RU2708479C1

RU2708479C1 - Регазификатор-подогреватель газа

Info

Publication number: RU2708479C1
Application number: RU2019107326A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Тонконог; Алексей Львович Тукмаков; Надежда Алексеевна Тукмакова; Зиннур Рашидович Акбиров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нейт"
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-12-09

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано и для регазификации сжиженного природного газа (СПГ) и сжиженных углеводородных газов (СУГ), подаваемых из стационарных хранилищ (хабов) и мобильных емкостей в режимах стационарного и переменного газопотребления. Регазификатор-подогреватель газа содержит горелочное устройство, дымовую трубу, теплообменник-нагреватель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, и образующих внешний и внутренний каналы. Внутренний канал сообщен с магистралью подачи регазифицируемой жидкости, а внешний канал с патрубком выхода. Теплообменник-испаритель состоит из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом внешний канал теплообменника-испарителя сообщен с магистралью выхода газа, а патрубок выхода теплообменника-нагревателя сообщен через дроссельное устройство с внутренним каналом теплообменника-испарителя. Техническим результатом является предотвращение кризиса теплоотдачи и кавитационных режимов течения жидкости, а также обеспечение надежного и простого регулирования производительности и параметров газа в магистрали выхода. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для регазификации сжиженного природного газа (СПГ) и сжиженных углеводородных газов (СУГ), подаваемых из стационарных хранилищ (хабов) и мобильных емкостей в режимах стационарного и переменного газопотребления.

Известен испаритель сжиженного углеводородного газа (патент РФ №2594833, МПК F17C 9/02, опубл. 20.08.2016), содержащий корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, в выходной части выполненный глухим, дополнительный теплообменник, расположенный на оси корпуса и состоящий из трех жестко соединенных между собой цилиндрических оболочек, образующих кольцевые полости для прохода сжиженного углеводородного газа, смесительную головку, расположенную во входной части корпуса и включающую в себя втулки, равномерно расположенные по окружности, огневое и наружное днище, топливный коллектор с форсунками, расположенными равномерно по окружности, запальное устройство, расположенное на боковой поверхности корпуса. В выходной части дополнительного теплообменника установлена дымовая труба. Данный испаритель сжиженного углеводородного газа не обеспечивает устойчивую работу в режиме переменной производительности вследствие возникновения кризисных явлений в щелевых каналах теплообменников и возникновения кризиса теплоотдачи.

Известен испаритель криогенной жидкости (патент РФ №2347972, МПК F17C 9/02, опубл. 27.02.2009), содержащий корпус, выполненный в виде двухслойных цилиндрических оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и коллекторы для отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламенительное устройство, а на выходе закреплен газовод. Данный испаритель криогенной жидкости содержит теплообменники, каналы которых образованы двухслойными цилиндрическими оболочками и при нагреве жидкости и ее испарении в потоке будут возникать кризисные явления, сопровождающиеся кавитацией и неустойчивыми режимами течения парожидкостной среды при изменении нагрузки.

Известен технологический нагреватель (патент РФ №2467260, МПК F24H 3/00, опубл. 20.11.2012), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий горелочное устройство, кожухотрубный теплообменник, имеющий наружный пояс теплообменных труб и, по меньшей мере, один внутренний пояс теплообменных труб, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба представляет собой комплект из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, образующих внешнюю и внутреннюю полости, при этом внешняя полость сообщена с коллектором входа, а внутренняя полость с коллектором выхода нагреваемой среды. Внутри кожухотрубного теплообменника в его верхней части размещена, по меньшей мере, одна потолочная секция теплообменных труб, расположенная вдоль всей длины теплообменника или вдоль его части. Интенсификаторы теплоотдачи выполнены в виде выштамповок на стенках теплообменных труб, или в виде скрученной ленты на стенках теплообменной трубы, или в виде гофр. Известное устройство малоэффективно для регазификации жидкости, поскольку гидравлические тракты теплообменной трубы, состоящей из двух труб, образуют внутренний и внешний каналы с постоянной площадью проходного сечения. Вследствие испарения жидкости в тракте канала будет реализовываться двухфазный поток с различными структурными формами (пузырьковый, дисперсный, пленочный и прочие), что в свою очередь будет приводить к многочисленным кризисным явлениям: кризису теплоотдачи, кавитации, кризису течения. Перечисленные явления будут затруднять безопасную и управляемую работу устройства. Кроме этого гидравлический тракт теплообменника с постоянной площадью проходного сечения будет характеризоваться высоким гидравлическим сопротивлением, вследствие существенного увеличения объема как двухфазного, так и парового потока по сравнению с объемом жидкости, поступающей в гидравлический тракт теплообменника.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании регазификатора-подогревателя газа, обеспечивающего безопасную и управляемую работу в режимах переменных нагрузок в нестационарных условиях, за счет исключения явлений кавитации и кризиса теплообмена в гидравлических трактах теплообменников.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности процесса газификации жидкостей, преимущественно криогенных и обеспечения устойчивой работы регазификатора-подогревателя в режиме переменных нагрузок без кавитации и кризисных явлений в его гидравлическом тракте.

Технический результат достигается тем, что в регазификаторе-подогревателе газа, содержащем горелочное устройство, дымовую трубу, по меньшей мере, один теплообменник - нагреватель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенными в сторону горелочного устройства, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом внутренний канал сообщен с магистралью подачи регазифицируемой жидкости, а внешний канал - с патрубком выхода, новым является то, что регазификатор-подогреватель газа дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один теплообменник-испаритель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом вышеупомянутый патрубок выхода внешнего канала теплообменника-нагревателя сообщен через дроссельное устройство с внутренним каналом теплообменника-испарителя, а внешний канал теплообменника-испарителя сообщен с магистралью выхода газа.

Теплообменик-нагреватель и теплообменик-испаритель содержат соответственно завихритель, установленный на входе во внутренний канал, и закручивающее устройство, установленное во внешнем канале между внешней и внутренней трубами.

Канал, образованный внутренней и внешней трубами, теплообменника - испарителя, выполнен с плавно изменяющейся площадью проходного сечения.

Канал, образованный внутренней и внешней трубами, теплообменника - испарителя выполнен с дискретно изменяющейся площадью проходного сечения.

В теплообменнике-испарителе на выходе из внутренней полости установлена направляющая вставка.

В теплообменнике-испарителе выход из внешней полости выполнен тангенциальным.

Дроссельное устройство имеет регулятор расхода жидкости.

Вход из теплообменника-нагревателя в дроссельное устройство выполнен тангенциальным.

Регазификатор-подогреватель снабжен средствами измерения температуры, давления и расхода жидкости и системой управления расходом жидкости и топлива.

Сущность способа регазификации жидкости заключается в следующем: забор жидкости из емкости и подача ее с повышением давления в теплообменник-нагреватель; закрутка потока жидкости, поступающей в теплообменник-нагреватель с помощью завихрителя; подвод энергии к потоку жидкости в теплообменнике-нагревателе и нагрев ее до температуры, не превышающей температуру насыщения, которая соответствует давлению жидкости на выходе из теплообменника-нагревателя, закрутка потока и подача его в дроссельное устройство; адиабатное расширение нагретой среды в дроссельном устройстве с образованием двухфазного потока; закрутка двухфазного потока и подача его в теплообменник-испаритель; подвод энергии к двухфазному потоку до испарения жидкой фазы и нагрев газового потока до заданной температуры, что приводит к повышению надежности и экономичности процесса газификации криогенных жидкостей и устойчивой работы теплообменников без кавитации и кризисных явлений в его гидравлическом тракте.

На фиг. 1 представлена технологическая схема регазификатора-подогревателя газа.

На фиг. 2 представлена конструктивная схема теплообменника-нагревателя.

На фиг. 3 представлена конструктивная схема дроссельного устройства и теплообменника - испарителя с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта.

На фиг. 4 представлена конструктивная схема дроссельного устройства и теплообменника - испарителя с дискретно изменяющейся площадью гидравлического тракта.

Здесь: 1 - корпус регазификатора-подгревателя газа; 2 - перегородки; 3 - камера гидравлической арматуры; 4 - камера теплообменников; 5 - камера топливной арматуры; 6 - камера командных устройств; 7 - емкость регазифицируемой жидкости (жидкости); 8 - магистраль заправки; 9 - клапан предохранительный; 10 - датчик температуры (Т₀); 11 - датчик давления (Р₀); 12 - магистраль подачи жидкости; 13 - датчик температуры (T₁); 14 - насос; 15 - датчик расхода жидкости; 16 - датчик давления (P₁); 17 - теплообменник-нагреватель; 18 - датчик температуры (Т₂); 19 - датчик давления (Р₂); 20 - дроссельное устройство; 21 - теплообменник-испаритель; 22 - датчик давления (Р₃); 23 - датчик температуры (Т_В); 24 - датчик давления (Р_В); 25 - магистраль выхода; 26 - магистраль топливная; 27 - канал вентиляционный; 28 - вентиль-регулятор расхода топлива; 29 - датчик расхода топлива (G_T); 30 - горелочное устройство; 31 - дымовая труба; 32 - система управления; 33 - внешняя труба теплообменника-нагревателя 17; 34 - внутренняя труба теплообменника-нагревателя 17; 35 - заглушка теплообменника-нагревателя 17; 36 - входной патрубок теплообменника-нагревателя 17; 37 - выходной патрубок теплообменника-нагревателя 17; 38 - завихритель теплообменника-нагревателя 17, 39 - закручивающее устройство теплообменника-нагревателя 17, 40 - входной патрубок дроссельного устройства; 41 - корпус дроссельного устройства; 42 - дроссельный канал; 43 - центральное тело дроссельного устройства; 44 - сильфон дроссельного устройства; 45 - привод дроссельного устройства; 46 - входной патрубок теплообменника-испарителя 21; 47 - завихритель теплообменника-испарителя 21; 48 - выходной патрубок теплообменника-испарителя 21; 49 - внешняя труба теплообменника-испарителя 21; 50 - внутренняя труба теплообменника-испарителя 21 с плавно изменяющейся площадью гидравлического тракта; 51 - закручивающее устройство теплообменника-испарителя 21; 52 - заглушка теплообменника-испарителя 21; 53 - вставка направляющая теплообменника-испарителя 21; 54 - внутренняя труба (обечайка) теплообменника-испарителя с дискретно изменяющейся площадью гидравлического тракта; ОК - обратный клапан; (В₁, В₂, В₃) - вентили запорные.

Регазификатор-подогреватель газа содержит корпус 1, в котором посредством перегородок 2 образованы камера гидравлической арматуры 3, камера теплообменников 4, камера топливной арматуры 5, камера командных устройств 6 и емкость 7. Емкость 7 оснащена магистралью заправки 8, клапаном предохранительным 9, датчиком температуры (То) 10, датчиком давления (Ро) 11 и магистралью подачи жидкости 12 в регазификатор-подогреватель газа.

В камере гидравлической арматуры 3 в магистрали подачи жидкости 12 установлены: насос 14, датчики температуры (13, 18, 23) и давления (16, 19, 22, 24), дроссельное устройство 20, входные и выходные патрубки теплообменника-нагревателя 17, входные и выходные патрубки теплообменника-испарителя 21, магистраль выхода 25. Гидравлические магистрали, соединяющие теплообменник-нагреватель 17, дроссельное устройство 20 и теплообменник-испаритель 21 снабжены запорной арматурой и дренажными системами (на фиг. 1 не показаны).

В камере теплообменников 4 расположен, по меньшей мере, один теплообменник-нагреватель 17 (фиг. 2), состоящий из внешней трубы 33 с заглушкой 35, выходным патрубком 37 и внутренней трубы 34 с входным патрубком 36. Во входном патрубке 36 установлен завихритель 38, а во внешнем канале, образованном внешней 33 и внутренней 34 трубами установлено закручивающее устройство 39. В камере теплообменников 4 расположен также, по меньшей мере, один теплообменник-испаритель 21 (фиг. 1), дымовая труба 31. В случае установки двух и более теплообменников-нагревателей 17 и двух или более теплообменников-испарителей 21, они включаются в магистраль подачи жидкости 12 после насоса 14 параллельно и каждый теплообменник-нагреватель 17 имеет индивидуальное запорный вентиль, а теплообменник-испаритель 21 имеет индивидуальное дроссельное устройство 20.

В камере топливной арматуры 5 смонтирована магистраль топливная 26, в которой установлены: вентиль-регулятор расхода топлива 28, датчик расхода топлива (G_T) 29, горелочное устройство 30 и канал вентиляции 27.

В камере командных устройств 6 установлена система управления 32, которая соединена коммутирующими электрическими цепями с датчиками давления (11, 16, 19, 22, 24), датчиками температуры (10, 13, 18, 23), датчиками расхода (15, 29) и насосом 14. Все датчики (давления, температуры, расхода) имеют возможность вырабатывать электрический сигнал измерительной информации. Система управления 32 осуществляет контроль параметров процесса регазификации жидкости, управление производительностью насоса 14, расходом топлива в магистрали 26 и пропускной способностью дроссельного устройства 20 с помощью привода 45. Система управления 32 позволяет передавать информацию на вышестоящий уровень и получать и исполнять команды управления.

Магистраль подачи жидкости 12 соединяет емкость 7 с теплообменником-нагревателем 17 и далее с дроссельным устройством 20, теплообменником-испарителем 21 и магистралью выхода 25. В магистрали 12 перед теплообменником-нагревателем 17 установлены насос 14, датчик температуры (T₁) 13, датчик давления (P₁) 16 и датчик расхода жидкости 15. Теплообменник-нагреватель 17 выполнен в виде трубы «Фильда», труба в трубе, (фиг. 2) и состоит из внешней трубы 33, и внутренней трубы 34, заглушки 35, входного патрубка 36, выходного патрубка 37, завихрителя 38, установленного во входном патрубке 36 и закручивающего устройства 39, смонтированного на внутренней трубе 34. Устройство закручивающее 39 представляет собой лопаточный или шнековый завихритель и, кроме функции закрутки потока, создает «тепловой мост» между внешней трубой 33 и внутренней - 34. В гидравлической магистрали, соединяющей теплообменник-нагреватель 17 с дроссельным устройством 20 установлены датчик температуры (Т₂) 18, датчик давления (Р₂) 19. На выходе из дроссельного устройства 20 установлен датчик давления (Р₃) 22. Выходной патрубок 37 (фиг. 2) теплообменника-нагревателя 17 соединен гидравлической магистралью с дроссельным устройством 20. Дроссельное устройство 20 (фиг. 1) содержит входной патрубок 40 (фиг. 3), корпус 41, дроссельный канал 42, центральное тело 43, сильфон 44, привод 45 дроссельного устройства. Входной патрубок 40 установлен тангенциально относительно корпуса 41, что обеспечивает закрутку потока жидкости, поступающего в дроссельный канал 42, который имеет переменное сечение (например, сужающе-расширяющийся канал) или постоянное сечение. Центральное тело 43 имеет возможность поступательно перемещаться относительно оси дроссельного канала 42 с помощью привода 45, что позволяет изменять проходное сечение дроссельного канала 42 и, таким образом, изменять его пропускную способность. Герметичность внутренней полости корпуса 41 дроссельного устройства 20 относительно внешней среды обеспечивается сильфоном 44, который присоединен (приварен), с одной стороны к центральному телу 43, с другой к корпусу 41. Выход дроссельного устройства 20 соединен непосредственно с входным патрубком 46 теплообменника-испарителя 21.

Теплообменник-испаритель 21 выполнен по схеме труба «Фильда» с образованием внутреннего и внешнего каналов и содержит (фиг. 3) входной патрубок 46 с завихрителем 47 во внутреннем канале, выходной патрубок 48, внешнюю трубу 49, внутреннюю трубу 50, закручивающее устройство 51, заглушку 52, вставку направляющую 53. Внутренняя труба 50 образована конической или иной поверхностью, обеспечивающей плавное увеличение площади гидравлического тракта теплообменника-испарителя 21 (фиг. 3). Возможно дискретное изменение площади гидравлического тракта теплообменника-испарителя 21 (фиг. 4), образованного двумя или более внутренними обечайками 54, площади проходных сечений которых изменяются (увеличиваются) дискретно. На внутренней трубе 50 (фиг. 3) и внутренней обечайке 54 (фиг. 4) во внешнем канале установлено закручивающее устройство 51, которое представляет собой лопаточный или шнековый завихритель. Закручивающее устройство 51 предназначено для закрутки потока во внешнем канале гидравлического тракта теплообменника-испарителя 21 и одновременно выполняет функцию «теплового моста» между внешней трубой 49 и внутренней трубой 50 (фиг. 3) или внутренней обечайкой 54 (фиг. 4). Выходной патрубок 48 присоединен к внешней трубе 49 теплообменника-испарителя 21 тангенциально (фиг. 3), что позволяет поддерживать радиальную составляющую скорости потока, создаваемую закручивающим устройством 51 в гидравлическом тракте теплообменника-испарителя 21.

Регазификатор-подогреватель газа работает следующим образом. В исходном состоянии в емкости 7 находится жидкость, подлежащая регазификации. Температура Т₀ и давление Р₀ жидкости в емкости 7 контролируются датчиками 10 и 11. Вентиль В₃ находится в положении «закрыто», вентили B₁ и В₂ находятся в положении «открыто». Для обеспечения безопасной работы регазификатора-подогревателя газа емкость 7 оснащена предохранительным клапаном 9, а в магистрали подачи жидкости 12 установлен обратный клапан ОК, предотвращающий попадание жидкости из гидравлических магистралей регазификатора, обратно в емкость 7.

Жидкость из емкости 7 забирается насосом 14 и под давлением Р₁, большим Р₀, поступает по магистрали 12 во внутренний канал теплообменника-нагревателя 17. Давление P₁, температура T₁ жидкости на входе в теплообменник-нагреватель 17 измеряются датчиками 13 и 16, а расход жидкости, поступающей в теплообменник-нагреватель 17, датчиком расхода 15. Во входном патрубке 36 теплообменника-нагревателя 17 (фиг. 2) установлен завихритель 38, который закручивает поток, движущийся во внутреннем канале теплообменника-нагревателя 17. На вы ходе из внутреннего канала теплообменника-нагревателя 17 поток разворачивается, движется по внешнему каналу, образованному внешней трубой 33 и внутренней трубой 34 (фиг. 3) и далее жидкость поступает в выходной патрубок 37. Во внешнем канале установлено закручивающее устройство 39. Протяженность закручивающего устройства 39 может занимать как часть, так и всю длину внешнего канала. Завихритель 38 и закручивающее устройство 39 придают потоку в гидравлических трактах теплообменника-нагревателя 17 радиальную составляющую, что приводит к перемешиванию потока и интенсификации процесса теплопередачи. Кроме этого, для снижения термического сопротивления теплопередачи, закручивающее устройство 39 изготавливается из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и образует «тепловой мост» между внешней трубой 33 и внутренней трубой 34 и увеличивает поверхность теплоотдачи. Вследствие подвода тепла от горячих дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в камере 4 теплообменников (фиг. 1), температура жидкости в гидравлическом тракте теплообменника-нагревателя 17 увеличивается от T₁ до Т₂. Температура Т₂ и давление Р₂ жидкости после теплообменника-нагревателя 17 контролируются датчиками 18 и 19. Система управления 32 обеспечивает режим работы регазификатора-подогревателя газа, при котором температура жидкости Т₂ после теплообменника - нагревателя 17 не превышает температуру насыщения T_S, соответствующую давлению жидкости Р₂, Т₂≤Ts(P₂). Таким образом в теплообменнике - нагревателе 17 реализуется турбулентный режим течения капельной жидкости без фазовых переходов и кавитации, характеризующийся очень высокими коэффициентами теплоотдачи α≈3000…6000 [Вт/м² К], что позволяет осуществлять нагрев жидкости в компактных теплообменниках (А.А. Жукаускас. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982, стр. 158).

Нагретая в теплообменнике-нагревателе 17, жидкость поступает в дроссельное устройство 20 (фиг. 1), где срабатывается определенный перепад давлений, соответствующий наступлению критического режима течения. Критический режим течения наступает при отношении давлений (Р₃/Р₂)≤0,5…0,55 (Накорчевский А.И., Гулый С.И. Уточнение наступления критических режимов при истечении вскипающих жидкостей. // Пром. теплотехника, 1992, N 4, с. 73-76. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. - М: Энергоиздат, 1981. стр. 391). При реализации критического или сверхкритического режима течения расход жидкости через дроссельный канал 42 не зависит от вариаций противодавления (Р₃), при этом в тракте дроссельного канала 42 образуется двухфазный парожидкостный поток. Необходимым и достаточным условием образования двухфазного потока на выходе из дроссельного устройства 20 является выполнение требования: давление Р₃ на выходе из канала 42 дроссельного устройства 20 должно быть меньше или равно давлению насыщения, соответствующего температуре Т₂, Р₃≤Ps(T₂). Жидкость в дроссельное устройство 20 поступает через входной патрубок 40 (фиг. 3), который обеспечивает тангенциальный ввод жидкости в корпус 41 дроссельного устройства 20. Из полости корпуса 41 жидкость поступает в дроссельный канал 42. В корпусе 41 дроссельного устройства 20 установлено центральное тело 43, перемещение которого осуществляет привод 45. Перемещение центрального тела 43 изменяет проходное сечение дроссельного канала 42 и позволяет изменять (регулировать) расход жидкости через дроссельное устройство 20 по команде системы управления 32 (фиг. 1). В дроссельном канале 42, вследствие падения давления Р₃ до величины Р₃≤P_S(T₂) образуется двухфазный парожидкостный поток, который направляется в входной патрубок 46 теплообменника-испарителя 21 (фиг. 3). Во входном патрубке 46 теплообменника-испарителя 21 установлен завихритель 47, который осуществляет закрутку двухфазного потока. Далее двухфазный поток поступает во внутренний канал гидравлического тракта теплообменника-испарителя 21, образованный внутренней трубой 50 с плавно увеличивающейся площадью гидравлического тракта (фиг. 3) или в канал, образованный внутренней трубой 54 теплообменника-испарителя 21 с дискретно увеличивающейся площадью гидравлического тракта (фиг. 4). Двухфазный поток из внутреннего канала теплообменника-испарителя 21 с помощью направляющей вставки 53, разворачивается и попадает во внешний канал теплообменника-испарителя 21, образованный его внешней 49 и внутренней 50 трубами (фиг. 3) или внутренней обечайкой 54 с дискретно увеличивающейся площадью гидравлического тракта (фиг. 4). Во внешнем канале теплообменника-испарителя 21 установлено закручивающее устройство 51. Направляющие лопатки закручивающего устройства 51 выполняются из материала с высокой теплопроводностью и, одновременно с закруткой потока, выполняют функцию теплового моста между внешней трубой 49 теплообменника-испарителя 21 и его внутренней трубой 50 (фиг. 3) или обечайкой 54 (фиг. 4).

Теплообменник-испаритель 21 (фиг. 3 и фиг. 4) выполнен по схеме трубы «Фильда». В гидравлическом тракте теплообменника-испарителя 21 (как во внутреннем, так и внешнем каналах) движется закрученный парожидкостный поток, что способствует высокому совершенству тепло- и массообменных процессов в теплообменнике-испарителе 21. Это обусловлено дрейфом тяжелой (жидкой) фазы к стенкам канала и образованием на стенках канала жидкой пленки и, тем самым, реализации высоких коэффициентов теплоотдачи. При движении парожидкостной среды во внешнем канале теплообменника испарителя 21 наряду с дрейфом жидкости к стенкам внешней трубы 49, происходит дрейф (оттеснение) паровой фазы к внешней стенке внутренней трубы 50 (фиг. 3) или 54 (фиг. 4), которая имеет более низкую температуру по сравнению с температурой паровой фазы. Этот эффект способствует интенсификации теплопередачи, поскольку на более холодной стенке внутренней трубы 50 (фиг. 3) или 54 (фиг. 4), по сравнению со стенкой внешней трубы 49, будет происходить конденсация паровой фазы, обеспечивающая высокий коэффициент теплоотдачи, а, следовательно, и высокое совершенство процессов теплопередачи от внешнего источника тепла (дымовых газов) к парожидкостному потоку. Указанные эффекты имеют место, например, в тепловых трубах (Г. А. Мухачев, В.К. Щукин. Термодинамика и теплопередача. Учебн для авиационных ВУЗов. М.: Высшая школа. 1991, стр. 437-441).

В предлагаемом регазификаторе-подогревателе газа процесс перевода жидкой фазы в газовую осуществляется поэтапно. На первом этапе осуществляется нагрев жидкости до температуры, не превышающей температуру насыщения, соответствующую давлению жидкости, этот процесс осуществляется в теплообменнике-нагревателе 17 (фиг. 1). На втором этапе осуществляется дросселирование жидкости с реализацией критического или сверхкритического режима течения и образование двухфазного парожидкостного потока. Этот процесс осуществляется в дроссельном устройстве 20. На третьем этапе осуществляется подвод тепла к двухфазному потоку до полного испарения жидкой фазы и нагрев газа до требуемой температуры (Т_В). Этот процесс осуществляется в теплообменнике-испарителе 21.

Пропускная способность гидравлического тракта регазификатора будет определяться условиями работы дроссельного устройства 20 (фиг. 1). Поскольку дроссельное устройство 20 работает в условии критического или сверхкритического перепада давлений, то расход через него будет определяться площадью проходного сечения дроссельного канала 42 (фиг. 3) и параметрами жидкости перед дроссельным каналом 42 (давлением и температурой) и не будет зависеть от вариаций давления (Р₃) за дроссельным каналом 42 (Накорчевский А.И., Гулый С.И. Уточнение наступления критических режимов при истечении вскипающих жидкостей. // Пром. теплотехника, 1992, N 4, с. 73-76). Давление жидкости перед дроссельным каналом 42 задается (регулируется) насосом 14, установленным в магистрали подачи жидкого рабочего тела 12 (фиг. 1). Температура жидкости (Т₂) перед дроссельным устройством 20 зависит от количества тепла, подводимого к жидкости в теплообменнике-нагревателе 17, которое, в свою очередь, определяется количеством топлива, поступающего в горелочное устройство 30 из топливной магистрали 26. Подача топлива в горелочное устройство 30 задается (управляется) регулятором расхода топлива 28 и контролируется датчиком расхода топлива 29. Проходное сечение дроссельного канала 42 задается (регулируется) перемещением центрального тела 43 (фиг. 1) относительно дроссельного канала 42. Если при определенном (заданном) расходе жидкости G_Ж, который контролируется датчиком 15, температура Т₂ на выходе из теплообменника-нагревателя 17 превышает температуру насыщения, соответствующую Р₂, то с помощью насоса 14 поднимают давление в магистрали подачи жидкости 12 и одновременно уменьшают площадь проходного сечения дроссельного канала 42 (фиг. 3) путем перемещения центрального тела 43. Регулирование расхода, режима течения жидкости в теплообменнике-нагревателе и количества тепла подводимого к регазифицируемой жидкости обеспечивают заданную производительность регазификатора и параметры газа на выходе и регазификатора-подогревателя газа.

Поэтапное выполнение процесса преобразования жидкости в пар в функциональных элементах регазификатора-подогреваетеля газа позволяет исключить такие явления, как пульсации давления и расхода газа, кризиса теплоотдачи, характерного для устройств, в которых нагрев и испарение жидкости осуществляется в едином гидравлическом тракте, избавиться от кавитационных режимов течения жидкости в гидравлических трактах теплообменного оборудования, обеспечить надежное, легко осуществляемое, регулирование производительности и параметров газа, поступающего в магистраль выхода. Таким образом, повышается надежность работы регазификатора-подогревателя газа и расширяются его функциональные возможности.

Claims

1. Регазификатор-подогреватель газа, содержащий горелочное устройство, дымовую трубу, по меньшей мере, один теплообменник-нагреватель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, соответственно обращенных в сторону горелочного устройства, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом внутренний канал сообщен с магистралью подачи регазифицируемой жидкости, а внешний канал с патрубком выхода, отличающийся тем, что включает в себя, по меньшей мере, один теплообменник-испаритель, состоящий из двух труб - внешней с глухим концом и внутренней с открытым концом, и образующих внешний и внутренний каналы, при этом внешний канал теплообменника-испарителя сообщен с магистралью выхода газа, а патрубок выхода теплообменника-нагревателя сообщен через дроссельное устройство с внутренним каналом теплообменника-испарителя.

2. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что и в теплообменике-нагревателе, и в теплообменике-испарителе на входе во внутренний канал установлен завихритель, а во внешнем канале между внешней и внутренней трубами установлено закручивающее устройство.

3. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что канал, образованный внутренней и внешней трубами, теплообменника-испарителя, выполнен с плавно изменяющейся площадью проходного сечения.

4. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что канал, образованный внутренней и внешней трубами, теплообменника-испарителя выполнен с дискретно изменяющейся площадью проходного сечения.

5. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что в теплообменнике-испарителе на выходе из внутреннего канала установлена направляющая вставка.

6. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что в теплообменнике-испарителе выход из внешнего канала выполнен тангенциальным.

7. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что дроссельное устройство имеет регулятор расхода жидкости.

8. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что вход в дроссельное устройство выполнен тангенциальным.

9. Регазификатор-подогреватель газа по п. 1, отличающийся тем, что регазификатор-подогреватель снабжен средствами измерения температуры, давления и расхода жидкости и системой управления расходом жидкости и топлива.