RU2040982C1 - Газотурбинная установка для очистки труб - Google Patents

Abstract

Использование: очистка труб в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: газотурбинная установка для очистки труб состоит из ферменной рамы. На раме соосно установлены теплогазогенератор с воздухозаборником и эжектором с собственными рамами, цилиндрический разъемный теплоизолированный контейнер для труб, имеющий коллектор. Теплогазогенератор установлен на раме с возможностью перемещения вдоль своей оси. При этом его рама соединена с рамой эжектора. Между диффузором эжектора и контейнером установлена диафрагма, жестко связанная с последним и образующая ступенчатый выход из эжектора. Коллектор состоит из цилиндрической части, являющейся продолжением контейнера, и примыкающих к ней дымовой трубы и горизонтального патрубка с задней вертикальной стенкой и наклонным днищем. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для теплогазовой очистки внутренней и наружной поверхностей насосно-компрессорных труб от асфальто-смоло-парафиновых отложений и мехпримесей с применением тепловых газогенераторов, например, отработавших свой летный ресурс авиационных газотурбинных двигателей.

Известна термическая очистка труб кислородоацетиленной горелкой, имеющей несколько сопел.

Недостатком известной горелки является низкая производительность и высокая себестоимость очистки из-за большого расхода ацетилена в расчете на одну трубу.

Известны также обдувочные аппараты для очистки радиационных и конвективных поверхностей нагрева. В качестве обдувочного агента используется перегретый или насыщенный пар, питательная или котловая вода, а также сжатый воздух. Отложения удаляются путем динамического и термического воздействия струи.

Недостатком известных обдувочных аппаратов является низкая производительность из-за невозможности одновременной обработки большого количества труб.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является термодинамическая установка малогабаритная, содержащая теплоизолированный контейнер для труб и установленный соосно с возможностью перемещения относительно последнего теплогенератора с собственной рамой. Принцип действия установки основан на использовании кинетической энергии струи горячих газов, выходящих из сопла реактивного двигателя с высоким скоростным напором. При воздействии горячего газового потока в течение 5-10 мин на парафин и другие отложения происходит их расплавление и выброс.

В известной установке имеется целый ряд недостатков, главным из которых является наличие тепловых и газодинамических эффектов, снижающих эффективность работы установки, вредно воздействующих на окружающую среду.

Недостатком также является конструктивное выполнение связи выходного диффузора эжектора и входной части контейнера для труб с сточки зрения отрыва потока и невозможности его устранения в данной конструкции.

Недостатком известной конструкции является также наличие потерь, связанных аэродинамическими и тепловыми явлениями, обусловленными близостью эжектора и торцев труб. Горячие струи воздуха, проходя эжектор, взаимодействуют с торцевой поверхностью труб, индуцируя вторичные течения тем сильнее, чем меньше расстояние между срезом диффузора и торцами труб. Часть потока обтекает трубы, а часть образует течения у поверхности труб, причем поля их скоростей направлены вовне тем больше, чем ближе расположены торцы труб ко входу в контейнер.

Недостатком известной установки является конструктивное выполнение коллектора, отводящего отработанную реактивную струю воздуха и удаленный шлам. Из анализа рассматриваемой конструкции и уровня расположения труб в контейнере следует, что часть удаленного шлама из труб будет выбрасываться через верхнюю трубу, засоряя окружающую среду, другая часть, попадая в бак-утилизатор, будет разбрызгиваться вокруг бака из-за высокой скорости удаляемого шлама, т.к. не предусмотрено устройство для зашиты против разброса этих частиц. Наклонное выполнение задней стенки снижает жесткость конструкции вследствие большой площади стенки и сильного динамического напора газовоздушного потока, несущего твердые частицы удаленного шлама из-за касательного набегающего потока отвода в бак-утилизатор.

Кроме того, отсутствие звукоизолирующего укрытия для двигателя при определенных условиях может привести к ненадежному запуску, например при низких отрицательных температурах окружающей среды из-за увеличения вязкости топлива; преждевременному изнашиванию двигателя из-за резких колебаний температур, к вредному воздействию шума на окружающую среду.

В известной установке не предусмотрено конструктивное решение замера и контроля температуры перед трубами в контейнере, ввиду этого возможен перегрев труб, что приведет к структурным изменениям в них.

Недостатком является и то, что не конкретизирован тип турбореактивного двигателя, используемого в установке, например, нецелесообразно использовать турбореактивный двигатель с осевым компрессором, так как при этом для его запуска требуется еще один дополнительный двигатель или мощное пусковое устройство, низкая его надежность из-за возможности повреждения лопаток при попадании в проточную часть посторонних предметов.

Цель изобретения повышение эффективности работы установки, ее надежности, безопасности и улучшение качества очистки труб.

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена установленным между теплогазогенератором и контейнером для труб эжектором с собственной рамой, связанной с рамой теплогазогенератора, при этом контейнер имеет жестко связанную с ним диафрагму, образующую ступенчатый выход из диффузора эжектора и коллектор, являющийся его продолжением и имеющий дымовую трубу и горизонтальный патрубок с вертикальной стенкой и наклонным днищем.

При этом в качестве теплогазогенератора используют турбореактивный двигатель с центробежным компрессором, сборник-накопитель снабжен съемным кожухом, а теплогазогенератор с эжектором имеют звукоизолирующее укрытие со входом для воздуха. Кроме того, неподвижное основание контейнера снабжено по линии разъема подкладками, в нижней части имеет регулируемые прокладки, а на входе в контейнер датчик температуры.

Также контейнер для труб выполнен разъемным и имеет цилиндрическую форму.

Теплогазогенератор имеет воздухосборник с защитным кожухом, с эжектором имеют звукоизолирующее укрытие со входом для воздуха, сборник-накопитель снабжен съемным кожухом, в дымовой трубе установлены жалюзи. Установка имеет ферменную раму, на которой установлен бокс для размещения теплогазогенератора и эжектора с сообщенными рамами, контейнера для труб и коллектора с дымовой трубой и горизонтальным патрубком, дополнительный топливный узел и пульт управления.

На фиг. 1 представлен общий вид установки, вид спереди, на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 узел реактивное сопло эжектор диафрагма контейнер.

Газотурбинная установка для очистки труб содержит ферменную раму 1, на которой соосно установлены теплогазогенератор 2, например, турбореактивный двигатель с центробежным компрессором, с рамой 3 и воздухозаборником 4, эжектор 5 с рамой 6, цилиндрический контейнер 7 с коллектором 8. Теплогазогенератор 2 и эжектор 5 заключены в звукопоглощающее укрытие, например, бокс 9 со входом для воздуха, например, воротами 10. Газотурбинная установка имеет также топливный узел 11 и пульт управления 12. Воздухозаборник 4 турбореактивного двигателя 2 снабжен защитным кожухом 13.

Эжектор 5 присоединен к раме 6, например, при помощи хомутов 14. Это позволяет производить смещение турбореактивного двигателя 2 относительно эжектора 5 по направлению их осей, например, ослаблением хомутов 14, и дает возможность регулировать расстояние L_мах.L_мин между выходным сечением конфузора эжектора 5 и выходным сечением реактивного сопла. Диффузор 15 эжектора 5 примыкает к диафрагме 16, предназначенной для герметизации пространства между ними. Детали узла диффузор диафрагма входная часть контейнера установлены концентрично, при этом диафрагма 16 образует ступенчатый выход из диффузора 15, жестко связана с контейнером 7.

Цилиндрический контейнер для труб 7 выполнен разъемным по длине, снабжен теплоизоляционным покрытием 17. Его неподвижное основание 18 имеет по линиям разъема подкладки 19 для удержания крышки 20 и обеспечения определенной герметичности контейнера для уменьшения потерь тепла, недопущения выброса отложений, удаляемых с поверхностей труб. В нижней части основания 18 выполнены прокладки 21, состоящие, например, из стяжных лент 22 и проставок 23, выполненных с возможностью регулирования по высоте.

Коллектор 8 предназначен для отвода газовоздушного потока и отложений, удаленных с поверхности труб, и состоит из цилиндрической части, являющейся продолжением контейнера 7, дымовой трубы 24, внутри которой установлены жалюзи 25 для задержки мелких частиц удаляемых отложений и патрубка 26. Учитывая, что скорость реактивной струи изменяется обратно пропорционально пройденному пути, патрубок 26 выполнен удлиненным и имеет вертикальную заднюю стенку 27 для более длительного удержания теплового потока в контейнере, максимального использования тепловой энергии, а также для снижения скорости потока удаляемых отложений и выброса их по наклонному днищу 28 в сборник-накопитель 29, который накрыт кожухом 30, препятствующим их разбросу. Для контроля за режимом работы на входе в контейнер перед трубами установлен датчик темпеpатуры 31.

Газотурбинная установка работает следующим образом.

Пакет труб загружают известным способом в контейнер 7 и закрывают крышку 20. Производят запуск турбореактивного двигателя 2, который автоматически выходит на устойчивый режим работы малого газа. Управление режимами прогрева труб производят с помощью пульта управления 12, контроль температуры осуществляют по показаниям датчика температуры 31. При этом энергия сгорания топлива в турбореактивном двигателе преобразуется в энергию истечения газов, которые с большой скоростью подаются в эжектор 5. Вследствие создаваемого разрежения происходит засасывание воздуха из окружающей среды через конфузор эжектора 5 за счет турбулентного смешения высоко- и низкоскоростных потоков, происходит увеличение скорости сжимаемого воздуха при одновременном уменьшении скорости высоконапорного потока газа и уменьшение температуры газов за счет подмешивания более холодного воздуха. В диффузоре 15 происходит частичное изменение кинематической энергии в потенциальную. Газовоздушный поток, имеющий высокую кинематическую энергию и температуру, подают в контейнер 7. Ввиду герметичности тракта идет концентрированная подача энергии. Газовоздушный поток, имеющий дозвуковую скорость, встречая на своем пути трубы и охватывая наружную поверхность труб, проходит через кольцевой зазор между трубами и контейнером 7, часть потока проходит внутри труб, при этом происходит прогрев труб и отложений. Под воздействием горячих струй, имеющих высокую температуру и динамический напор, происходит расплавление и выброс вначале парафина, затем после разогрева и высушивания начинают разрушаться смоло-асфальтеновые отложения. Одновременно на поверхности возникают большие сдвиговые деформации (вследствие неравномерности коэффициентов линейного расширения металла труб и отложений, отличающихся на один порядок), изменения которых накладываются на колебания, передающиеся к отложениям. Идет процесс эрозии. Оторвавшиеся частицы отложений, проходя через коллектор 8, выбрасываются в сборник-накопитель 29. Газовоздушный поток отводится в атмосферу через дымовую трубу 24, в жалюзи 25 которой устанавливаются мелкие частицы отложений. После выгрузки очищенных труб процесс повторяется вновь.

Применение установки позволяет автономно производить работы в различных климатических условиях, так как тип двигателя с центробежным компрессором, применяемый в качестве теплогазогенератора, обеспечивает надежный запуск и высокую надежность при любых проектных режимах эксплуатации. Применение установки позволяет продлить жизненный цикл насосно-компрессорных труб, качественная очистка которых позволяет потребителю использовать их по назначению многократно. Установка компактна, проста в обслуживании. Производительность в зависимости от типоразмеров труб составляет 180-200 шт/ч. По сравнению с прототипом установка высокоэкологична, что выражается в лучшей системе сбора удаленных отложений, герметичности трактов установки, в мероприятиях по защите от шума, организации отвода газов с задержкой мелких частиц и без разложения асфальтенов с выделением токсичных газов.

Claims (10)

1. ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБ, содержащая теплоизолированный контейнер для труб и установленный соосно и с возможностью перемещения относительно последнего теплогазогенератор с собственной рамой, отличающаяся тем, что она снабжена установленным между теплогазогенератором и контейнером для труб эжектором с собственной рамой, связанной с рамой теплогазогенератора, при этом контейнер имеет жестко связанную с ним диафрагму, образующую ступенчатый выход из диффузора эжектора, и коллектор, являющийся его продолжением и имеющий дымовую трубу и горизонтальный патрубок с вертикальной стенкой и наклонным днищем.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплогазогенератор представляет собой турбореактивный двигатель с центробежным компрессором.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что неподвижное основание контейнера снабжено по линиям разъема подкладками, в нижней части имеет регулируемые прокладки, а на входе в контейнер датчик температуры.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизолированный контейнер для труб выполнен разъемным и имеет цилиндрическую форму.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплогазогенератор имеет воздухозаборник с защитным кожухом.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплогазогенератор с эжектором имеют звукоизолирующее укрытие с входом для воздуха.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что сборник-накопитель снабжен съемным кожухом.

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в дымовой трубе установлены жалюзи.

9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет ферменную раму с установленными на ней боксом для размещения теплогазогенератора и эжектором с собственными рамами, контейнером для труб и коллектором с дымовой трубой и горизонтальным патрубком.

10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что установка имеет дополнительный топливный узел и пульт управления.

Images