RU2072487C1

RU2072487C1 - Method of cooling gases

Info

Publication number: RU2072487C1
Application number: RU92013639A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Запорожец; Б.П. Шулекин; Г.К. Зиберт; Л.П. Холпанов; В.П. Берестов
Original assignee: Конструкторское бюро нефтеаппаратуры
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: production of cold in hydrocarbon gas accumulating, preparing and processing plants. SUBSTANCE: before impact filling of semi-closed reservoirs with gas, vortex flow of gas is created with hot and cold streams. Hot flow of gas is fed to semi-closed reservoirs and cold flow of vortex stream is mixed with gas fed from expansion chamber. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

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

Известен способ охлаждения газа в вихревой трубе (авт. свид. СССР N 392295 кл. F 25 B 9/02, 1971), включающей сопловую камеру, диафрагму для вывода холодного потока, диффузор для вывода горячего потока и осевой сопловой ввод дополнительного потока, например, для рециркуляции газа, причем сопловой ввод может быть выполнен в виде усеченного конуса. A known method of cooling gas in a vortex tube (ed. Certificate of the USSR N 392295 class F 25 B 9/02, 1971), including a nozzle chamber, a diaphragm for outputting a cold stream, a diffuser for outputting a hot stream and an axial nozzle input of an additional stream, for example , for gas recirculation, and the nozzle inlet can be made in the form of a truncated cone.

Недостатком таких способов является повышенные потери напора газа при их смещении, что снижает термодинамическую эффективность трубы, так как векторы скорости осевого и дополнительного потоков в этих трубах перпендикулярны. The disadvantage of such methods is the increased loss of gas pressure during their displacement, which reduces the thermodynamic efficiency of the pipe, since the velocity vectors of the axial and additional flows in these pipes are perpendicular.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ охлаждения газа в вихревых трубах ( авт. свид. N 582441 кл. F 25 B 9/02, 1977), включающий закручивание исходного газового потока с последующим разделением на горячий и холодный газовые потоки. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method is a method of cooling gas in vortex tubes (ed. Certificate N 582441 class F 25 B 9/02, 1977), including twisting the original gas stream with subsequent separation into hot and cold gas streams.

В данном способе вихревая труба содержит сопловую камеру, диафрагму холодного потока, горячий конец, диффузор с улиткой и крышкой, конус соплового ввода дополнительного потока и трубку подвода дополнительного потока. Для повышения термодинамической эффективности вихревой трубы конус соплового ввода дополнительного потока снабжен прорезями, расположенными вдоль его образующих и направленные в сторону закрутки основного потока в сопловой камере. In this method, the vortex tube contains a nozzle chamber, a cold flow diaphragm, a hot end, a diffuser with a cochlea and a lid, a nozzle inlet for the additional flow and an additional flow supply pipe. To increase the thermodynamic efficiency of the vortex tube, the nozzle inlet of the additional flow is equipped with slots located along its generators and directed towards the swirl of the main flow in the nozzle chamber.

Основным недостатком описанного способа охлаждения газа является неполное использование энергии газового потока. The main disadvantage of the described method of cooling the gas is the incomplete use of the energy of the gas stream.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа за счет эжекционного смешивания исходного газа, повышение давления и его расширения. The aim of the invention is to increase the efficiency of gas cooling due to ejection mixing of the source gas, increasing pressure and its expansion.

Цель достигается тем, что в способе охлаждения газа, включающий закручивание исходного газового потока с последующим разделением на горячий и холодный газовые потоки, подачу горячего потока в пульсационный аппарат для ударного заполнения полузамкнутых полостей и выпуска его в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, полученный при этом охлажденный газовый поток смешивают с холодным газовым потоком после разделения, а также тем, что смешивание охлажденного потока из расширительной камеры и холодного потока после разделения производят посредством эжектирования одного другим. The goal is achieved in that in a gas cooling method, including swirling the initial gas stream with subsequent separation into hot and cold gas streams, supplying the hot stream to a pulsation apparatus for shock filling of semi-closed cavities and discharging it into the expansion chamber, thereby obtaining a refrigerating effect, the cooled gas stream is mixed with the cold gas stream after separation, as well as the fact that mixing the cooled stream from the expansion chamber and the cold stream after separation Laziness is produced by ejecting one from the other.

Перед подачей исходного газа создание вихревого течения с горячим и холодным потоками и подача горячего потока исходного газа в полузамкнутые полости позволяют в процессе ударного заполнения последних сжать горячий газ. В процессе сжатия горячий газ дополнительно нагревается, в результате чего увеличивается количество тепла, передаваемого от сжатого газа через стенки полузамкнутых полостей внешней среде, уменьшается энтальпия сжатого газа, и как следствие уменьшается температура расширяемого газа, т.е. повышается эффективность охлаждения газа. Before the supply of the source gas, the creation of a vortex flow with hot and cold flows and the supply of a hot stream of the source gas to the semi-closed cavities allow the compression of the hot gas during shock filling of the latter. During the compression process, the hot gas is additionally heated, as a result of which the amount of heat transferred from the compressed gas through the walls of the semi-closed cavities to the external medium increases, the enthalpy of the compressed gas decreases, and as a result, the temperature of the expandable gas decreases, i.e. increases the efficiency of gas cooling.

Смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры приводит к расширению холодного потока исходного газа от своего давления до давления газа из расширительной камеры с получением холодильного эффекта, снижению температуры получаемой смеси, т.е. к повышению эффективности охлаждения газа. Mixing a cold stream of the source gas with gas from the expansion chamber leads to the expansion of the cold stream of the source gas from its pressure to the gas pressure from the expansion chamber to obtain a cooling effect, lowering the temperature of the resulting mixture, i.e. to increase the efficiency of gas cooling.

Производство процесса смешения газа из расширительной камеры и холодного потока исходного газа путем эжектирования одного другим позволяет утилизировать кинетическую энергию эжектирующего газа, повысить давление получаемой смеси, снизить затраты энергии, выраженные величиной разности давлений на входе и выходе пульсационного аппарата, и как следствие повысить эффективность охлаждения газа. The process of mixing gas from the expansion chamber and the cold stream of the source gas by ejecting one with the other allows you to utilize the kinetic energy of the ejection gas, increase the pressure of the resulting mixture, reduce the energy costs expressed by the pressure difference at the inlet and outlet of the pulsation apparatus, and as a result increase the efficiency of gas cooling .

Способ охлаждения газа реализуется в аппарате, фронтальный разрез которого представлен на чертеже. Способ охлаждения газа в аппарате осуществляется следующим образом. The gas cooling method is implemented in the apparatus, a frontal section of which is shown in the drawing. The method of cooling gas in the apparatus is as follows.

Исходный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 308 К подают в аппарат. В завихрителе 9 исходный газ приобретает вихревое движение и попадает в энергоразделительную камеру 10, где он делится на горячий и холодный потоки. Горячий поток с температурой 350 К поочередно ударно заполняет полузамкнутые емкости 4, где газ сжимается и температура повышается до 500 К. Тепло от стенок полузамкнутых полостей 4 отводится конвекцией окружающей среды, имея температуру 313 К. Газ сбрасывается в расширительную камеру 8 при давлении 3 МПа, где расширяется и охлаждается до температуры 250 К. Холодный поток с температурой 270 280 К и давлении 5,0 МПа движется сначала спутно потоку горячему, а затем в противоположном направлении вдоль эжекторного патрубка 11 и отводится. Холодный поток эжектирует газ из расширительной камеры 8, поднимая давление до 3,3 МПа. Холодный поток расширяется и охлаждается, и полученная газовая смесь имеет температуру 245 К. The source gas with a pressure of 12.0 MPa and a temperature of 308 K is supplied to the apparatus. In the swirl 9, the source gas acquires a vortex motion and enters the energy separation chamber 10, where it is divided into hot and cold flows. A hot stream with a temperature of 350 K alternately shock fills the semi-closed containers 4, where the gas is compressed and the temperature rises to 500 K. Heat from the walls of the semi-closed cavities 4 is removed by ambient convection, having a temperature of 313 K. The gas is discharged into the expansion chamber 8 at a pressure of 3 MPa, where it expands and cools to a temperature of 250 K. A cold stream with a temperature of 270,280 K and a pressure of 5.0 MPa first moves in a satellite to the hot stream, and then in the opposite direction along the ejector pipe 11 and is diverted. The cold stream ejects gas from the expansion chamber 8, raising the pressure to 3.3 MPa. The cold stream expands and cools, and the resulting gas mixture has a temperature of 245 K.

Пример. Исходный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 308 К поступает через патрубок 2 в корпус 1. Затем исходный газ через тангенциальные щелевые отверстия 14 поступает в завихритель 9, при этом сообщает последнему момент вращения. Вихрь исходного газа из завихрителя 9 попадает через отверстия 13 в энергоразделительную камеру 10, в которой исходный газ приобретает вихревое течение и разделяется на горячий и холодный потоки. Горячий поток вихревого течения, показанный белыми стрелками, стекает по периферии энергоразделительной камеры 10 в газораспределительное устройство 6. Горячий поток имеет температуру 350 К. Холодный поток занимает внутреннюю часть энергоразделительной камеры 10 показан черными стрелками. Холодный поток с температурой порядка 270 280 К движется по сложной траектории: вначале спутно горячему потоку, затем он меняет направление движения на противоположное и, двигаясь вдоль эжекционного патрубка 11, через отверстие 12 поступает в патрубок 3, отводящий газ. Горячий поток через сопла 7 поочередно ударно заполняют полузамкнутые полости 4. При ударном заполнении полузамкнутых полостей 4 горячий газ сжимается, в результате чего температура его повышается до 500 К. Нагретый газ передает свое тепло стенкам полузамкнутых полостей 4. Тепло отводится от полузамкнутых полостей 4 конвекцией окружающей среды, имеющей температуру 313 К. По мере вращения газораспределительного устройства 6 сопла 7 отводятся от заполненных полузамкнутых полостей 4, и из последних газ сбрасывается в расширительную камеру 8, в которой величина давления 3,0 МПа. В расширительной камере 8 сбрасываемый газ расширяется и при этом охлаждается до температуры 250 К. Затем газ через эжекционный патрубок 11 покидает расширительную камеру 8. Холодный поток исходного газа с температурой 270 280 К и давлением 5,0 МПа эжектирует газ из расширительной камеры 8. В процессе эжекции холодный поток исходного газа передает свою энергию газу из расширительной камеры 8, поднимая его давление до величины 3,3 МПа. При этом холодный поток исходного газа расширяется и охлаждается, поэтому полученная в результате процесса эжекции газовая смесь имеет температуру 245 К. Example. The source gas with a pressure of 12.0 MPa and a temperature of 308 K enters through the nozzle 2 into the housing 1. Then, the source gas through the tangential slit holes 14 enters the swirl 9, while giving the last moment of rotation. The vortex of the source gas from the swirl 9 passes through the openings 13 into the energy separation chamber 10, in which the source gas acquires a vortex flow and is divided into hot and cold flows. The hot stream of the vortex flow, shown by white arrows, flows along the periphery of the energy separation chamber 10 into the gas distribution device 6. The hot stream has a temperature of 350 K. The cold stream occupies the interior of the energy separation chamber 10 shown by black arrows. A cold stream with a temperature of the order of 270 280 K moves along a complex path: first, it becomes tangential to the hot stream, then it reverses the direction of movement and, moving along the ejection pipe 11, through the hole 12 enters the pipe 3, the exhaust gas. The hot flow through the nozzles 7 alternately shock fill the semi-closed cavities 4. During the shock filling of the semi-closed cavities 4, the hot gas is compressed, as a result of which its temperature rises to 500 K. The heated gas transfers its heat to the walls of the semi-closed cavities 4. The heat is removed from the semi-closed cavities 4 by convection surrounding medium with a temperature of 313 K. With the rotation of the gas distribution device 6, the nozzles 7 are diverted from the filled semi-closed cavities 4, and from the latter, the gas is discharged into the expansion chamber 8, in which the second pressure is 3.0 MPa. In the expansion chamber 8, the discharged gas expands and is cooled to a temperature of 250 K. Then the gas leaves the expansion chamber 8 through the ejection pipe 11. A cold stream of feed gas with a temperature of 270,280 K and a pressure of 5.0 MPa ejects gas from the expansion chamber 8. B During the ejection process, the cold stream of the source gas transfers its energy to the gas from the expansion chamber 8, raising its pressure to a value of 3.3 MPa. In this case, the cold stream of the source gas expands and cools; therefore, the gas mixture obtained as a result of the ejection process has a temperature of 245 K.

В связи с тем, что перед подачей исходного газа создается в завихрителе 9 и энергоразделительной камере 10 вихревое течение с горячим и холодным потоками и горячий поток подается в полузамкнутые полости 4, в последних в процессе их ударного заполнения горячий газ сжимается и дополнительно нагревается, в результате чего увеличивается количество тепла, передаваемого внешней среде, и уменьшается энтальпия сжатого газа и достигается низкая температура охлаждения газа при его расширении в расширительной камере 8. Due to the fact that a vortex flow with hot and cold flows is created in the swirl 9 and the energy separation chamber 10 before the source gas is supplied, and the hot flow is supplied to the semi-closed cavities 4, in the latter, during their shock filling, the hot gas is compressed and additionally heated, as a result which increases the amount of heat transferred to the external environment, and decreases the enthalpy of the compressed gas and achieves a low temperature for cooling the gas when it expands in the expansion chamber 8.

Смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры 8 приводит к расширению первого и получению более низкой температуры газовой смеси 245 К, чем температура 280 К, полученная в прототипе в аналогичных условиях. Mixing a cold stream of the source gas with gas from the expansion chamber 8 leads to the expansion of the first and a lower temperature of the gas mixture of 245 K than the temperature of 280 K obtained in the prototype under similar conditions.

Эжекционное смешение холодного потока исходного газа с газом из расширительной камеры 8 повышает давление охлажденного газа до 3,3 МПа и снижает затраты энергии на входе и выходе пульсационного аппарата по сравнению с прототипом на 0,3 МПа, и как следствие повышает эффективность охлаждения газа. Ejection mixing of the cold flow of the source gas with gas from the expansion chamber 8 increases the pressure of the chilled gas to 3.3 MPa and reduces the energy consumption at the inlet and outlet of the pulsation apparatus in comparison with the prototype by 0.3 MPa, and as a result increases the efficiency of gas cooling.

Claims

1. A method of cooling a gas, comprising swirling an initial gas stream followed by separation into hot and cold gas streams, characterized in that after separation the hot stream is fed to a pulsation apparatus for shock filling of semi-closed cavities and releasing it into an expansion chamber, the resulting cooled gas the stream is mixed with a cold gas stream after separation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the mixing of the cooled stream from the expansion chamber and the cold stream after separation is carried out by ejection of one another.