RU2054145C1

RU2054145C1 - Method of cooling gas and pulse apparatus for doing same

Info

Publication number: RU2054145C1
Authority: RU
Inventors: Е.П. Запорожец; Л.М. Мильштейн; Г.К. Зиберт; Л.П. Холпанов
Original assignee: Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: conditioning gas. SUBSTANCE: semi-closed tanks 4 are filled with gas alternatively. The gas is supplied from nozzle 6 of gas distributing device 5. The gas is then discharged to expansion chamber 13 to obtain cooling effect. Before successive filling after emptying of semi-closed tanks 4 a rarefaction is created in the tank by way of injecting residue gas through a passive nozzle of the ejector with gas discharging to expansion chamber 13 from next semi-closed tank 4 through active nozzle of the ejector. The outlet of active and passive nozzles of the ejector are at a distance from each other and from nozzle 6 of gas distributing unit 5 which is equal to the distance between the open ends of semi-closed tanks 4. The outer side of gas distributing device 5 abuts against the inner side of the housing 1. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов. The invention relates to inkjet technology and can be used to produce cold in installations for the collection, preparation and processing of hydrocarbon gases.

Известен способ охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающий спонтанное ударное заполнение нескольких полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла неподвижного газораспределительного устройства, отвод от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа. A known method of cooling gas in a pulsating apparatus, including spontaneous shock filling of several semi-closed containers with source gas supplied from a nozzle of a stationary gas distribution device, removing heat generated by gas from semi-closed tanks during shock filling and subsequent emptying of semi-closed containers by dumping gas from them into an expansion chamber with obtaining a refrigerating effect when expanding the discharged gas.

Известен пульсационный аппарат (авт. св. N 624071) для осуществления вышеописанного способа охлаждения газа, содержащий несколько полузамкнутых емкостей, расположенных в одной плоскости, газораспределительное устройство с соплом, размещенным в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, сообщающуюся с газораспределительным устройством, полузамкнутыми емкостями и патрубками, отводящими газ. Основным недостатком описанного способа охлаждения газа в данном аппарате является спонтанное ударное заполнение исходным газом полузамкнутых емкостей. Из-за спонтанного заполнения некоторые из полузамкнутых емкостей оказываются недогруженными по газу, сжатие последнего в них происходит неэффективно, из газа при этом выделяется, а следовательно и отводится, малое количество тепла, общая энтальпия газа остается высокой, и при расширении последнего холодильный эффект низким. Known pulsating apparatus (ed. St. N 624071) for implementing the above method of cooling gas, containing several semi-closed containers located in one plane, a gas distribution device with a nozzle located in the plane of semi-closed containers, and an expansion chamber in communication with the gas distribution device, semi-closed containers and gas outlets. The main disadvantage of the described method of gas cooling in this apparatus is the spontaneous shock filling of semi-closed containers with the source gas. Due to spontaneous filling, some of the semi-closed containers turn out to be underloaded with gas, the compression of the latter is inefficient, a small amount of heat is released from the gas and, therefore, is removed, the total enthalpy of the gas remains high, and when the latter expands, the refrigeration effect is low.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающий поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла вращающегося газораспределительного устройства, отвод от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method is a method of cooling gas in a pulsating apparatus, including sequential shock filling of semi-closed containers with initial gas supplied from a nozzle of a rotating gas distribution device, removal of heat generated by gas from semi-closed tanks during their shock filling, and the subsequent emptying of semi-closed containers by dumping gas from them into the expansion chamber to obtain a refrigerating effect when expanding yvaemogo gas.

Пульсационный аппарат для осуществления охлаждения газа по описанному способу содержит корпус с подводящим и отводящим газ патрубками, полузамкнутые емкости, встроенные в корпус и расположенные в одной плоскости, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения газораспределительное устройство с соплом, размещенным в одной плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру. Основным недостатком описанного способа охлаждения газа в данном аппарате является то, что при подаче из газораспределительного устройства в полузамкнутую емкость некоторая часть исходного газа смешивается со сбрасываемым газом из остальных полузамкнутых емкостей. Особенно велико количество исходного газа, подмешиваемого к сбрасываемому газу, при перемещении сопла газораспределительного устройства от одной полузамкнутой емкости к другой. В связи с этим увеличивается общая энтальпия газа в расширительной камере и снижается холодильный эффект. The pulsating apparatus for gas cooling according to the described method comprises a housing with gas inlet and outlet pipes, semi-closed containers built into the housing and located in the same plane, as well as a gas distribution device installed inside the housing with the possibility of rotation, with a nozzle located in the same plane of the semi-closed containers, and an expansion chamber. The main disadvantage of the described method of gas cooling in this apparatus is that when a portion of the source gas is mixed with the discharged gas from the remaining semi-closed containers when supplying from a gas distribution device to a semi-closed tank. Particularly large is the amount of feed gas mixed with the discharged gas when moving the nozzle of the gas distribution device from one semi-closed tank to another. In this regard, the total enthalpy of gas in the expansion chamber increases and the refrigeration effect decreases.

Кроме того, т.к. не весь газ удаляется из полузамкнутых емкостей при их опорожнении, а также вследствие поступления в них газа при заполнении соседних емкостей из-за наличия зазоров между отверстиями емкостей и газораспределительным устройством, снижается эффект ударного заполнения емкостей. Наличие зазоров также снижает эффект отдачи тепла через стенки и соответственно охлаждения газа в полузамкнутых емкостях ввиду непродолжительности этого процесса, т. к. сразу после заполнения газ начинает поступать из емкостей в расширительную камеру. Это также снижает холодильный эффект. In addition, since not all gas is removed from semi-closed containers when they are empty, and also due to gas entering them when filling adjacent containers due to the presence of gaps between the openings of the containers and the gas distribution device, the effect of shock filling of containers is reduced. The presence of gaps also reduces the effect of heat transfer through the walls and, accordingly, gas cooling in semi-closed containers due to the short duration of this process, since immediately after filling the gas begins to flow from the tanks into the expansion chamber. It also reduces the refrigeration effect.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа. The aim of the invention is to increase the efficiency of gas cooling.

Достигается это тем, что в способе охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающем поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, перед заполнением после опорожнения в полузамкнутой емкости создают разрежение путем эжектирования оставшегося в ней газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру. This is achieved by the fact that in the method of cooling gas in a pulsating apparatus, which includes alternately impact filling the semi-closed containers with the initial gas supplied from the nozzle, and then emptying the semi-closed containers by discharging gas from them into the expansion chamber to obtain a refrigerating effect, before filling after emptying into the semi-closed containers create rarefaction by ejecting the remaining gas in it with gas discharged into the expansion chamber.

Достигается это также тем, что в пульсационном аппарате для охлаждения газа, содержащем корпус с подводящим и отводящим газ патрубками и полузамкнутыми емкостями, расположенными в одной плоскости и выходящими своими открытыми концами внутрь корпуса, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения и сообщающееся с подводящим газ патрубком газораспределительное устройство с соплами, размещенными в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, газораспределительное устройство снабжено эжектором, выход которого сообщен с расширительной камерой, а выходы его активного и пассивного сопел размещены на внешней поверхности газораспределительного устройства в плоскости полузамкнутых емкостей, причем расстояния между выходами активного и пассивного сопел эжектора и соплом газораспределительного устройства соответствуют расстояниям между открытыми концами полузамкнутых емкостей, а внешняя поверхность газораспределительного устройства выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса. This is also achieved by the fact that in a pulsating apparatus for cooling gas, comprising a housing with gas inlet and outlet pipes and semi-closed containers located in the same plane and exiting their open ends into the housing, as well as mounted inside the housing with the possibility of rotation and communicating with the supply gas a gas distribution device with nozzles located in the plane of semi-closed containers, and an expansion chamber, a gas distribution device equipped with an ejector, the output of which It is in communication with the expansion chamber, and the outputs of its active and passive nozzles are located on the outer surface of the gas distribution device in the plane of semi-closed containers, and the distances between the outputs of the active and passive nozzles of the ejector and the gas distribution nozzle correspond to the distances between the open ends of the semi-closed containers, and the external surface of the gas distribution device made adjacent to the inner surface of the housing.

Кроме того, выход эжектора расположен под углом к плоскости полузамкнутых емкостей в сторону, противоположную направлению вращения газораспределительного устройства. In addition, the ejector exit is located at an angle to the plane of the semi-closed containers in the direction opposite to the direction of rotation of the gas distribution device.

Наличие отличительных от прототипа признаков в заявляемых способе и устройстве свидетельствует об их соответствии критерию изобретения "новизна". The presence of distinctive features from the prototype of the features in the proposed method and device indicates their compliance with the criteria of the invention of "novelty."

Перед подачей газа в пульсационный аппарат после опорожнения очередной полузамкнутой емкости для создания разрежения путем эжектирования оставшегося в ней газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру, в пульсационном аппарате установлен эжектор, выход которого сообщен с расширительной камерой, а выходы активного и пассивного сопел размещены на внешней поверхности газораспределительного устройства на расстоянии друг от друга и от сопла газораспределительного устройства, соответствующем расстоянию между открытыми концами полузамкнутых емкостей, а внешняя поверхность газораспределительного устройства выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса. Before supplying gas to the pulsating device after emptying another semi-closed container to create a vacuum by ejecting the gas left in it with gas discharged into the expansion chamber, an ejector is installed in the pulsating device, the output of which is communicated with the expansion chamber, and the outputs of the active and passive nozzles are located on the external surface the gas distribution device at a distance from each other and from the nozzle of the gas distribution device corresponding to the distance between the open ends of the half closed containers, and the outer surface of the gas distribution device is made adjacent to the inner surface of the housing.

Перед очередным ударным заполнением создание в полузамкнутой емкости разрежения путем эжектирования из последней оставшегося газа газом, сбрасываемым в расширительную камеру, увеличивает интенсивность удара при заполнении полузамкнутой емкости исходным газом, увеличивает при этом количество выделяемого газом и следовательно, отводимого от последнего, тепла, что приводит к уменьшению энтальпии сбрасываемого газа и, в конечном итоге, к увеличению холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа. Кроме того, создание разрежения путем эжектирования позволяет утилизировать энергию сбрасываемого газа для повышения эффективности получения холода. Before the next shock filling, the creation of a rarefaction in a semi-closed tank by ejecting from the last remaining gas with gas discharged into the expansion chamber increases the intensity of the shock when filling a semi-closed tank with initial gas, while increasing the amount of heat released by the gas and, therefore, removed from the latter, which leads to a decrease in the enthalpy of the discharged gas and, ultimately, an increase in the refrigeration effect when the discharged gas expands. In addition, the creation of rarefaction by ejection allows you to utilize the energy of the discharged gas to increase the efficiency of obtaining cold.

В пульсационном аппарате для охлаждения газа выполнение открытых концов полузамкнутых емкостей на внутренней поверхности корпуса, выходов активного и пассивного сопел эжектора на внешней поверхности газораспределительного устройства на расстоянии друг от друга и от сопла газораспределительного устройства, соответствующем расстоянию между открытыми концами газораспределительного устройства, и выполнение внешней поверхности газораспределительного устройства, прилегающей к внутренней поверхности корпуса, позволяют исключить перетечки исходного газа, имеющего высокую энтальпию, и смешение его со сбрасываемым газом, имеющим низкую энтальпию, и тем самым повысить холодильный эффект при расширении последнего. In a pulsating apparatus for gas cooling, the execution of the open ends of semi-closed containers on the inner surface of the housing, the outputs of the active and passive nozzles of the ejector on the outer surface of the gas distribution device at a distance from each other and from the nozzle of the gas distribution device corresponding to the distance between the open ends of the gas distribution device, and the execution of the external surface gas distribution device adjacent to the inner surface of the housing, allow to exclude heat source gas having a high enthalpy, and mixing it with a blow-off gas, having a low enthalpy and thereby increase the refrigerating effect of the expansion of the latter.

Расположение в газораспределительном устройстве эжектора, входы активного и пассивного сопел которого находятся в одной плоскости с отверстиями полузамкнутых емкостей, и выход которого сообщается с расширительной камерой, позволяет создать разрежение в полузамкнутой емкости перед ее ударным заполнением исходным газом, и тем самым создать условия для интенсификации удара исходного газа, увеличивающее количество выделяемого из последнего и отводимого от него тепла, и в конечном результате увеличить эффективность охлаждения газа. The location in the gas distribution device of the ejector, the inputs of the active and passive nozzles of which are in the same plane with the openings of the semi-closed containers, and the output of which communicates with the expansion chamber, allows you to create a vacuum in the semi-closed container before its shock filling with the source gas, and thereby create conditions for intensifying the shock source gas, increasing the amount of heat released from the latter and the heat removed from it, and ultimately increase the efficiency of gas cooling.

Расположение выхода эжектора под углом к плоскости полузамкнутых емкостей позволяет утилизировать энергию сбрасываемого газа для вращения газораспределительного устройства путем использования реактивной силы расширяющегося сбрасываемого газа, и отказаться от подвода энергии извне, и таким образом уменьшить общие энергозатраты на охлаждение газа. The location of the ejector outlet at an angle to the plane of the semi-closed containers allows you to utilize the energy of the discharged gas to rotate the gas distribution device by using the reactive force of the expanding discharged gas, and refuse to supply energy from the outside, and thus reduce the total energy consumption for cooling the gas.

Т. к. в известных решениях не найдено, чтобы в пульсационном аппарате добивались повышения эффективности охлаждения газа за счет создания перед заполнением полузамкнутой емкости разрежения эжектированием газа, оставшегося в полузамкнутой емкости после ее опорожнения, газом, сбрасываемым в расширительную камеру из очередной полузамкнутой емкости делается вывод о новизне заявляемых признаков и соответствии решений критерию "существенные отличия". Since it has not been found in known solutions that in a pulsating apparatus they seek to increase the efficiency of gas cooling by creating, before filling a semi-closed tank, by ejecting the gas remaining in the semi-closed tank after it is emptied, with gas discharged into the expansion chamber from the next semi-closed tank, the conclusion is drawn about the novelty of the claimed features and the compliance of decisions with the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлен пульсационный аппарат; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 presents a pulsation apparatus; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 a section along BB in FIG. 2.

Пульсационный аппарат для охлаждения газа содержит корпус 1 с подводящим 2 и отводящим 3 газ патрубками, полузамкнутые емкости 4, встроенные в корпус 1 и расположенные в одной плоскости, а также газораспределительное устройство 5 с соплами 6, размещенными попарно друг напротив друга в плоскости полузамкнутых емкостей 4, установленное внутри корпуса 1 с возможностью вращения. Отверстия 7 (фиг. 3) полузамкнутых емкостей 4 выполнены на внутренней поверхности корпуса 1 (фиг. 1, 2). Выходные отверстия 8 сопел 6 выполнены на внешней поверхности газораспределительного устройства 5. Внешняя поверхность газораспределительного устройства 5 выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса 1. The pulsating apparatus for cooling gas contains a housing 1 with inlet 2 and gas outlet 3 pipes, semi-closed containers 4, built into the housing 1 and located in the same plane, as well as a gas distribution device 5 with nozzles 6 placed in pairs opposite each other in the plane of semi-closed containers 4 mounted inside the housing 1 rotatably. Holes 7 (Fig. 3) of semi-closed containers 4 are made on the inner surface of the housing 1 (Fig. 1, 2). The outlet 8 of the nozzles 6 are made on the outer surface of the gas distribution device 5. The outer surface of the gas distribution device 5 is made adjacent to the inner surface of the housing 1.

Для уменьшения трения и лучшей герметизации внешняя поверхность газораспределительного устройства и внутренняя поверхность корпуса 1 выполняются из фторопласта. Кроме того, в газораспределительном устройстве 5 расположен эжектор 9, выходы активного 10 и пассивного 11 сопел которого находятся в одной плоскости с отверстиями 7 полузамкнутых емкостей 4. Выход 12 эжектора 9 сообщается в расширительной камере 13 пульсационного аппарата. Выход 12 эжектора 9 расположен под углом к плоскости полузамкнутых емкостей 4 в сторону, противоположную направлению вращения газораспределительного устройства. Для установки в рабочее положение газораспределительного устройства 5 служит вал 14, прикрываемый крышкой 15. To reduce friction and better sealing, the outer surface of the gas distribution device and the inner surface of the housing 1 are made of fluoroplastic. In addition, in the gas distribution device 5 there is an ejector 9, the outputs of the active 10 and passive 11 nozzles of which are in the same plane with the openings 7 of the semi-closed containers 4. The output 12 of the ejector 9 is communicated in the expansion chamber 13 of the pulsation apparatus. The output 12 of the ejector 9 is located at an angle to the plane of the semi-closed containers 4 in the direction opposite to the direction of rotation of the gas distribution device. For installation in the working position of the gas distribution device 5 is the shaft 14, covered by a cover 15.

Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате (фиг. 1, 2, 3) осуществляется следующим образом. The method of cooling gas in a pulsating apparatus (Fig. 1, 2, 3) is as follows.

Исходный газ с давлением 8,0 МПа и температурой 300К поступает через патрубок 2 во вращающееся по часовой стрелке газораспределительное устройство 5. Первоначальный момент вращения газораспределительному устройству 5 сообщает через вал 14. Истекая из сопел 6 газораспределительного устройства 5, исходный газ поочередно заполняет полузамкнутые емкости 4. При ударном заполнении газ сжимается в полузамкнутых емкостях 4 и нагревается до температуры 450 К. Нагретый газ передает свое тепло стенкам полузамкнутых емкостей 4. Тепло, показанное на фиг. 2 в виде зигзагообразных стрелок, отводится от полузамкнутых емкостей 4 конвекцией окружающего воздуха, имеющего температуру 283 К. По мере вращения газораспределительного устройства 5 к заполненным полузамкнутым емкостям 4 подходит активное сопло 10 эжектора 9. Через активное сопло 7 эжектора 9 сжатый и отдавший тепло газ сбрасывается из полузамкнутой емкости 4 в расширительную камеру 13, в которой давление равно 3,5 МПа. После опорожнения полузамкнутой емкости 4 к ее отверстию 7, расположенному на внутренней поверхности корпуса 1, подходит вход пассивного сопла 11 эжектора 9. Путем эжектирования оставшегося газа в полузамкнутой емкости 4 газом, сбрасываемым через активное сопло 10 эжектора 9 в расширительную камеру 13, создается разрежение перед заполнением полузамкнутой емкости 4. Величина разрежения в полузамкнутой емкости достигает 1,2-1,3 МПа. В расширительной камере 13 сбрасываемый газ расширяется и при этом охлаждается до температуры 264 К. The source gas with a pressure of 8.0 MPa and a temperature of 300 K enters through the pipe 2 in a clockwise rotating gas distribution device 5. The initial moment of rotation of the gas distribution device 5 is reported through the shaft 14. Expiring from the nozzles 6 of the gas distribution device 5, the source gas alternately fills the semi-closed containers 4 During shock filling, the gas is compressed in semi-closed containers 4 and heated to a temperature of 450 K. The heated gas transfers its heat to the walls of semi-closed containers 4. The heat shown in FIG. 2 in the form of zigzag arrows, is diverted from the semi-closed containers 4 by convection of ambient air having a temperature of 283 K. As the gas distribution device 5 rotates, the active nozzle 10 of the ejector 9 approaches the filled half-closed tanks 4 through the active nozzle 7 of the ejector 9, the compressed and heat-released gas is discharged from a semi-closed tank 4 to the expansion chamber 13, in which the pressure is 3.5 MPa. After emptying the semi-closed container 4, the entrance of the passive nozzle 11 of the ejector 9 is suitable for its opening 7, located on the inner surface of the housing 1. By ejecting the remaining gas in the semi-closed container 4 with gas discharged through the active nozzle 10 of the ejector 9 into the expansion chamber 13, a vacuum is created in front of filling a semi-closed tank 4. The vacuum in a semi-closed tank reaches 1.2-1.3 MPa. In the expansion chamber 13, the discharged gas expands and is cooled to a temperature of 264 K.

В связи с тем, что внешняя поверхность газораспределительного устройства 5 выполнена прилегающей к внутренней поверхности корпуса 1, исключаются перетечки исходного газа из сопел 6 газораспределительного устройства 5, сжатого газа из полузамкнутой емкости 4 и смешивание указанных газов со сбрасываемым газом, а также в связи с тем, что создается разрежение в полузамкнутых емкостях 4 перед их заполнением, достигается более низкая температура охлаждения газа 264К, чем температура охлаждения газа 271К по прототипу в аналогичных условиях. Due to the fact that the outer surface of the gas distribution device 5 is made adjacent to the inner surface of the housing 1, the overflow of the source gas from the nozzles 6 of the gas distribution device 5, compressed gas from the semi-closed tank 4 and mixing of these gases with the discharge gas are excluded, and also due to that creates a vacuum in the semi-closed containers 4 before filling, a lower gas cooling temperature of 264K is achieved than the gas cooling temperature of 271K according to the prototype in similar conditions.

Claims

1. A method of cooling gas in a pulsating apparatus comprising alternately impact filling the semi-closed containers with the initial gas supplied from the nozzle, and then emptying the semi-closed containers by discharging gas from them into the expansion chamber to obtain a refrigerating effect, characterized in that, in order to increase the efficiency of gas cooling , before filling after emptying in a semi-closed tank create a vacuum by ejecting the remaining gas in it with gas discharged into the expansion chamber.

2. A pulsating apparatus for cooling gas, comprising a housing with gas inlet and outlet pipes and semi-closed containers located in the same plane and extending their open ends into the housing, as well as a gas distribution device with nozzles mounted inside the housing and rotatably connected to the gas supply pipe with nozzles placed in the plane of semi-closed containers, and an expansion chamber, characterized in that, in order to increase the efficiency of gas cooling, gas distribution The property is additionally equipped with an ejector with active and passive nozzles, the output of which is communicated with an expansion chamber, and the outputs of its active and passive nozzles are located on the outer surface of the gas distribution device in the plane of semi-closed containers, and the distances between the outputs of the active and passive nozzles of the ejector and the gas distribution nozzle correspond to the distances between the open ends of semi-closed containers, and the outer surface of the gas distribution device is made adjacent to the inner surface of the housing.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the ejector exit is located at an angle to the plane of the semi-closed containers in the direction opposite to the direction of rotation of the gas distribution device.