Подогреватель жидкости (теплообменник-котел электрический для нагрева воды в емкости)

Полезная модель относится к теплообменным устройствам для нагрева жидкостей и может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности для подогрева воды в резервуарах, например, с целью недопущения ее замерзания при отрицательных температурах атмосферного воздуха. Подогреватель жидкости, состоящий из горелочного блока, размещенной в резервуаре U-образной жаровой трубы, дымовой трубы, основание которой расположено в непосредственной близости к горелочному блоку снаружи резервуара, дополнительно оснащен примыкающим к резервуару укрытием, в котором находятся горелочный блок и основание дымовой трубы, через крышу укрытия проходит труба, образующая с наружной поверхностью стенки дымовой трубы кольцевой канал, по сторонам жаровой трубы установлены вертикальные пластины с окнами в нижней части для прохода жидкости. Илл.2

Полезная модель относится к теплообменным устройствам для нагрева жидкостей и может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности для подогрева воды в резервуарах, например, с целью недопущения ее замерзания при отрицательных температурах атмосферного воздуха.

Известны системы электрического подогрева воды в резервуарах с размещением обогревающих кабелей снаружи на стенке резервуара [Интернет ресурс: http://www.promsektor.ru, Интернет ресурс: Sistemy-Obogreva.ru>podogrev-obogrevrezervuara] или с размещением нагревательных элементов внутри резервуара непосредственно в жидкости [Интернет ресурс: x-therm.ru>podogrev-emkostey-i-rezervuarov]. Недостатком таких систем является то, что электронагрев больших количеств воды в резервуарах в условиях нефтяных и газовых промыслов сопряжен с техническими трудностями. Кроме того, электронагрев дорог.

Известны устройства в виде змеевика, размещаемого снаружи [Патент RU 2381423. кл. F24H 1/18. опубл. 10.02.2010] или внутри [Интернет ресурс: insnet.ru>fair_rez/index.html.] резервуара. По змеевику циркулирует греющий теплоноситель - вода или водяной пар. Такие устройства могут работать только при наличии внешнего источника греющего теплоносителя - котельной установки, тепловой сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, состоящее из горелочного блока, размещенной в резервуаре U-образной жаровой трубы, дымовой трубы, основание которой расположено в непосредственной близости к горелочному блоку снаружи резервуара [Медведев В.Ф. Сбор и подготовка нефти и воды. - М.: Недра, 1986. с.178, рис.76.] - прототип.

В известном устройстве в качестве греющего теплоносителя используются высокотемпературные продукты сгорания газового или жидкого топлива, что значительно экономически выгоднее, чем применение электроэнергии для нагрева жидкости в резервуаре. Недостатком устройства является низкое тепловое КПД из-за высокой температуры продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, а также непрогрев жидкости в слое между жаровой трубой и дном резервуара из-за отсутствия устойчивой циркуляции в этом слое.

Задача настоящей полезной модели - повышение теплового КПД устройства и устранение непрогрева жидкости в придонном слое.

Поставленная задача решается тем, что подогреватель жидкости, состоящий из горелочного блока, размещенной в резервуаре U-образной жаровой трубы, дымовой трубы, основание которой расположено в непосредственной близости к горелочному блоку снаружи резервуара, дополнительно оснащен примыкающим к резервуару укрытием, в котором находятся горелочный блок и основание дымовой трубы, через крышу укрытия проходит труба, образующая с наружной поверхностью стенки дымовой трубы кольцевой канал, по сторонам жаровой трубы установлены вертикальные пластины с окнами в нижней части для прохода жидкости.

В отличие от известного устройства, наличие укрытия и трубы, проходящей через крышу укрытия и образующей со стенкой дымовой трубы кольцевой канал, обеспечивают при прохождении через этот канал атмосферного воздуха его подогрев за счет теплоты уходящих через дымовую трубу продуктов сгорания топлива. Поступивший в укрытие подогретый воздух направляется в горелочный блок для сжигания топлива. При этом снижается температура продуктов сгорания на выходе дымовой трубы, уменьшается расход потребляемого топлива, обеспечиваются необходимые температурные условия в укрытии для работы горелочного блока и средств управления и автоматизации. Все это приводит к повышению теплового КПД и надежности работы устройства. Наличие установленных по сторонам жаровой трубы вертикальных пластин с окнами в нижней части для прохода жидкости обеспечивает устойчивую циркуляцию жидкости по всему ее объему в резервуаре, в том числе и в придонном слое с пониженной температурой и повышенной плотностью. Это дополнительно повышает тепловую эффективность устройства и устраняет опасность льдообразования на дне резервуара.

Таким образом, отличительные признаки полезной модели позволяют решить поставленную задачу.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию полезной модели «новизна».

В известных устройствах [1÷5] отсутствуют отличительные признаки заявляемого устройства. Следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию полезной модели «существенные отличия».

На фиг.1 показан поперечный разрез резервуара с установленным в нем подогревателем жидкости; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Подогреватель жидкости состоит из U-образной жаровой трубы 1, на входе в которую установлен горелочный блок 2, а к выходу примыкает дымовая труба 3. Основание 4 дымовой трубы 3 и горелочный блок размещены в укрытии 5. Через крышу 6 укрытия 5 проходит труба 7. Между трубой 7 и дымовой трубой имеется кольцевой канал 8. Жаровая труба 1 находится в заполненной жидкостью полости резервуара 9, соединена с ним с помощью фланцевого разъема 10 и фиксируется в пространстве с использованием рамной конструкции, опирающейся на дно резервуара 9 и состоящей из горизонтальных перемычек 11 и вертикальных стоек-опор 12 с ограничителями 13. По сторонам жаровой трубы 1 установлены вертикальные пластины 14 с окнами 15 в нижней части для прохода жидкости.

Подогреватель жидкости работает следующим образом.

При работе горелочного блока 2, включающего в себя горелку и вентилятор, осуществляется процесс сжигания топлива. Образующиеся высокотемпературные газообразные продукты сгорания поступают в жаровую трубу 1 и перемещаясь в направлении к дымовой трубе 3 отдают теплоту через стенку жаровой трубы 1 окружающей ее жидкости, которая заполняет полость резервуара 9. Горячая жидкость в пространстве между вертикальными пластинами 14 имеет пониженную плотность и под действием архимедовой силы поднимается вверх, уступая место поступающей через окна 15 холодной жидкости из придонного слоя с большей плотностью. Таким образом, создается два замкнутых контура естественной циркуляции жидкости в полости резервуара с общим центральным восходящим потоком между пластинами 14. При этом температура жидкости по всему объему резервуара 9 выравнивается, исключается опасность переохлаждения и замерзания придонного слоя.

Укрытие 5 выполняется газоплотным. Всасываемый вентилятором горелочного блока 2 атмосферный воздух проходит через кольцевой канал 8, где он подогревается. При этом обеспечиваются необходимые температурные условия для работы горелочного блока 2 и размещенных в укрытии 5 средств управления. Тепло на нагрев атмосферного воздуха в кольцевом канале 8 поступает через стенку дымовой трубы 3 от уходящих продуктов сгорания.

Предлагаемый подогреватель жидкости имеет следующие преимущества:

- высокая температурная однородность объема нагреваемой жидкости;

- повышенная надежность работы горелочного блока и систем управления устройством, размещенных в укрытии и защищенных от атмосферных воздействий;

- повышенный тепловой КПД за счет рекуперации тепла уходящих продуктов сгорания.

Источники информации

1. Интернет ресурс: http://www.promsektor.ru

2. Интернет ресурс: Sistemy-Obogreva.ru>podogrev-obogrevrezervuara

3. Интернет ресурс: x-therm.ru>podogrev-emkostey-i-rezervuarov

4. Патент RU 2381423. кл. F24H 1/18. опубл. 10.02.2010.

5. Интернет ресурс: insnet.ru>fair_rez/index.html.

6. Медведев В.Ф. Сбор и подготовка нефти и воды. - М.: Недра, 1986. с.178, рис.76.

Подогреватель жидкости, состоящий из горелочного блока, размещенной в резервуаре U-образной жаровой трубы, дымовой трубы, основание которой расположено в непосредственной близости к горелочному блоку снаружи резервуара, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен примыкающим к резервуару укрытием, в котором находятся горелочный блок и основание дымовой трубы, через крышу укрытия проходит труба, образующая с наружной поверхностью стенки дымовой трубы кольцевой канал, по сторонам жаровой трубы установлены вертикальные пластины с окнами в нижней части для прохода жидкости.