RU2846922C1

RU2846922C1 - Liquid flow heater of natural gas

Info

Publication number: RU2846922C1
Application number: RU2025105312A
Authority: RU
Inventors: Мансур Закариевич Садыков
Original assignee: Мансур Закариевич Садыков
Filing date: 2025-03-05
Publication date: 2025-09-19

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to the field of heating, in particular to fluid medium heaters, and can be used for heating of natural gas in gas-distributing stations. Natural gas liquid flow heater contains a housing filled with a liquid heat carrier and divided by longitudinal partitions into process compartments in which equipped with resonator pipes intermittent combustion heat generators are located, and pipes for discharging hot gases into chimneys, equipped with silencers and collectors of condensate from cooling hot gases with the possibility of draining it into a buffer compartment made at the base of the heater housing. Hot gas outlet pipes in each process compartment are displaced relative to vertical axes of heat generators. U-shaped flow heat exchanger for natural gas flow heating is installed above partitions. Technical compartment adjoins the housing, in which valve-mixing devices of fuel supply to heat generators, atmospheric air supply pipe and stacks with silencers are arranged. On periphery of heat generators there are bundles of heating pipes of U-shape for heating of heat carrier with hot gases from fuel combustion chambers in heat generators through circular distributing headers and their removal to hot gas outlet pipes through annular receiving headers. Each process compartment is equipped with a heat carrier discharge valve.

EFFECT: improving heating efficiency of natural gas flow and operating reliability of heater.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области отопления, в частности к нагревателям текучей среды, и может быть использовано для подогрева природного газа в газораспределительных станциях.The invention relates to the field of heating, in particular to fluid heaters, and can be used for heating natural gas in gas distribution stations.

Известен теплогенератор пульсирующего горения (ТПГ), содержащий клапанно-смесительное устройство на входе в камеру сгорания, выход из которой через трубы-резонаторы и дымовую трубу сообщен с атмосферой. Клапанно-смесительное устройство состоит из блока обратных воздушных клапанов, смесительной трубы со штоком стабилизатора пламени и с выполненным в смесительной трубе опоясывающим рядом дозирующих отверстий для подачи топливного газа из газового ресивера через обратный газовый клапан и установкой свечи зажигания. Завихритель штока стабилизатора пламени расположен на выходе из смесительной трубы и входе в камеру сгорания, при этом клапанно-смесительное устройство снабжено нагнетателем воздуха для запуска ТПГ. На входе в клапанно-смесительное устройство перед блоком обратных воздушных клапанов установлен огнепреградитель, состоящий из корпуса с размещенной в нем кассетой, выполненной из навитой полосы проволочной сетки или гофрированного листа. Огнепреградитель и блок обратных воздушных клапанов помещены в единый корпус, образуя взрывонепроницаемую оболочку, а полость между огнепреградителем и блоком обратных воздушных клапанов этой взрывонепроницаемой оболочки сообщена с входом в нагнетатель воздуха для запуска ТПГ, размещенный в дополнительной взрывонепроницаемой оболочке, посредством взрывонепроницаемой трубы. Выход из нагнетателя воздуха соединен с полостью за блоком обратных воздушных клапанов на входе в камеру сгорания посредством взрывонепроницаемой трубы, также в дополнительной взрывонепроницаемой оболочке размещен источник высокого напряжения для подачи тока высокого напряжения на свечу посредством взрывозащищенного кабеля с соответствующей взрывозащищенной заделкой на входе в свечу, при этом дымовая труба также снабжена огнепреградителем. (Патент RU 2760606 С1. Теплогенератор пульсирующего горения. - МПК: F23C 15/00. - Опубл. 29.11.2021, бюл. №34).A pulse combustion heat generator (PCHG) is known, comprising a valve-mixing device at the inlet of the combustion chamber, the outlet of which is connected to the atmosphere via resonator tubes and a flue gas stack. The valve-mixing device consists of a block of check air valves, a mixing tube with a flame stabilizer rod, and a surrounding row of metering holes in the mixing tube for feeding fuel gas from a gas receiver through a check gas valve and a spark plug installation. A swirler for the flame stabilizer rod is located at the outlet of the mixing tube and the inlet of the combustion chamber, while the valve-mixing device is equipped with an air blower for starting the PCHG. A flame arrester is installed at the inlet of the valve-mixing device, upstream of the block of check air valves, consisting of a housing containing a cassette made of a wound strip of wire mesh or corrugated sheet. The flame arrester and the check air valve block are housed in a single housing, forming an explosion-proof enclosure. The space between the flame arrester and the check air valve block of this explosion-proof enclosure is connected to the inlet of the TPG start-up air blower, housed in an additional explosion-proof enclosure, via an explosion-proof pipe. The outlet of the air blower is connected to the space behind the check air valve block at the combustion chamber inlet via an explosion-proof pipe. A high-voltage source is also housed in the additional explosion-proof enclosure to supply high-voltage current to the spark plug via an explosion-proof cable with a corresponding explosion-proof seal at the spark plug inlet. The flue gas stack is also equipped with a flame arrester. (Patent RU 2760606 C1. Pulsating combustion heat generator. - IPC: F23C 15/00. - Published 11/29/2021, Bulletin No. 34).

Известен блок подогрева технологического газа, содержащий теплообменник для нагрева технологического газа с использованием промежуточного жидкого теплоносителя и двух и более теплогенераторов пульсирующего горения для подогрева жидкого теплоносителя, размещенных в общей емкости жидкого теплоносителя. Клапанно-смесительные устройства теплогенераторов вынесены в примыкающий к общей емкости жидкого теплоносителя корпус с единой трубой подвода воздуха на клапанно-смесительные устройства, а для выброса дымовых газов из камеры сгорания каждого теплогенератора через трубы-резонаторы и дополнительный контур резонирования служит дымовая труба с шумоглушителем, являющаяся выходной частью дополнительного контура резонирования, причем входная часть дополнительного контура резонирования размещена в общей емкости жидкого теплоносителя. (Патент RU 2734669 С1. Блок подогрева технологического газа. - МПК: F24H 1/46, F24H 1/24, F23C 15/00. - Опубл. 21.10.2020, бюл. №30). Данное техническое решение принято за прототип.A process gas heating unit is known, comprising a heat exchanger for heating the process gas using an intermediate liquid coolant and two or more pulse combustion heat generators for heating the liquid coolant, housed in a common liquid coolant tank. The heat generators' valve-mixing devices are housed in a housing adjacent to the common liquid coolant tank, with a single air supply pipe to the valve-mixing devices. A flue gas stack with a silencer, which is the outlet portion of the additional resonant circuit, serves to discharge flue gases from the combustion chamber of each heat generator through resonator tubes and an additional resonant circuit. The inlet portion of the additional resonant circuit is located within the common liquid coolant tank. (Patent RU 2734669 C1. Process gas heating unit. - IPC: F24H 1/46, F24H 1/24, F23C 15/00. - Published 21.10.2020, Bulletin No. 30). This technical solution is accepted as a prototype.

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является низкая эффективность и надежность работы подогревателя.The disadvantage of the known technical solution adopted as a prototype is the low efficiency and reliability of the heater.

Основной задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности и надежности работы подогревателя потока природного газа.The main objective of the claimed technical solution is to increase the efficiency and reliability of the natural gas flow heater.

Техническим результатом решения поставленной задачи является усовершенствование существующего блока подогрева технологического газа.The technical result of solving the problem is the improvement of the existing process gas heating unit.

Решение поставленной задачи для достижения указанного технического результата достигается тем, что в заявляемом жидкостном проточном подогревателе природного газа, содержащем корпус, заполненный жидким теплоносителем и разделенный продольными перегородками на технологические отсеки, в которых размещены теплогенераторы пульсирующего горения, снабженные резонаторами, трубы отвода горячих газов в дымовые трубы, снабженные глушителями, а над перегородками расположен U-образный проточный теплообменник для подогрева потока природного газа, клапанно-смесительные устройства подачи топлива в теплогенераторы, труба подвода атмосферного воздуха и дымовые трубы с глушителями, установленные в примыкающем к корпусу подогревателя техническом отсеке, согласно предложенному техническому решению;The solution to the stated problem for achieving the specified technical result is achieved by the fact that in the claimed liquid flow heater of natural gas, containing a housing filled with a liquid coolant and divided by longitudinal partitions into technological compartments in which pulsating combustion heat generators equipped with resonators are placed, pipes for removing hot gases into smoke stacks equipped with silencers, and above the partitions there is a U-shaped flow heat exchanger for heating the flow of natural gas, valve-mixing devices for feeding fuel to the heat generators, a pipe for supplying atmospheric air and smoke stacks with silencers installed in a technical compartment adjacent to the heater housing, in accordance with the proposed technical solution;

в теплогенераторах пульсирующего горения установлены трубы-резонаторы, а на периферии размещены пучки нагревательных труб U-образной формы для нагрева теплоносителя горячими газами из камеры сгорания топлива в теплогенераторе через круговой распределительные коллекторы и отвода их в трубы отвода горячих газов через кольцевые приемные коллекторы, при этом трубы отвода горячих газов смещены относительно вертикальных осей теплогенераторов, а дымовые трубы дополнительно снабжены сборниками конденсата с возможностью слива его в буферный отсек, выполненный в основании корпуса подогревателя;in pulse combustion heat generators, resonator tubes are installed, and on the periphery, bundles of U-shaped heating tubes are placed for heating the coolant with hot gases from the fuel combustion chamber in the heat generator through circular distribution manifolds and removing them into hot gas discharge pipes through ring receiving manifolds, while the hot gas discharge pipes are offset relative to the vertical axes of the heat generators, and the smoke pipes are additionally equipped with condensate collectors with the possibility of draining it into a buffer compartment made in the base of the heater body;

каждый технологический отсек снабжен краном слива теплоносителя.Each technological compartment is equipped with a coolant drain valve.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявляемого жидкостного проточного подогревателя природного газа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The applicant's analysis of the prior art revealed that there are no existing analogues that possess a combination of features identical to all the features of the claimed liquid flow-through heater for natural gas. Consequently, the claimed technical solution meets the patentability requirement of "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что оно не следует явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».A search of prior art solutions in this field to identify features matching the distinctive features of the claimed technical solution revealed that it is not clearly evident from the prior art. The applicant's prior art analysis revealed no prior art evidence of the impact of the essential features of the claimed technical solution on achieving the stated technical result. Consequently, the claimed technical solution meets the patentability requirement of "inventive step."

Предлагаемый жидкостный проточный подогреватель природного газа может быть использован для подогрева природного газа в газораспределительных станциях. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».The proposed liquid flow-through natural gas heater can be used to heat natural gas in gas distribution stations. Therefore, the claimed technical solution meets the patentability requirement of "industrial applicability."

На фиг. 1 представлена схема жидкостного проточного подогревателя природного газа, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1.Fig. 1 shows a diagram of a liquid flow heater for natural gas, a longitudinal section; Fig. 2 is the same, section A-A in Fig. 1.

Жидкостный проточный подогреватель природного газа содержит корпус 1, заполненный жидким теплоносителем 2, например, водой, и разделенный перегородками 3 на технологические отсеки 4, в которых размещены теплогенераторы 5 пульсирующего горения, снабженные трубами-резонаторами 6 для сглаживания пульсаций потоков горячих газов и поглощения высокочастотных акустических колебаний при выбросе из теплогенератора и трубы 7 отвода горячих газов в дымовые трубы 8, Трубы 7 отвода горячих газов смещены относительно вертикальных осей теплогенераторов 5. Дымовые трубы 8 снабжены глушителями 9 и сборниками 10 конденсата от охлаждения горячих газов с возможностью слива его в буферный отсек 11, выполненный в основании корпуса 1 подогревателя. (фиг. 1). Над перегородками 3 расположен U-образный проточный теплообменник 12 для подогрева потока природного газа. К корпусу 1 примыкает технический отсек 13, в котором размещены клапанно-смесительные устройства 14 подачи атмосферного воздуха из технического отсека 13 и топлива для сжигания в камерах сгорания (условно не показаны) теплогенераторов 5, дымовые трубы 8 и труба 15 подвода атмосферного воздуха в технический отсек 13. На периферии теплогенераторов 5 размещены пучки нагревательных труб 16 U-образной формы для нагрева жидкого теплоносителя 2 горячими газами из камер сгорания топлива в теплогенераторах 5 через круговые распределительные коллекторы 17 и отвода их в трубы 7 отвода горячих газов через кольцевые приемные коллекторы 18. (фиг. 2). Каждый технологический отсек 4 снабжен краном 19 слива теплоносителя 2.A liquid flow heater for natural gas comprises a housing 1 filled with a liquid coolant 2, for example, water, and divided by partitions 3 into process compartments 4 in which heat generators 5 of pulsating combustion are located, equipped with resonator tubes 6 for smoothing out pulsations of hot gas flows and absorbing high-frequency acoustic vibrations during emission from the heat generator and a pipe 7 for removing hot gases into smoke stacks 8. The pipes 7 for removing hot gases are shifted relative to the vertical axes of the heat generators 5. The smoke stacks 8 are equipped with silencers 9 and collectors 10 for condensate from cooling the hot gases with the possibility of draining it into a buffer compartment 11 made in the base of the housing 1 of the heater. (Fig. 1). Above the partitions 3, a U-shaped flow heat exchanger 12 is located for heating the natural gas flow. Adjacent to the body 1 is a technical compartment 13, in which valve-mixing devices 14 for supplying atmospheric air from the technical compartment 13 and fuel for combustion in the combustion chambers (not shown conditionally) of heat generators 5, smoke pipes 8 and a pipe 15 for supplying atmospheric air to the technical compartment 13 are located. On the periphery of heat generators 5 are bundles of heating pipes 16 of a U-shape for heating the liquid coolant 2 with hot gases from the combustion chambers of the fuel in heat generators 5 through circular distribution manifolds 17 and their discharge into pipes 7 for removing hot gases through annular receiving manifolds 18. (Fig. 2). Each technological compartment 4 is equipped with a tap 19 for draining the coolant 2.

Жидкостный проточный подогреватель природного газа работает следующим образом.The liquid flow heater for natural gas operates as follows.

Жидкое или газообразное топливо подается в клапанно-смесительные устройства 14 теплогенераторов 5, которые одновременно инжектируют атмосферный воздух из технического отсека 13, поступающий по трубе 15. Клапанно-смесительные устройства 14 смешивают топливо и атмосферный воздух до образования пульсирующей топливно-воздушной смеси, которая поступает в камеры сгорания теплогенераторов 5 для сжигания с получением горячих газов. Затем пульсирующие горячие газы проходят через трубы-резонаторы 6, в которых происходит сглаживание пульсаций потоков горячих газов и поглощение высокочастотных акустических колебаний при выходе из теплогенераторов 5 в круговые распределительные коллекторы 17, распределяющие горячие газы в нагревательные U-образные трубы 16, размещенные пучками на периферии теплонагревателей 5 для нагрева теплоносителя 2 горячими газами из камер сгорания топливно-воздушной смеси в теплогенераторах 5. Далее отработанные горячие газы из пучков нагревательных U-образных труб 16 поступают через кольцевые приемные коллекторы 18 в трубы 7 отвода горячих газов, из которых горячие газы поступают в дымовые трубы 8, оснащенные глушителями 9, и выбрасываются в атмосферу. Подогрев потока природного газа происходит через стенки теплообменника 12 путем конвекции жидкого теплоносителя 2 от пучков нагревательных труб 16 U-образной формы и воздействия на стенки теплообменника 12. В трубах 7 отвода отработанных горячих газов и дымовых трубах 8 горячие газы окончательно охлаждаются и образуют конденсат, который стекает в сборники 10 и сливается в буферный отсек 11, выполненный в основании корпуса 1 подогревателя, что повышает надежность работы подогревателя. Трубы 7 отвода горячих газов в дымовые трубы 8 в каждом технологическом отсеке 4 смещены относительно вертикальных осей теплогенераторов 5, что увеличивает конвекцию передачи тепла на теплообменник 12 и повышает эффективность подогревателя. При проведении профилактических и ремонтных работ теплоноситель 2 из каждого технологического отсека 4 сливается с помощью крана 19.Liquid or gaseous fuel is fed into the valve-mixing devices 14 of the heat generators 5, which simultaneously inject atmospheric air from the technical compartment 13, supplied through the pipe 15. The valve-mixing devices 14 mix the fuel and atmospheric air until a pulsating fuel-air mixture is formed, which is fed into the combustion chambers of the heat generators 5 for combustion, producing hot gases. Then the pulsating hot gases pass through resonator tubes 6, in which the smoothing of the pulsations of the hot gas flows and the absorption of high-frequency acoustic vibrations occurs when leaving the heat generators 5 into the circular distribution manifolds 17, which distribute the hot gases into the heating U-shaped tubes 16, arranged in bundles on the periphery of the heat heaters 5 for heating the coolant 2 with hot gases from the combustion chambers of the fuel-air mixture in the heat generators 5. Then the exhaust hot gases from the bundles of the heating U-shaped tubes 16 enter through the annular receiving manifolds 18 into the hot gas discharge pipes 7, from which the hot gases enter the smoke stacks 8, equipped with silencers 9, and are discharged into the atmosphere. The natural gas flow is heated through the walls of the heat exchanger 12 by convection of the liquid coolant 2 from the bundles of U-shaped heating tubes 16 and the impact on the walls of the heat exchanger 12. In the pipes 7 for removing the exhaust hot gases and the smoke stacks 8, the hot gases are finally cooled and form condensate, which flows into the collectors 10 and is discharged into the buffer compartment 11, formed in the base of the heater body 1, which increases the reliability of the heater. The pipes 7 for removing hot gases into the smoke stacks 8 in each process compartment 4 are offset relative to the vertical axes of the heat generators 5, which increases the convection of heat transfer to the heat exchanger 12 and improves the efficiency of the heater. During preventive and repair work, the coolant 2 is drained from each process compartment 4 using a valve 19.

Claims

1. A liquid flow heater for natural gas comprising a housing filled with a liquid coolant and divided by longitudinal partitions into process compartments in which pulse combustion heat generators equipped with resonators and pipes for discharging hot gases into smoke stacks are located, and above the partitions there is a U-shaped flow heat exchanger for heating the natural gas flow, valve-mixing devices for feeding fuel to the heat generators, a pipe for supplying atmospheric air and smoke stacks equipped with silencers installed in a technical compartment adjacent to the heater housing, characterized in that resonator pipes are installed in the pulse combustion heat generators, and bundles of U-shaped heating pipes are located on the periphery for heating the coolant with hot gases from the fuel combustion chamber in the heat generator through circular distribution manifolds and discharging them into hot gas discharge pipes through annular receiving manifolds, wherein the hot gas discharge pipes are offset relative to the vertical axes of heat generators, and the smoke pipes are additionally equipped with condensate collectors with the possibility of draining it into a buffer compartment made in the base of the heater body.

2. A liquid flow heater for natural gas according to paragraph 1, characterized in that each process compartment is equipped with a coolant drain valve.