RU2379578C1

RU2379578C1 - Gas distribution station

Info

Publication number: RU2379578C1
Application number: RU2008133100/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов (RU); Сергей Геннадьевич Емельянов; Николай Сергеевич Кобелев (RU); Николай Сергеевич Кобелев; Игорь Витальевич Насенков (RU); Игорь Витальевич Насенков; Андрей Николаевич Кобелев (RU); Андрей Николаевич Кобелев
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gas distribution station contains control block, manufacturing block with gas conduit of high and low pressure and tank for condensate collection, connected to gas conduit of high pressure and through sluice to gas conduit of low pressure. On gas conduit of high pressure there are successively installed ejector and vortex pipe. Outlet of ejector is connected to inlet of vortex pipe, and outlet of hot flow with inlet of heat exchanger. Outlet of heat exchanger is connected to blending chamber of ejector. Inlet of heat exchanger is implemented in the form of converging nozzle with screw-shaped grooves on inner surface, generatrix of which allows clockwise driving direction, and outlet of heat exchanger is implemented in the form of expansion nozzle with screw-shaped grooves on inner surface, generatrix of which allows counterclockwise driving direction. Heat exchanger is installed on pipeline of heating system of room of gas-distributing station.

EFFECT: increasing of coefficient of efficiency ensured by enhancement of heat exchange between gas and heated heat carrier, for instance water.

3 dwg

Description

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.The invention relates to gas technology, in particular to gas distribution stations for reducing gas pressure in a gas pipeline.

Известна газораспределительная станция (а.с. СССР N1672101, МКл. F17D 1/00, 1991. Бюлл. N31), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления.Known gas distribution station (AS USSR N1672101, MKl. F17D 1/00, 1991. Bull. N31), containing a control unit, a process unit with a high and low pressure gas pipeline and a condensate collection tank connected to the high pressure gas pipeline and through a shut-off body - with a low pressure gas pipeline.

Недостатком является высокая степень вероятности обмерзания дрессирующих устройств в технологическом блоке из-за явления эффекта Джоуля-Томпсона при дросселировании газа высоконасыщенного паро- и каплеобразующей влагой, а также последующего образования конденсатных пробок в газопроводе низкого давления, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, что может привести к аварийным ситуациям.The disadvantage is the high likelihood of freezing of the training devices in the process unit due to the Joule-Thompson effect during throttling of gas with highly saturated vapor and droplet moisture, as well as the subsequent formation of condensate plugs in the low pressure gas pipeline, especially at low ambient temperatures, which can lead to to emergency situations.

Известна газораспредилительная станция (патент РФ N2316693, МПК F17D 1/04, 2008, Бюлл. N4), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее - с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания эжектора.A known gas distribution station (RF patent N2316693, IPC F17D 1/04, 2008, Bull. N4), comprising a control unit, a process unit with a high and low pressure gas pipeline, and a condensate collection tank connected to the high pressure gas pipeline and through the shutoff member to the gas pipeline low pressure, an ejector and a vortex tube are installed in series on the high pressure gas pipeline, the ejector exit is connected to the inlet of the vortex tube, and its hot flow outlet is connected to the heat exchanger inlet, and the heat exchanger outlet is connected to the mixing chamber sewing ejector.

Недостатком является невысокий КПД газораспределительной станции, обусловленный тем, что при эксплуатации, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, требуется необходимость подогрева помещения станции за счет источника теплоты, использующего дополнительные ресурсы, например систему отопления с АГВ или централизованную систему отопления.The disadvantage is the low efficiency of the gas distribution station, due to the fact that during operation, especially at low ambient temperatures, it is necessary to heat the station premises using a heat source that uses additional resources, for example, an AGV heating system or a centralized heating system.

Технической задачей изобретения является повышение КПД за счет использования потенциальной энергии газа в газопроводе высокого давления, которое погашается в дроссельных устройствах при поступлении газа в газопровод низкого давления путем использования данного перепада давления в качестве источника теплоты в теплообменнике, размещенном в системе отопления помещения газораспределительной станции и обеспечивающего интенсификацию теплообмена между газом и нагреваемым теплоносителем, например водой.An object of the invention is to increase the efficiency through the use of potential gas energy in a high pressure gas pipeline, which is extinguished in throttle devices when gas enters the low pressure gas pipeline by using this pressure differential as a heat source in a heat exchanger located in the heating system of the gas distribution station and providing the intensification of heat transfer between gas and a heated coolant, such as water.

Технический результат по использованию потенциала газа газопровода высокого давления в качестве теплоотдающего энергоносителя в теплообменнике системы отопления достигается тем, что газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган - с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее - с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания эжектора, вход теплообменника выполнен в виде суживающегося сопла в винтообразными канавками на внутренней поверхности, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, а выход теплообменника выполнен в виде расширяющегося сопла с винтообразными канавками на внутренней поверхности, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки, при этом теплообменник установлен на трубопроводе системы отопления помещения газораспределительной станции.The technical result of using the gas potential of a high pressure gas pipeline as a heat transfer energy carrier in a heat exchanger of a heating system is achieved by the fact that the gas distribution station contains a control unit, a process unit with a high and low pressure gas pipeline, and a condensate collection tank connected to the high pressure gas pipeline and through a shutoff body - with a low pressure gas pipeline, an ejector and a vortex tube are installed in series on the high pressure gas pipeline, ejector exit connected to the inlet of the vortex tube, and the outlet of its hot stream to the inlet of the heat exchanger, the outlet of the heat exchanger being connected to the mixing chamber of the ejector, the inlet of the heat exchanger is made in the form of a tapering nozzle in helical grooves on the inner surface, the generatrix of which has a clockwise direction, and the outlet the heat exchanger is made in the form of an expanding nozzle with helical grooves on the inner surface, the generatrix of which has a counterclockwise direction of motion, while the heat exchanger to installed on the pipeline heating system premises gas distribution station.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема газораспределительной станции, на фиг.2 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, на фиг.3 - внутренняя поверхность расширяющегося сопла с винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелкиThe invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a schematic diagram of a gas distribution station, Fig. 2 is an inner surface of a tapering nozzle with helical grooves, forming which has a clockwise direction of movement, and Fig. 3 is an inner surface of an expanding nozzle with helical grooves whose generatrix has a counterclockwise direction

Газораспределительная станция содержит блок управления 1, технологический блок 2 с газопроводами высокого 3 и низкого 4 давления и емкость 5 сбора конденсата, соединенную с газопроводом 3 высокого давления. Газовая полость 6 в емкости 5 сбора конденсата дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом 4 низкого давления. Кроме того, газопровод 3 высокого давления связан с газовой полостью в емкости 5 сбора конденсата через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блока управления 1 и емкости 5 сбора конденсата установлен датчик 10 уровня, кран 11 соединяет газопроводом полость 6 с атмосферой. На газопроводе высокого давления 3 последовательно установлены эжектор 12 и вихревая труба 13, а на трубопроводе системы отопления установлен теплообменник 14, при этом вход 15 эжектора 12 соединен с входом 16 вихревой трубы 13. Выход 17 холодного потока вихревой трубы 13 соединен с конденсатоотводчиком 8, а выход 18 горячего потока вихревой трубы 13 соединен с входом 19 теплоообменника 14, причем выход 20 теплообменника 14 соединен с камерой смешивания 21 эжектора 12. Вход 19 теплообменника 14 выполнен в виде суживающегося сопла с винтообразными канавками 22 на внутренней поверхности 23, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке, а выход 20 теплообменника 14 выполнен в виде расширяющегося сопла с винтообразными канавками 24 на внутренней поверхности 25, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки, при этом теплообменник 14 установлен на трубопроводе системы отопления, включающей подводящий трубопровод нагреваемой 26 и трубопровод нагретой воды 27, соединенный с нагревательными элементами системы отопления помещения газораспределительной станции.The gas distribution station comprises a control unit 1, a process unit 2 with gas pipelines of high 3 and low 4 pressure and a condensate collection tank 5 connected to the gas pipeline 3 of high pressure. The gas cavity 6 in the condensate collecting vessel 5 is additionally connected through a shutoff member 7 to a low pressure gas pipeline 4. In addition, the high pressure gas pipeline 3 is connected to the gas cavity in the condensate collecting vessel 5 through the steam trap 8 and the valve 9. A level 10 sensor is installed in the communication line of the control unit 1 and the condensate collecting vessel 5, the valve 11 connects the cavity 6 with the atmosphere by the gas pipeline. An ejector 12 and a vortex tube 13 are installed in series on the high pressure gas pipeline 3, and a heat exchanger 14 is installed on the heating system pipeline, while the input 15 of the ejector 12 is connected to the input 16 of the vortex pipe 13. The output 17 of the cold stream of the vortex pipe 13 is connected to the condensate drain 8, and the outlet 18 of the hot flow of the vortex tube 13 is connected to the inlet 19 of the heat exchanger 14, and the outlet 20 of the heat exchanger 14 is connected to the mixing chamber 21 of the ejector 12. The inlet 19 of the heat exchanger 14 is made in the form of a tapering nozzle with helical grooves 22 on the inner surface 23, the generatrix of which has a clockwise direction of movement, and the outlet 20 of the heat exchanger 14 is made in the form of an expanding nozzle with helical grooves 24 on the inner surface 25, the generatrix of which has a counterclockwise direction of motion, while the heat exchanger 14 is installed on the system pipeline heating, including the heated inlet pipe 26 and the heated water pipe 27 connected to the heating elements of the heating system of the room of the gas distribution station.

Газораспределительная станция работает следующим образом. Газ по газопроводу 3 высокого давления поступает в технологический блок 2, проходит по эжектору 12 и из его выхода 15 поступает во вход 16 вихревой трубы 13. В результате термодинамического расслоения в вихревой трубе 13 газ, поступающий из эжектора 12, разделяется на периферийный горячий поток (температура потока превышает температуру газа, поступающего в вихревую трубу 13) и осевой холодный поток (температура потока ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу 13). Из выхода 18 горячего потока вихревой трубы 13 во вход 19, выполненный в виде суживающегося сопла теплообменника 14, поступает газ с повышенной температурой (не мене 100°С), где перемещается по винтообразным канавкам 22, расположенным на внутренней поверхности 23, дополнительно турбунизуется и рекуперативно отдает свою теплоту нагреваемой воде, поступающей по трубопроводу 26 (например, из водопроводной сети). Далее остывший поток из теплообменника 14 направляется к выходу 20, выполненному в виде расширяющегося сопла, где перемещается по винтообразным канавкам 24, расположенным на внутренней поверхности 25. Выполнение входа 19 в виде суживающегося сопла с расположением винтообразных канавок 22 на внутренней поверхности 23 с образующей, которая имеет направление движения по ходу часовой стрелки, приводит к ускоренному поступлению и закручиванию горячего потока газа по направлению движения часовой стрелки, а выполнение выхода 20 в виде расширяющегося сопла с расположением винтообразных канавок 24 на внутренней стороне поверхности 25 с образующей, которая имеет направление движения против хода часовой стрелки, приведут к замедлению выхода закрученного остывшего потока газа и вращению его против направления движения часовой стрелки. В результате в межтрубном пространстве теплообменника 14 возникают встречно направленные от входа 19 к выходу 20 микрозавихрения потока газа, поступающего из выхода 18 вихревой трубы 13. В этом случае процесс теплообмена интенсифицируется (см. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев, 1969), что позволяет энергию, заключенную в газе газопровода высокого давления 3 при переводе его на параметры газопровода низкого давления 4, использовать как источник тепла в теплообменнике 14 с последующим поступлением к нагревательным элементам (радиаторам) систем отопления здания газораспределительной станции. Охлажденный за счет отдачи тепла нагреваемой воде поток газа из выхода 20 теплообменника 14 направляется в камеру смешивания 21 и смешивается с газом, поступающим в эжектор 12 из газопровода 3 высокого давления, вновь направляется в вихревую трубу 13. Использование эжектора 12 позволяет предотвратить потери газа, термодинамически расслоенного в вихревой трубе 13 на холодный осевой поток и горячий периферийный поток (около 40%). Холодный поток газа (объемом не менее 60% от общего объема газа), поступающего в вихревую трубу 13, с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразующей влаги при термодинамическом расслоении газа, так и соответствующий движущемуся газу по газопроводу высокого давления, выходит из выхода 17 вихревой трубы 13, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость 5 сбора конденсата. При заполнении емкости 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика 10 уровня поступает сигнал в блок 1 управления о необходимости опорожнить емкость 5. Для опорожнения емкости 5 закрывается кран 9 и открывается запорный орган 7. Газ, находящийся в емкости 5, поступает в газопровод 4 низкого давления, и тем самым в емкости 5 для сбора конденсата давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся там конденсат в забирающее устройство, например в автоцистерну, перекрывая запорный орган 7 и открывая кран 11.Gas distribution station operates as follows. Gas passes through the high pressure gas pipeline 3 to the processing unit 2, passes through the ejector 12, and from its outlet 15 enters the inlet 16 of the vortex tube 13. As a result of thermodynamic separation in the vortex tube 13, the gas coming from the ejector 12 is separated into a peripheral hot stream ( the temperature of the stream exceeds the temperature of the gas entering the vortex tube 13) and the axial cold stream (the temperature of the stream is lower than the temperature of the gas entering the vortex tube 13). From the outlet 18 of the hot stream of the vortex tube 13 to the inlet 19, made in the form of a tapering nozzle of the heat exchanger 14, gas with an increased temperature (not less than 100 ° C) enters, where it moves along the helical grooves 22 located on the inner surface 23, is additionally turbunized and regeneratively gives its heat to the heated water coming in through the pipe 26 (for example, from a water supply network). Next, the cooled stream from the heat exchanger 14 is directed to the outlet 20, made in the form of an expanding nozzle, where it moves along the helical grooves 24 located on the inner surface 25. The input 19 is made in the form of a tapering nozzle with the location of the helical grooves 22 on the inner surface 23 with a generatrix, which has a clockwise direction of movement, leads to accelerated flow and swirling of the hot gas stream in the clockwise direction, and the output 20 in the form of expanding a nozzle with helical grooves 24 located on the inner side surface 25 with a generator, which has a direction of movement anticlockwise lead to slower release of swirling the cooled gas stream and the rotation of its anti-clockwise. As a result, in the annular space of the heat exchanger 14 there arise micro-eddies of the gas flow counter-directed from the inlet 19 to the outlet 20, coming from the outlet 18 of the vortex tube 13. In this case, the heat transfer process is intensified (see Merkulov A.P. Vortex effect and its application in industry. Kuibyshev, 1969), which allows the energy enclosed in the gas of the high pressure gas pipeline 3 when transferring it to the parameters of the low pressure gas pipeline 4, to be used as a heat source in the heat exchanger 14, followed by heating ln elements (radiators) of the heating systems of the building of the gas distribution station. Cooled due to heat transfer to the heated water, the gas stream from the outlet 20 of the heat exchanger 14 is sent to the mixing chamber 21 and mixed with the gas entering the ejector 12 from the high pressure gas line 3, is again sent to the vortex tube 13. The use of the ejector 12 prevents gas loss thermodynamically stratified in a vortex tube 13 into a cold axial flow and a hot peripheral flow (about 40%). A cold gas stream (with a volume of at least 60% of the total gas volume) entering the vortex tube 13, with condensate obtained both during cooling of the vaporizing moisture during thermodynamic separation of the gas, and corresponding to the moving gas through the high pressure gas pipeline, leaves outlet 17 the vortex tube 13 passes through a steam trap 8, where the condensate is taken, and then it flows by gravity through a valve 9 through a pipeline into the condensate collection tank 5. When the tank 5 is filled to a certain level (for example, 0.75 volume), a signal is sent from the level sensor 10 to the control unit 1 to empty the tank 5. To empty the tank 5, the valve 9 closes and the shut-off element opens 7. The gas in the tank 5 , enters the low pressure gas pipeline 4, and thereby the pressure decreases in the condensate collecting vessel 5. This allows you to pump the condensate located there in a pick-up device, for example in a tank truck, blocking the shut-off element 7 and opening the valve 11.

Очищенный от конденсата холодный поток газа с давлением более низким, чем давление газа на входе 16 вихревой трубы 13 (принцип работы вихревой трубы), поступает в дросселирующее устройство технологического блока 2 (не показано), тем самым увеличивая надежность его работы, т.к. дросселирующее устройство, работая на меньшем перепаде давлений, практически не достигает условий протекания процесса с эффектом Джоуля-Томпсона и не вызывает с большой степенью вероятности появления инея и тем более обмерзания оставшейся в газе после конденсатоотводчика 8 конденсирующейся влаги.The cold gas stream purified from condensate with a pressure lower than the gas pressure at the inlet 16 of the vortex tube 13 (the principle of operation of the vortex tube) enters the throttling device of the technological unit 2 (not shown), thereby increasing its reliability, since the throttling device, operating at a lower pressure drop, practically does not reach the conditions of the process with the Joule-Thompson effect and does not cause frost to a high degree of probability and, moreover, the condensed moisture remaining in the gas after the steam trap 8.

Оригинальность предлагаемого изобретения по повышению КПД, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, заключается в том, что энергоемкость газа, находящегося в газопроводе высокого давления при технологической необходимости его снижения для подачи в газопровод низкого давления, используется как теплоисточник в теплообменнике, установленном в системе отопления помещения газораспределительной станции. Это достигается путем термодинамического разогрева части газа из газопровода высокого давления в вихревой трубе и последующей отдачи теплоты, например, воде для нагревательных элементов системы отопления за счет интенсификации теплообмена в теплообменнике при выполнении входа и выхода его в виде суживающегося и расширяющегося сопла с винтообразными канавками, образующие которых имеют направление движения соответственно по и против часовой стрелки, что приводит к образованию микрозавихрений противоположных направлений и соответственно микровзрывов, значительно увеличивающих коэффициент теплопередачи от теплоносителя-газа к нагреваемой среде.The originality of the invention to improve efficiency, especially at negative ambient temperatures, lies in the fact that the energy intensity of the gas located in the high pressure gas pipeline when it is technologically necessary to reduce it for supply to the low pressure gas pipeline is used as a heat source in a heat exchanger installed in the room heating system gas distribution station. This is achieved by thermodynamic heating of a part of the gas from a high-pressure gas pipeline in a vortex tube and subsequent heat transfer, for example, water for heating elements of the heating system due to the intensification of heat transfer in the heat exchanger when it enters and exits as a tapering and expanding nozzle with helical grooves, forming which have a direction of movement, respectively, clockwise and counterclockwise, which leads to the formation of micro-eddies in opposite directions and, respectively, enno microexplosions significantly increasing the heat transfer coefficient of coolant gas to the heated medium.

Claims

A gas distribution station comprising a control unit, a process unit with high and low pressure gas pipelines and a condensate collecting tank connected to a high pressure gas pipeline and through a shut-off element with a low pressure gas pipeline, an ejector and a vortex tube are installed in series on the high pressure gas pipeline, the ejector exit is connected to the input vortex tube, and the output of its hot stream with the input of the heat exchanger, and the output of the heat exchanger is connected to the mixing chamber of the ejector, characterized in that the input the heat exchanger is made in the form of a tapering nozzle with helical grooves on the inner surface, the generatrix of which has a clockwise direction, and the heat exchanger outlet is made in the form of an expanding nozzle with helical grooves on the inner surface, the generatrix of which has a counterclockwise direction, while the heat exchanger is installed on the pipeline of the heating system of the gas distribution room.