Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия

Полезная модель относиться к области транспортировки и переработки природного газа, конкретно к оборудованию для его подогрева, в целях предотвращения образования гидратов в природном газе перед его редуцированием в составе газораспределительного и газоиспользующего оборудования, применяемого на объектах газовой промышленности, например в составе газораспределительных станций магистральных газопроводов. Техническим результатом полезной модели является снижение энергетических затрат на подогрев, повышение равномерности обогрева, повышение безопасности эксплуатации аппарата на газораспределительных станциях. Низковольтный электрический трехфазный подогреватель природного газа прямого действия состоит из днища, корпуса с пучком выходных труб и крышки с пучком греющих труб, расположенными концентрично по отношению к выходным трубам, образуя кольцевой канал между каждой парой труб. Греющие трубы в пучке разделены на 3 секции, электрически друг от друга изолированные в верхней части, и замкнуты накоротко в нижней части трубной решеткой. К каждой секции в верхней части подключается одна фаза переменного тока 3-х фазной сети после понижающего трансформатора с напряжением 12 вольт. В результате фазные провода замыкаются накоротко, и в греющих трубках выделяется теплота. Газ, поступая в корпус, распределяется в кольцевых сечениях между греющими и выходными трубами и по мере движения вдоль труб вертикально вверх нагревается, и нагретый в верхней части труб поступает в выходные трубы, откуда попадает в днище и удаляется из аппарата.

Настоящая полезная модель относиться к области транспортировки и переработки природного газа, и в частности к оборудованию для его подогрева в целях предотвращения образования гидратов в природном газе перед его редуцированием в составе газораспределительного и газоиспользующего оборудования, применяемого на объектах газовой промышленности, например в составе газораспределительных станций магистральных газопроводов.

Известно, что при редуцировании природного газа на газораспределительных станциях, температура газа уменьшается. Это приводит к образованию гидратов, которые в виде твердых кристаллов оседают на стенках трубопроводов в местах установки сужающих устройств, на клапанах регуляторов давления газа, в импульсных линиях контрольно-измерительных приборов.

В качестве методов по предотвращению образования гидратов применяют подогрев газа. Для подогрева применяют огневые подогреватели, а также подогреватели с помощью промежуточного теплоносителя, в качестве которого может использоваться антифриз, вода или другие теплоносители.

Недостатками огневого подогрева является высокая опасность эксплуатации таких аппаратов, высокие локальные перегревы теплообменных поверхностей.

Недостатками нагрева с помощью промежуточного теплоносителя является то, что для осуществления нагрева в составе узла подогрева газа необходимы мощные котельные установки, а также постоянные инженерные коммуникации по водоснабжению, канализации и электроснабжению. Поскольку химическая подготовка воды и очистка воды отсутствует, происходит быстрое нарастание накипи на внутренних стенках водопроводных труб, уменьшающих проходное сечение последних, что приводит к плохому теплообмену между горячей водой и газом (Данилов А.А. - Автоматизированные газораспределительные станции: справочник. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004, стр.16). При использовании антифризов появляются сложности с утилизацией отработанного теплоносителя, так как он является сильнейшим ядом.

Известно устройство для предотвращения образования гидратов в природном газе (патент РФ 77667 U1, опубл. 27.10.08). Устройство для предотвращения образования гидратов в природном газе перед его редуцированием в системе газораспределительных станций (ГРС) и блоков подготовки газа на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками газа и размещенный внутри корпуса электрический подогреватель газа, отличающееся тем, что электрический подогреватель газа выполнен в виде трубчатых термоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), на которых равномерно по длине корпуса закреплены промежуточные перегородки, имеющие форму усеченного круга, диаметр которого меньше, чем внутренний диаметр корпуса, а площадь каждой усеченной перегородки составляет 0,5-0,9 площади круга. Недостатком данного устройства является то, что данный аппарат подведомствен Росгостехнадзхору и нуждается в регистрации, вследствие высокой опасности эксплуатации аппарата. Это вызвано тем, что газ движется в межтрубном пространстве, из-за чего рабочий объем аппарата оказывается очень высоким, что в сочетании с большим давлением природного газа в магистральном газопроводе, вызывает высокую опасность эксплуатации аппарата, ввиду большой величины потенциальной энергии сжатого газа (пропорциональной произведению давления в аппарате на его внутренний объем).

Наиболее близким к заявленному техническому решению, является низковольтный электрический нагреватель природного газа прямого действия, включающий в себя камеру, разделенную перегородкой на две полости, имеющие штуцера для слива газового конденсата, штуцер входа холодного природного газа и выхода нагретого природного газа, трубный пучок, обмотанный теплоизоляционным материалом, состоящий из трубок и трубных решеток и закрытый крышкой, образующей полость, и целиком накрытый корпусом, имеющим штуцер для выхода газа на свечу и отверстие для электропровода (патент РФ 118034 U1, опубл. 10.07.2011). Недостатком данной конструкции является большая нагрузка на электрическую сеть, так как используется только одна фаза трехфазной сети.

Задачей, на решение которой направлено данное заявляемое изобретение является разработка электрического нагревателя природного газа, наиболее эффективного и безопасного в эксплуатации.

Поставленная задача решается благодаря тому, что низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия включает в себя днище со штуцером выхода нагретого газа, корпус со штуцером входа холодного газа и трубным пучком, состоящем из вертикально расположенных труб, а также крышки с трубным пучком, который состоит из вертикально расположенных труб большего диаметра, чем диаметр труб в корпусе, и располагаемыми концентрично по отношению к трубам в корпусе, выполненных из материала с большим электрическим сопротивлением, по сравнению с остальными деталями нагревателя и заглушенные в верхней части, причем трубный пучок в крышке разделен на 3 секции электрически изолированные друг от друга в верхней части аппарата и вместе соединенные в нижней части аппарата трубной решеткой и каждая секция трубного пучка подключена к своей фазе трехфазного напряжения через токоподводящие провода.

Трубный пучок покрыт теплоизоляцией с внешней стороны.

Каждая трубка покрыта теплоизоляционным материалом.

В корпусе имеется штуцер слива газового конденсата.

В крышке имеется штуцер выхода газа, для сигнализации о нарушении герметичности аппарата или разрушении одной из труб.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение безопасности эксплуатации аппарата, за счет малого рабочего объема аппарата, увеличение интенсивности теплообмена, за счет высоких скоростей газа в трубках, использование трехфазного напряжения для питания аппарата.

Сущность аппарата поясняется чертежами:

На фиг.1 Чертеж аппарата в разрезе

На фиг.2 Поперечный разрез А-А

Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия включает в себя днище 1 со штуцером выхода нагретого газа 2, корпус 3 со штуцером входа холодного газа 4 и трубным пучком, состоящем из вертикально расположенных труб 5, а также крышки 6 с трубным пучком, который состоит из вертикально расположенных труб 7 большего диаметра, чем диаметр труб в корпусе, и располагаемыми концентрично по отношению к трубам в корпусе, выполненных из материала с большим электрическим сопротивлением, по сравнению с остальными деталями нагревателя и заглушенные в верхней части, причем трубный пучок в крышке разделен на 3 секции 8 электрически изолированные друг от друга в верхней части аппарата и вместе соединенные в нижней части аппарата трубной решеткой 9 и каждая секция трубного пучка подключена к своей фазе трехфазного напряжения через токоподводящие провода 10.

Работает устройство следующим образом. Холодный природный газ, попадая в корпус нагревателя 3 через штуцер 4, распределяется в кольцевых каналах, образованных между соосно расположенными трубами 5 трубного пучка корпуса и трубами 7 трубного пучка крышки. Электрический ток, подаваемый на секции 8 трубного пучка крышки 6 через токоподводящие провода 10, вызывает нагрев труб 7, так как последние выполнены из материала с большим электрическим сопротивлением, по сравнению с остальными деталями нагревателя. Газ, поднимающийся вверх в кольцевых каналах между соосными трубами 5 и 7, нагревается об стенки труб 7, и в верхней части нагревателя, попадает в трубы 5, по которым движется вниз, где попадает в днище нагревателя 1 и выводится наружу через штуцер 2.

Заявленное техническое решение позволит снизить энергетические затраты на нагрев природного газа, за счет использования электрического нагрева от трехфазной электрической сети, уменьшить габариты газораспределительных станций за счет отказа от использования промежуточных теплоносителей вместе со вспомогательным оборудованием, позволит легко управлять процессом нагрева, в условиях меняющегося расхода природного газа в газопроводе.

1. Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия, характеризующийся тем, что включает в себя днище со штуцером выхода нагретого газа, корпус со штуцером входа холодного газа и трубным пучком, состоящим из вертикально расположенных труб, а также крышки с трубным пучком, который состоит из вертикально расположенных труб большего диаметра, чем диаметр труб в корпусе, и располагаемыми концентрично по отношению к трубам в корпусе, выполненных из материала с большим электрическим сопротивлением, по сравнению с остальными деталями нагревателя и заглушенные в верхней части, причем трубный пучок в крышке разделен на 3 секции электрически изолированные друг от друга в верхней части аппарата и вместе соединенные в нижней части аппарата трубной решеткой, и каждая секция трубного пучка подключена к своей фазе трехфазного напряжения через токоподводящие провода.

2. Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия по п.1, отличающийся тем, что трубный пучок покрыт теплоизоляцией с внешней стороны.

3. Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия по п.1, отличающийся тем, что каждая трубка покрыта теплоизоляционным материалом.

4. Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия по п.1, отличающийся тем, что в корпусе имеется штуцер слива газового конденсата.

5. Низковольтный электрический трехфазный нагреватель природного газа прямого действия по п.1, отличающийся тем, что в крышке имеется штуцер выхода газа для сигнализации о нарушении герметичности аппарата или разрушении одной из труб.