the boiler 17. The boiler 17 is equipped with a block of gas burners 21. Fuel is supplied to the gas burners 21 either from the steam cushion of the tank 1 via a main line in which the following are installed: a shut-off valve KEO ₇ , a reducer RD ₂ with a pressure sensor P ₃ , a fuel flow regulator 20; or from the gas outlet manifold 6 through shut-off valves KZO ₅ , KZO ₆ , a reducer RD ₂ and then to the block of burners 21. Other fuel can also be supplied to the block of burners 21 from an external fuel system, for example, fuel oil (not shown in Fig. 1).

Модули 12, установленные в тепловой камере, имеют сборную конструкцию, фиг. 3 и фиг. 4. Каждый модуль 12 смонтирован на отдельной плите 11. Модуль содержит входной патрубок 25, соединенный с трубой профилированной 31 через проставку 28. В проставке 28 установлены, фиг. 3 и фиг. 4, одна или более центробежных 29 и (или) струйных 30 форсунок. Оси форсунок 29 и 30 ориентированы под острым углом к оси тубы 31. В трубе 31, фиг. 3, установлены завихритель ленточный 32 и/или завихритель лопаточный 33, которые обеспечивает закрутку потока и одновременно выполняет роль теплового моста. Труба 31 оснащена интенсификаторами теплоотдачи, например, в виде выштамповок 34 (фиг. 3) или иных элементов, представляющих собой выступы-впадины сферической или другой формы, либо оснащена интенсификатором теплоотдачи в виде спирали 36, фиг. 5, круглого или прямоугольного сечения, установленной на внутренней поверхности трубы модуля. Гидравлический тракт модуля испарителя может иметь как постоянную площадь проходного сечения, фиг. 3, так и переменную площадь проходного сечения, фиг. 5.The modules 12 installed in the heat chamber have a prefabricated structure, Fig. 3 and Fig. 4. Each module 12 is mounted on a separate plate 11. The module contains an inlet branch pipe 25 connected to a profiled pipe 31 via a spacer 28. One or more centrifugal 29 and (or) jet 30 nozzles are installed in the spacer 28, Fig. 3 and Fig. 4. The axes of the nozzles 29 and 30 are oriented at an acute angle to the axis of the tube 31. A belt swirler 32 and/or a blade swirler 33 are installed in the pipe 31, Fig. 3, which ensures swirling of the flow and simultaneously acts as a thermal bridge. The pipe 31 is equipped with heat transfer intensifiers, for example, in the form of stampings 34 (Fig. 3) or other elements representing protrusions-depressions of a spherical or other shape, or is equipped with a heat transfer intensifier in the form of a spiral 36, Fig. 5, of a round or rectangular cross-section, installed on the inner surface of the module pipe. The hydraulic tract of the evaporator module can have both a constant flow cross-sectional area, Fig. 3, and a variable flow cross-sectional area, Fig. 5.

Модуль с переменной площадью проходного сечения, фиг. 5, состоит из трубы профилированной 31 с постоянной площадью проходного сечения, в которой смонтированы форсунки 29 и 30, ленточный 31 и (или) завихритель лопаточный 33, и трубы переменного сечения 35, образующей расширяющийся канал. Такая конструкция модуля позволяет снизить гидравлическое сопротивление модуля испарителя 12 при движении в нем испаряемой и нагреваемой среды. Модули 12 как постоянного сечения (фиг. 3), так и переменного сечения (фиг. 5) могут содержать интенсификаторы теплоотдачи в виде выштамповок 34 (фиг. 3) или в виде спирали (фиг. 5).The module with a variable flow cross-section area, Fig. 5, consists of a profiled pipe 31 with a constant flow cross-section area, in which nozzles 29 and 30, a belt 31 and (or) a vane swirler 33 are mounted, and a pipe of variable cross-section 35, forming an expanding channel. Such a design of the module makes it possible to reduce the hydraulic resistance of the evaporator module 12 during the movement of the evaporated and heated medium in it. Modules 12 of both constant cross-section (Fig. 3) and variable cross-section (Fig. 5) can contain heat transfer intensifiers in the form of stampings 34 (Fig. 3) or in the form of a spiral (Fig. 5).

Выходные патрубки 26 модулей 12, фиг. 1, подключены к коллектору выхода 6, который соединен с ресивером 13 гидравлической магистралью. В магистрали, соединяющей коллектор выхода 6 с ресивером 13 установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, клапан отсечной КЭО₅ редуктор РД₁, датчик давления Р₂ и счетчик газа СГ. Ресивер 13 содержит магистраль выхода 14. Газификатор сжиженного газа модульный содержит систему управления СУ, информация в которую поступает от датчиков температуры Т₁…Т₄, датчиков давления Р₁…Р₃, регуляторов расхода 4, 15 и 20, редукторов РД₁ и РД₂, клапанов отсечных КЭО₁…КЭО₅.The outlet pipes 26 of the modules 12, Fig. 1, are connected to the outlet manifold 6, which is connected to the receiver 13 by a hydraulic line. In the line connecting the outlet manifold 6 with the receiver 13, a safety valve PSK ₂ with a spark plug S ₂ , a shut-off valve KEO ₅ , a reducer RD ₁ , a pressure sensor P ₂ and a gas meter SG are installed. The receiver 13 contains an outlet line 14. The modular liquefied gasifier contains a control system SU, information to which comes from temperature sensors T ₁ ... T ₄ , pressure sensors P ₁ ... P ₃ , flow regulators 4, 15 and 20, reducers RD ₁ and RD ₂ , shut-off valves KEO ₁ ... KEO ₅ .

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2, фиг. 2, отличается от варианта 1 тем, что внутри камеры тепловой КТ установлен котел внутренний 27 с блоком горелок 21 и дымовой трубой 18. Котел внутренний 27 газификатора по варианту 2 не содержит системы циркуляции жидкого теплоносителя. В остальном состав газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2 совпадает с газификатором по варианту 1.The modular liquefied gas gasifier according to variant 2, Fig. 2, differs from variant 1 in that an internal boiler 27 with a burner block 21 and a smoke stack 18 is installed inside the thermal chamber of the CT. The internal boiler 27 of the gasifier according to variant 2 does not contain a liquid heat carrier circulation system. Otherwise, the composition of the modular liquefied gas gasifier according to variant 2 coincides with the gasifier according to variant 1.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 3, фиг. 6, отличается от варианта 1 тем, что в основании 24 камеры тепловой КТ установлен блок горелок 21. Теплоносителем газификатора по варианту 3 являются продукты сгорания топлива, поступающего в блок горелок 21, которые удаляются по дымовой трубе 18. В основании 24 установлена магистраль слива конденсата 37. Газификатор по варианту 3 не содержит систему циркуляции теплоносителя и котла. В остальном состав газификатора сжиженного газа модульного по варианту 3 совпадает с газификатором по варианту 1.The modular liquefied gas gasifier according to variant 3, Fig. 6, differs from variant 1 in that a burner unit 21 is installed in the base 24 of the thermal CT chamber. The heat carrier of the gasifier according to variant 3 is the combustion products of the fuel entering the burner unit 21, which are removed through the smoke pipe 18. A condensate drain line 37 is installed in the base 24. The gasifier according to variant 3 does not contain a heat carrier circulation system and a boiler. Otherwise, the composition of the modular liquefied gas gasifier according to variant 3 coincides with the gasifier according to variant 1.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 1, фиг. 1, работает следующим образом. Перед началом работы емкость 1 заправляется сжиженным газом через магистраль заправки 2 при открытых вентилях B₁ и В₂ и закрытом клапане КЭО₁ до объема, не превышающем 85% номинального объема емкости 1. По окончанию заправки емкости 1 сжиженным газом вентиль В₁ закрывается. Температура и давление в емкости измеряются датчиками T₁ и P₁. Для обеспечения безопасной работы газификатора емкость 1 оснащена предохранительным клапаном ПК₁, который срабатывает при достижении в емкости 1 предельного давления. Газ из предохранительного клапана поступает на свечу C₁. Полость тепловой камеры заполнена теплоносителем, в качестве которого может быть использован тосол, другие органические жидкости и вода. Теплоноситель нагревается до заданной температуры в теплообменнике 19, размещенном в котле 17, и с помощью насоса циркуляционного 22 прокачивается через камеру тепловую КТ. Подвод тепла к теплообменнику осуществляется вследствие сгорания газа в блоке горелок 21 в котле 17. Газ, при подготовке газификатора к работе, поступает из паровой подушки емкости 1 через открытый клапан отсечной КЭО₂, редуктор РД₂, понижающий давление паров газа до рабочего давления горелок 21. Расход газа, поступающего в блок горелок, задается регулятором подачи топлива 20 по командам системы управления СУ. Возможна подача нагретого теплоносителя в камеру тепловую КТ из магистрали входа резервного теплоносителя 16. По достижению заданной температуры теплоносителя, которая контролируется датчиком температуры Т₃, осуществляется процесс газификации сжиженного газа.The modular liquefied gasifier according to variant 1, Fig. 1, operates as follows. Before starting work, tank 1 is filled with liquefied gas through filling line 2 with open valves B ₁ and B ₂ and closed valve KEO ₁ to a volume not exceeding 85% of the nominal volume of tank 1. Upon completion of filling tank 1 with liquefied gas, valve B ₁ is closed. The temperature and pressure in the tank are measured by sensors T ₁ and P ₁ . To ensure safe operation of the gasifier, tank 1 is equipped with safety valve PK ₁ , which is triggered when the maximum pressure is reached in tank 1. Gas from the safety valve enters candle C ₁ . The cavity of the heat chamber is filled with a coolant, which can be antifreeze, other organic liquids and water. The coolant is heated to a specified temperature in the heat exchanger 19, located in the boiler 17, and is pumped through the thermal chamber KT by means of the circulation pump 22. Heat is supplied to the heat exchanger as a result of gas combustion in the burner unit 21 in the boiler 17. Gas, when preparing the gasifier for operation, comes from the steam cushion of the tank 1 through the open shut-off valve KEO ₂ , the reducer RD ₂ , which reduces the gas vapor pressure to the operating pressure of the burners 21. The flow rate of gas entering the burner unit is set by the fuel supply regulator 20 according to the commands of the control system SU. It is possible to supply the heated coolant to the thermal chamber KT from the reserve coolant inlet line 16. Upon reaching the specified coolant temperature, which is monitored by the temperature sensor T ₃ , the process of gasification of the liquefied gas is carried out.

Для осуществления процесса газификации открываются клапан отсечной КЭО₁ и сжиженный газ поступает в коллектор входной 5 и через открытые клапаны отсечные КЭО₂… КЭО₄ направляется во входные патрубки 25 модулей 12. В гидравлических трактах модулей 12, вследствие передачи тепла от нагретого теплоносителя, циркулирующего через камеру тепловую КТ, происходит испарение жидкости и перегрев газа. Нагретый газ из гидравлического тракта модулей 12 через выходные патрубки 26 направляется в коллектор выходной 6 и через открытый отсечной клапан КОЭ₅ поступает в ресивер 13 и далее в магистраль выхода газа 14. Количество газа, поступающего в ресивер, измеряется счетчиком газа СГ; давление, задаваемое потребителем, регулируется редуктором РД₁ и контролируется датчиком давления Р₂; температура, задаваемая потребителем, контролируется датчиком температуры Т₂. Подача сжиженного газа в коллектор входной 5 может осуществляться или самовытеснением, под давлением насыщенных паров P₁ в емкости 1, превышающем давление Р₂ в ресивере 13, когда, когда вентиль В₃ открыт, а вентили В₄ и В₅ закрыты; или принудительно, с помощью насоса 3, когда вентиль В₃ закрыт, а вентили В₄ и В5 открыты. Промышленные емкости, предназначенные для хранения сжиженных газов, в том числе и СПГ, могут работать при избыточном давлении в емкости 0,7…1,5 MI 1а, что при давлении в магистрали потребителя Р≤ 0,3 МПа позволяет реализовать подачу жидкости в модули 12 самовытеснением, под давлением насыщенных паров в емкости 1. При принудительной подаче сжиженного газ в модули с помощью насоса 3 возможна подача газа потребителю в магистраль 14 с давлением составляющим порядка 40% от давления, создаваемого насосом 3 в коллекторе 5. Производительность газификатора может регулироваться либо дискретно, путем включения (отключения) клапанов отсечных (КЭО₁…КЭО₄), установленных перед модулями 12, либо плавно с помощью регулятора расхода 4. Дискретное и плавное регулирование расхода расширяет функциональные возможности газификатора и позволяет использовать газификатор в условиях динамических нагрузок. Использование однотипных модулей 12, смонтированных на плитах 11, позволяет создавать газификаторы с различной производительностью и унифицирует конструкцию газификатора.To carry out the gasification process, the shut-off valve KEO ₁ is opened and the liquefied gas enters the inlet manifold 5 and through the open shut-off valves KEO ₂ ... KEO ₄ is directed to the inlet pipes 25 of the modules 12. In the hydraulic tracts of the modules 12, due to the transfer of heat from the heated coolant circulating through the thermal chamber KT, evaporation of the liquid and overheating of the gas occur. The heated gas from the hydraulic tract of the modules 12 through the outlet pipes 26 is directed to the outlet manifold 6 and through the open shut-off valve KOE ₅ enters the receiver 13 and then into the gas outlet main 14. The amount of gas entering the receiver is measured by the gas meter SG; the pressure set by the consumer is regulated by the reducer RD ₁ and is monitored by the pressure sensor P ₂ ; the temperature set by the consumer is monitored by the temperature sensor T ₂ . The supply of liquefied gas to the inlet manifold 5 can be carried out either by self-displacement, under the pressure of saturated vapors _P1 in the tank 1, exceeding the pressure _P2 in the receiver 13, when valve _B3 is open and valves _B4 and _B5 are closed; or forcibly, using pump 3, when valve _B3 is closed and valves _B4 and B5 are open. Industrial tanks intended for storing liquefied gases, including LNG, can operate at excess pressure in the tank of 0.7…1.5 MI 1a, which, at pressure in the consumer main line P≤0.3 MPa, allows for the liquid to be supplied to modules 12 by self-displacement, under the pressure of saturated vapors in tank 1. With forced supply of liquefied gas to modules using pump 3, it is possible to supply gas to the consumer in main line 14 with a pressure of approximately 40% of the pressure created by pump 3 in manifold 5. The gasifier performance can be regulated either discretely, by turning on (off) shut-off valves (KEO ₁ …KEO ₄ ), installed in front of modules 12, or smoothly using flow regulator 4. Discrete and smooth flow regulation expands the functionality of the gasifier and allows the gasifier to be used under dynamic loads. The use of identical modules 12 mounted on plates 11 allows the creation of gasifiers with different capacities and unifies the design of the gasifier.

Сжиженный газ, поступающий в модуль (модули) 12, попадает в полость патрубка входного 26 (фиг. 3, фиг. 4) и дросселируется через центробежные 28 и (или) струйные 29 форсунки. Оси форсунок ориентируются под острым углом коси трубы 25, что придает парожидкостному потоку как осевую, так и тангенциальную составляющие скорости потока. В процессе дросселирования жидкости в тракте форсунок, вследствие падения давления, происходит частичное испарение жидкости и образование 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. 391-392). Достаточным условием образования двухфазного потока на выходе из форсунок является выполнение требования, давление за срезом форсунок в полости трубы 25 должно быть меньше или равно давлению насыщения, соответствующего температуре сжиженного газа T₁ в емкости 1. Преобразование капельного потока жидкости в дисперсный способствует устойчивому и управляемому движению парожидкостного потока в газодинамическом тракте модуля 12, по сравнению с движением закипающей жидкости в обогреваемых каналах, которое характеризуется множественными переходными структурами потока: пузырьковый, снарядный и прочие (Болтенко Э.А. Кризис теплоотдачи и распределение жидкости в парогенерирующем канале - М.: Радуга, 2015. - стр. 11-17). Наличие сложных, переходных и непредсказуемых форм двухфазного потока в обогреваемых каналах сопровождается пульсациями давления, гидроударами, нестационарностью, запиранием потока и прочим кризисным явлениям, что существенно усложняет эксплуатацию теплообменного оборудования и управление процессом газификации жидкости. Исключение всевозможных переходных и непредсказуемых структурных форм двухфазного потока путем дросселирования жидкости в форсунках и получения дисперсного двухфазного потока за срезом форсунок обеспечивает устойчивый и управляемый режим работы газификатора, исключает гидроудары в газодинамическом тракте газификатора и повышает надежность работы оборудования. Придание дисперсному парожидкостному потоку тангенциальной составляющей скорости потока с помощь форсунок 28 и 29, ленточного 25 и лопаточного 31 завихрителей, способствует дрейфу боле тяжелой, жидкой фазы к обогреваемым стенкам внутренних каналов модуля испарителя 12. Орошение обогреваемого внутренних стенок модуля 12 жидкой фазой существенно повышает коэффициент теплоотдачи α до значений α = 2000…3000 Вт/м² К (Кипение криогенных жидкостей. Григорьев Ю.М., Павлов Ю.М. Аметистов Е.В. М.: «Энергия» 1977. стр. 58-59). Таким образом в газодинамическом тракте модуля осуществляется преобразование капельного потока жидкости в дисперсный парожидкостный поток с помощью форсунок, испарении жидкой фазы и нагрев паровой фазы до требуемых значений. При газификации СПГ в типовых условиях температура на выходе из газификатора составляет, t≈ 10°С. Закрутка парожидкостного потока, перемешивание и турбулизация потока с помощью завихрителей и интенсификаторов теплоотдачи 33 и 35 (фиг. 2 и фиг. 3), а также омывание наружных стенок модуля испарителя жидким теплоносителем способствует снижению термического сопротивления теплопередачи, уменьшению габаритов и металлоемкости конструкции элементов теплообменного оборудования газификатора.The liquefied gas entering the module (modules) 12 enters the cavity of the inlet pipe 26 (Fig. 3, Fig. 4) and is throttled through centrifugal 28 and (or) jet 29 nozzles. The axes of the nozzles are oriented at an acute angle to the oblique pipe 25, which imparts both axial and tangential components of the flow velocity to the vapor-liquid flow. During the throttling of the liquid in the nozzle tract, due to the pressure drop, partial evaporation of the liquid and the formation of a dispersed vapor-liquid flow occur, in which the carrier medium is steam with liquid droplets dispersed in it. (Deich M.E., Filippov G.A. Gas Dynamics of Two-Fazon Media. - Moscow: Energoizdat, 1981, pp. 391-392). A sufficient condition for the formation of a two-phase flow at the outlet of the nozzles is the fulfillment of the requirement that the pressure behind the nozzle cutoff in the cavity of pipe 25 should be less than or equal to the saturation pressure corresponding to the temperature of the liquefied gas T ₁ in tank 1. The transformation of a droplet liquid flow into a dispersed one contributes to a stable and controlled movement of the vapor-liquid flow in the gas-dynamic tract of module 12, compared to the movement of a boiling liquid in heated channels, which is characterized by multiple transitional flow structures: bubble, slug, and others (Boltenko E.A. Heat Transfer Crisis and Liquid Distribution in a Steam-Generating Channel - M.: Raduga, 2015. - pp. 11-17). The presence of complex, transitional and unpredictable forms of two-phase flow in heated channels is accompanied by pressure pulsations, hydraulic shocks, non-stationarity, flow blocking and other crisis phenomena, which significantly complicates the operation of heat exchange equipment and the control of the liquid gasification process. Elimination of all possible transitional and unpredictable structural forms of two-phase flow by throttling the liquid in the nozzles and obtaining a dispersed two-phase flow behind the nozzle cutoff ensures a stable and controlled operation mode of the gasifier, eliminates hydraulic shocks in the gas dynamic tract of the gasifier and increases the reliability of the equipment. By imparting a tangential component of flow velocity to the dispersed vapor-liquid flow using nozzles 28 and 29, ribbon 25 and vane 31 swirlers, the heavier liquid phase drifts toward the heated walls of the internal channels of the evaporator module 12. Irrigation of the heated internal walls of module 12 with the liquid phase significantly increases the heat transfer coefficient α to values of α = 2000…3000 W/ ^m2K (Boiling of cryogenic liquids. Grigoriev Yu.M., Pavlov Yu.M., Ametistov E.V. Moscow: “Energia” 1977. pp. 58-59). Thus, in the gas-dynamic tract of the module, the droplet flow of liquid is converted into a dispersed vapor-liquid flow using nozzles, evaporation of the liquid phase and heating of the vapor phase to the required values. During LNG gasification under typical conditions, the temperature at the outlet of the gasifier is t≈ 10°C. Swirling of the vapor-liquid flow, mixing and turbulence of the flow using swirlers and heat transfer intensifiers 33 and 35 (Fig. 2 and Fig. 3), as well as washing the outer walls of the evaporator module with a liquid heat carrier helps to reduce the thermal resistance of heat transfer, reduce the dimensions and metal content of the design of the elements of the gasifier's heat exchange equipment.

Нагретый до требуемой температуры газ поступает в выходной патрубок 32 модуля или модулей, которые соединены с коллектор выходным 6 (фиг.1). Из коллектора выходной 6 газ поступает в ресивер 13 и далее в магистраль потребителя 14. В магистрали, соединяющей коллектор выхода с ресивером 13 установлены предохранительный клапан ПСК₂ со свечой С₂, клапан запорный КЗО₅, редуктор РД₁ и счетчик газа СГ. Счетчик газа осуществляет учет поставляемого газофицированного продукта, датчики температуры Т₂ и давления Р₂ обеспечивают контроль и управление параметрами газаThe gas heated to the required temperature enters the outlet branch pipe 32 of the module or modules, which are connected to the outlet manifold 6 (Fig. 1). From the outlet manifold 6, the gas enters the receiver 13 and then into the consumer main line 14. In the main line connecting the outlet manifold with the receiver 13, the safety valve PSK ₂ with the spark plug S ₂ , the shut-off valve KZO ₅ , the reducer RD ₁ and the gas meter SG are installed. The gas meter records the supplied gasified product, the temperature sensors T ₂ and pressure sensors P ₂ ensure monitoring and control of the gas parameters.

Модульный принцип построения регазификатора позволяет создавать устройства желаемой производительности на базе унифицированных модулей, что упрощает конструкцию, и снижает затраты на ее создание. Отсутствие в модуле внутренней трубы упрощает конструкцию и снижает его гидравлическое сопротивление.The modular principle of the regasifier construction allows creating devices of the desired productivity based on unified modules, which simplifies the design and reduces the costs of its creation. The absence of an internal pipe in the module simplifies the design and reduces its hydraulic resistance.

С целью обеспечения прогнозируемой и управляемой работы газификатора сжиженного газа модульного фиксируются следующие характеристики и параметры: измеряются расход поставляемого продукта счетчиком газа СГ, регулируется количество жидкости, направляемой в газификатор с помощью регулятора расхода 4, измеряется температура теплоносителя Т₃ и регулируется количество теплоносителя поступающего в емкость корпуса 7, обеспечивается контроль и управлении работой котла 18, обеспечивающего нагрев теплоносителя.In order to ensure predictable and controlled operation of the modular liquefied gas gasifier, the following characteristics and parameters are recorded: the flow rate of the supplied product is measured by the SG gas meter, the amount of liquid sent to the gasifier is regulated by the flow regulator 4, the temperature of the coolant T ₃ is measured and the amount of coolant entering the tank of the housing 7 is regulated, control and management of the operation of the boiler 18, which provides heating of the coolant, is ensured.

Вся измерительная информация от датчиков температуры, давления, расхода и положения клапанов отсечных поступает и обрабатывается в системе управления СУ. Система управления СУ обеспечивает работу газификатора сжиженного газа модульного в режимах запуска и переключения на различную производительность в автоматическом (автономном) режиме и может передавать информацию о работе газификатора на вышестоящий уровень управления.All measurement information from temperature, pressure, flow and shut-off valve position sensors is received and processed in the control system SU. The control system SU ensures the operation of the modular liquefied gas gasifier in the start-up and switching modes to different productivity in the automatic (autonomous) mode and can transmit information about the gasifier operation to a higher control level.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 2, фиг. 2, который оснащен котлом внутренним 27, работает следующим образом. Подготовительные операции: заполнение емкости 1 сжиженным природным газом, подача газа в блок горелок 21 котла 27, нагрев теплоносителя в камере тепловой с помощь котла внутреннего до заданной температуры Т₃ осуществляется аналогично работе газификатора по варианту 1. Циркуляция теплоносителя, нагреваемого котлом 27 и дымовой трубой 18, осуществляется путем естественной конвекции, что позволяет исключить из конструкции насос циркуляционный. Подача сжиженного газа в модули 12, парообразование и поступление газа потребителю в магистраль 14 с температурой Т₂ и давлением Р осуществляется аналогично варианту 1. В газификаторе, работающему по варианту 2 предусмотрена вынужденная циркуляция теплоносителя от внешних источников тепла по контуру: магистраль входа резервного теплоносителя 16, вентиль В₆, регулятор расхода теплоносителя 15, камера тепловая КТ, вентиль В₉, магистраль выхода резервного теплоносителя 23. Работа газификатора по варианту 2 с внутренним котлом позволяет уменьшить утечки тепла, по сравнению с вариантом 1 и более полно использовать теплоту сгорания топлива, поступающего в котел 27.The modular liquefied gas gasifier according to variant 2, Fig. 2, which is equipped with an internal boiler 27, operates as follows. Preparatory operations: filling the tank 1 with liquefied natural gas, feeding gas to the burner unit 21 of the boiler 27, heating the coolant in the thermal chamber with the help of the internal boiler to a specified temperature T ₃ is carried out similarly to the operation of the gasifier according to variant 1. Circulation of the coolant heated by the boiler 27 and the chimney 18 is carried out by natural convection, which makes it possible to exclude the circulation pump from the design. The supply of liquefied gas to modules 12, vaporization and gas supply to the consumer in main line 14 with temperature _T2 and pressure P is carried out similarly to variant 1. In the gasifier operating according to variant 2, forced circulation of the heat carrier from external heat sources is provided along the circuit: main line of the reserve heat carrier input 16, valve _B6 , heat carrier flow regulator 15, thermal chamber KT, valve _B9 , main line of the reserve heat carrier output 23. The operation of the gasifier according to variant 2 with an internal boiler allows to reduce heat leaks, in comparison with variant 1 and to more fully use the heat of combustion of the fuel entering the boiler 27.

Газификатор сжиженного газа модульный по варианту 3, технологическая схема которого представлена на фиг. 6, использует подвод тепла к модулю испарителю 12 непосредственно от дымовых газов, образующихся при сгорании топлива в блоке горелок 21, смонтированных в основании 24 камеры тепловой КТ. Подготовительные операции: заполнение емкости 1 сжиженным природным газом, подача газа в блок горелок 21, подача сжиженного газа в модуль испарителя 12, испарение сжиженного газа в гидравлическом тракте модуля и подача нагретого газа потребителю в магистраль выхода газа 14 осуществляется аналогично варианту 1. Использование в качестве теплоносителя дымовых газов позволяет повысить технико-экономические характеристики газификатора. Дымовые газы, образующиеся при сгорании углеводородных топлив, содержат пары воды. Поскольку газ в газификаторах нагревается до небольших положительных температур, порядка t ≈10°С, то наружная поверхность модуля имеет температуру t <100°С. При контакте водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания газа, с наружной поверхностью модуля, имеющего температуру t <100°С, происходит конденсация водяных паров. Для удаления конденсата продуктов сгорания топлива в основании 24 тепловой камеры КТ установлена магистраль слива конденсата 37. Конденсация водяных паров приводит к тому, что в процессе сгорания углеводородных топлив реализуется высшая теплота сгорания топлива, а вследствие конденсации паров воды па наружной поверхности модуля испарителя 12 обеспечиваются высокие коэффициенты теплоотдачи α≈2000-3000 Вт/м²К. (Волошин A.M., Шайхутдинов А.З., Зарецкий Я.В., Серазетдинов Ф.Ш., Тонконог В.Г., Явкин В.Б., Серазетдинов Ф.Ш. Подогреватели газа нового поколения. // Газовая промышленность №8 (649), 2010, с. 78-80). Реализация высшей теплоты сгорания углеводородного топлива повышает экономичность газификатора, а повышение коэффициента теплоотдачи и высокий тепловой напор ΔT ≈Т_ДГ - Т₂, где Т_ДГ - температура дымовых газов составляющая сотни °С, обуславливает плотность теплового потока, q = α × ΔТ, большую, чем в газификаторе с жидким промежуточным теплоносителем, вследствие чего снижаются размеры и металлоемкость конструкции теплообменного оборудования газификатора. Таким образом, улучшаются технико-экономические характеристики газификатора.The modular liquefied gas gasifier according to variant 3, the process diagram of which is presented in Fig. 6, uses heat supply to the evaporator module 12 directly from the flue gases formed during fuel combustion in the burner unit 21 mounted in the base 24 of the thermal CT chamber. Preparatory operations: filling the tank 1 with liquefied natural gas, feeding gas to the burner unit 21, feeding the liquefied gas to the evaporator module 12, evaporating the liquefied gas in the hydraulic path of the module and feeding the heated gas to the consumer in the gas outlet main 14 are carried out similarly to variant 1. The use of flue gases as a heat carrier allows to increase the technical and economic characteristics of the gasifier. Flue gases formed during the combustion of hydrocarbon fuels contain water vapor. Since the gas in the gasifiers is heated to small positive temperatures, of the order of t ≈10°C, the outer surface of the module has a temperature of t <100°C. When water vapor contained in the combustion products of the gas comes into contact with the outer surface of the module, which has a temperature of t <100°C, condensation of water vapor occurs. In order to remove the condensate of fuel combustion products, a condensate drain line 37 is installed in the base 24 of the heat chamber KT. Condensation of water vapor leads to the fact that during the combustion of hydrocarbon fuels, the higher heat of combustion of the fuel is realized, and due to the condensation of water vapor on the outer surface of the evaporator module 12, high heat transfer coefficients α≈2000-3000 W/ ^m2K are ensured. (Voloshin AM, Shaikhutdinov AZ, Zaretsky YaV, Serazetdinov F.Sh., Tonkonog VG, Yavkin VB, Serazetdinov F.Sh. New generation gas heaters. // Gas industry No. 8 (649), 2010, pp. 78-80). The implementation of the higher calorific value of hydrocarbon fuel increases the efficiency of the gasifier, and the increase in the heat transfer coefficient and high thermal pressure ΔT ≈T _DG - T ₂ , where T _DG is the flue gas temperature amounting to hundreds of °C, determines the density of the heat flow, q = α × ΔT, greater than in the gasifier with a liquid intermediate heat carrier, as a result of which the dimensions and metal consumption of the design of the heat exchange equipment of the gasifier are reduced. Thus, the technical and economic characteristics of the gasifier are improved.

Claims

1. A modular liquefied gas gasifier comprising a housing with modules, a filling line, a control system, a coolant inlet line into the housing with a coolant flow regulator and a coolant temperature sensor, a coolant outlet line, a receiver, a gas outlet line, one or more modules with inlet and outlet pipes are placed in the gasifier housing, the inlet pipes of the modules are connected through shut-off valves to the gasified liquid supply line, the outlet pipes of the modules are connected to the receiver and the gas outlet line, characterized in that the gasifier contains an external boiler with a heat exchanger and a gas burner unit, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, the inlet pipe of the modules contains a spacer with throttle nozzles, the axes of the nozzles are oriented at an acute angle to the pipe axis, the modules are equipped with swirling devices, ribbon and blade swirlers and intensifiers heat transfer, gas is supplied to the boiler from the steam cushion of the tank or from the outlet manifold, the gas supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a gas flow regulator, the gasifier contains a supply line for the reserve coolant and an outlet line for the reserve coolant.

2. A modular liquefied gas gasifier comprising a housing with modules, a filling line, a control system, a coolant inlet line into the housing with a coolant flow regulator and a coolant temperature sensor, a coolant outlet line, a receiver, a gas outlet line, one or more modules with inlet and outlet pipes are placed in the gasifier housing, the inlet pipes of the modules are connected through shut-off valves to the gasified liquid supply line, the outlet pipes of the modules are connected to the receiver and the gas outlet line, characterized in that the gasifier comprises an internal boiler with a gas burner unit and a smoke stack, gas is supplied to the gas burner unit from a steam cushion of the tank or from an outlet manifold, the boiler is located inside the housing, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, an inlet pipe, the modules contain a spacer with throttle nozzles, the axes of the nozzles are oriented at an acute angle to pipe axes, modules are equipped with swirling devices, belt and blade swirlers and heat transfer intensifiers, gas is supplied to the boiler from the steam cushion of the tank or from the outlet manifold, the gas supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a gas flow regulator, the gasifier contains a supply line for the reserve coolant and an outlet line for the reserve coolant.

3. A modular liquefied gas gasifier comprising a housing with modules, a filling line, a control system, a coolant inlet line into the housing with a coolant flow regulator and a coolant temperature sensor, a coolant outlet line, a receiver, a gas outlet line, one or more modules with inlet and outlet pipes are placed in the gasifier housing, the inlet pipes of the modules are connected through shut-off valves to the gasified liquid supply line, the outlet pipes of the modules are connected to the receiver and the gas outlet line, characterized in that a gas burner unit is placed in the gasifier housing, the housing is equipped with a smoke stack and a condensate drain line, the modules are a profiled U-shaped pipe with a constant and/or variable cross-sectional area, an inlet pipe, the modules contain a spacer with throttle nozzles, the axes of the nozzles are oriented at an acute angle to the pipe axis, the modules are equipped with swirling devices, ribbon and vane swirlers and heat transfer intensifiers, gas is supplied to the gas burner unit from the steam cushion of the tank or from the outlet manifold, the gas supply line to the burner unit is equipped with a reducer and a fuel flow regulator.