Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе



Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе
Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе
Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе
Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе
Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе

 


Владельцы патента RU 2439427:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)

Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе относится к трубопроводному транспорту газа и может быть использовано на магистральных газопроводах, на шлейфах и коллекторах газовых месторождений для утилизации конденсата. Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе включает трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена выполнен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем канале и соединенный с наполнительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, при этом в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале, а на наружных поверхностях наклонных участков трубопровода и соединительного колена выполнены винтообразные канавки, профиль которых имеет вид «ласточкина хвоста». Соединительное колено выполнено из биметалла, причем материал биметалла со стороны винтообразных канавок имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла с внутренней поверхности соединительного колена. Технический результат - повышение эффективности предотвращения образования конденсатных пробок и улучшение эксплуатации газопровода в изменяющихся погодно-климатических условиях со снижением аэродинамического сопротивления. 5 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту газа и может быть использовано на магистральных газопроводах, на шлейфах и коллекторах газовых месторождений для утилизации конденсата.

Известно устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе (см. патент РФ №2316692 МПК F17D 1/02, 2006, бюл. №4), включающее собственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена размещен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем канале и соединенный с накопительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, при этом в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале.

Недостатком технического решения является неполное использование теплоты конденсации парообразной влаги в полостях охватывающего и воронкообразного охватывающего каналов из-за витания капелек конденсата, который получается из сконденсировавшегося пара на внешней поверхности наклонных участков, что значительно снижает коэффициент теплоотдачи и соответственно прогрев внешней поверхности соединительного колена, а это в конечном итоге увеличивает вероятность аварийных ситуаций, т.е. полностью не устраняет возможность образования конденсатных пробок.

Известно устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе (см. патент РФ №2378564 МПК F17D 1/02, 2008), включающее собственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена выполнен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем канале и соединенный с накопительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, при этом в накопительной части емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале, на наружных поверхностях наклонных участков и соединительного колена выполнены винтообразные канавки, профиль которых имеет вид «ласточкин хвост».

Недостатком данного устройства является образование зон налипания фракций углеводородов как при капельной, так и, преимущественно, при пленочной конденсации, что не только увеличивает гидравлическое сопротивление движению сконденсировавшегося потока по наружной поверхности соединительного колена, но и приводит к резкому снижению количества теплоты, передаваемого теплопроводностью и конвекцией внешним поверхностям восходящего и нисходящего участков газопроводов, размещенных в охватывающем канале, а это не устраняет вероятность аварийных ситуаций и приводит к дополнительным энергозатратам на транспортировку газа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности поддержания в условиях отрицательных температур окружающей среды температурного режима в наклонных участках трубопровода и соединительного колена за счет устранения образования налипания фракций углеводорода на внешнюю поверхность соединительного колена путем непрерывного их стряхивания в полость охватывающего канала за счет создания постоянных термовибраций при выполнении соединительного с винтообразными канавками с профилем в виде «ласточкина хвоста» из биметалла, что увеличивает количество теплоты, передаваемое теплопроводностью и конвекцией транспортируемому газу.

Технический результат по поддержанию соответствующего температурного режима при эффективном использовании теплоты фазового перехода достигается в устройстве для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе, включающем соответственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена выполнен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем колене и соединенный с накопительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, причем в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале, при этом на наружных поверхностях наклонных участков и соединительного колена выполнены винтообразные канавки, профиль которых имеет вид «ласточкиного хвоста», причем соединительное колено выполнено из биметалла, при этом материал биметалла со стороны винтообразных канавок имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла с внутренней поверхности соединительного колена.

На фиг.1 изображен рельефный участок газопровода, на фиг.2 - внешняя поверхность нисходящего участка газопровода с винтообразными канавками, на фиг.3 - внешняя поверхность соединительного колена из биметалла с винтообразными канавками, на фиг.4 - внешняя поверхность восходящего участка газопровода с винтообразными канавками, на фиг.5 - профиль винтообразной канавки в виде «ласточкина хвоста» из биметалла соединительного колена.

Устройство состоит из наклонных восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3, которые размещены в охватывающем канале 4. В нижней части соединительного колена 3 выполнен сливной конденсатопровод 5, расположенный в воронкообразном охватывающем канале 6, и соединен с накопительной емкостью 7, при этом в накопительной емкости 7 размещен трубопровод отвода конденсата 8, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале 9 и имеющий вентиль 10 для сбора конденсата. На наружной поверхности 11 нисходящего участка 2 выполнены винтообразные канавки 12, на наружной поверхности 13 соединительного колена 3 выполнены винтообразные канавки 14, на наружной поверхности 15 восходящего участка 1 газопровода выполнены винтообразные канавки 16, при этом профиль винтообразных канавок 12, 14, 16 имеет вид «ласточкина хвоста». Соединительное колено 3 выполнено из биметалла 17, причем материал 18 биметалла 17 со стороны винтообразных канавок 14 имеет коэффициент теплопроводности (алюминий с коэффициентом теплопроводности 204 Вт/(м·гр), (см., например, стр.312, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: 1980 - 469 с., ил.) в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности 85 Вт/(м·гр) (см. стр.312, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: 1980-469 с., ил.) материала 19 биметалла 17 со стороны внутренней поверхности 20 соединительного колена 3.

Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе работает следующим образом.

Наиболее опасными участками в части образования конденсатных пробок и замерзания конденсата является его восходящий участок 1, соединительное колено 3. Для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе необходимо непрерывное удаление конденсата, а для устранения замерзания его осуществляется соответствующее поддержание температурного режима. Конденсат, образующийся в восходящем 1 и нисходящем 2 участках за счет охлаждения стенок в промерзлом грунте, стекает под действием силы тяжести по соединительному колену 3 через сливной конденсатопровод 5 в накопительную емкость 7, которая расположена ниже уровня промерзания грунта. В результате этого конденсат нагревается (соединительное колено 3 находится в зоне промерзания грунта) и легкокипящая фракция углеводородов, входящая в состав транспортируемого газа, испаряется и через воронкообразный охватывающий канал 6 поступает в охватывающий канал 4 газопровода. При этом пары конденсата, перемещаясь по охватывающему каналу 4, контактируют с внешней поверхностью соединительного колена 3, восходящего 1 и нисходящего 2 и постепенно конденсируются, выделяя при этом теплоту фазового перехода.

Мелкодисперсные капельки конденсата отрываются от внешней поверхности нисходящего 2 и восходящего 1 участков соединительного колена 3 и под действием силы тяжести устремляются в накопительную емкость 7. В результате воздействия на мелкодисперсные капельки конденсата потока испаряющейся легкокипящей фракции углеводородов наблюдается «витание» этих капелек и испарение их под воздействием теплоты поднимающегося из накопительной емкости 7 потока пара легкокипящей фракции. Известно, что коэффициент теплоотдачи в процессе капельной конденсации в 10-15 раз превышает коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации (см., например, стр.398, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: 1980-469 с., ил.), а это приводит к тому, что в данном конденсатно-испарительном процессе основной теплообмен происходит не на поверхности охватывающего канала 4 и воронкообразного канала 6, а в полости между внутренней поверхностью охватывающего канала 4, воронкообразного охватывающего канала 6 и наружными поверхностями восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3. В результате температурный градиент конденсата транспортируемого газа, образующегося в восходящем 1 и нисходящем 2 участках газопровода, уменьшается, стремясь к значениям, при которых может наступить его замерзание и соответственно образование конденсатных пробок, т.к. практически отсутствует передача теплоты от как фазового перехода при испарении мелкодисперсных капелек, так и конденсации пара легкокипящей фракции углеводородов к наружной поверхности восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода, т.е. данная теплота преимущественно рассеивается в полости между внутренней поверхностью охватывающего канала 4, воронкообразного охватывающего канала 6 и наружными поверхностями восходящего 1, нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3.

В процессе контакта паров легкокипящей фракции углеводородов, входящих в состав транспортируемого газа, которая в виде конденсата поступает в накопительную емкость 7, с наружной поверхностью 11 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода образуется мелкодисперсные капли конденсата, которые, перемещаясь под действием центробежных сил, закручиваются в винтообразных канавках 12, коагулируют и образуют конденсатную пленку. Одновременно на наружной поверхности 15 восходящего 1 участка газопровода конденсируются также пары, поступающие из накопительной емкости 7, которая расположена ниже уровня промерзания грунта, и в виде мелкодисперсных капелек конденсата закручиваются в винтообразных канавках 16 и образуют конденсатную пленку. В результате наблюдается процесс, концентрированный на внешних поверхностях 11 и 15 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода, и теплота фазового перехода полностью посредством тепломассообмена и теплопроводности и последующей конвекции поступает к транспортируемому газу, т.к. выполнение винтообразных канавок 12 и 16 с профилем в виде «ласточкина хвоста» практически устраняет выпадение конденсата в полость между наружными поверхностями 11 и 15 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода и внутренней поверхностью охватывающего канала 4, т.е. в данном случае отсутствует рассеивание теплоты фазового перехода. Из-за наличия шероховатостей на внутренней поверхности 20 соединительного колена 3 фракции углеводородов, обладая более высокой вязкостью, чем конденсирующаяся из паров вода, налипают, образуя очаги нарастания загрязнений, что приводит к резкому возрастанию аэродинамического сопротивления движению газа как по восходящему 1 и нисходящему 2 участкам, так и магистральному газопроводу в целом, а это соответствует дополнительным энергозатратам при транспортировке газа. Для устранения данного явления соединительное колено 3 выполняется из биметалла 17, тогда при перемещении конденсата из легкокипящей фракции углеводородов во внутренней полости винтообразных канавок 14 теплота с более высокой температурой передается материалу 18, а одновременно с этим материалу 19 биметалла 17 передается теплота с меньшей температурой процесса конденсации влаги, образующейся в нисходящем 2 и восходящем 1 участках газопровода. В результате образуется разница температур от 5 и более градусов и соответственно температурный градиент по толщине соединительного колена 3 образует термовибрации (см., например, Дмитриев В.П. Биметаллы, Пермь, 1991-438 с., ил.), которые практически исключают процесс налипания на материале 19 биметалла 17. При этом термовибрации материала 18 со стороны винтообразных канавок 14, особенно в полости в виде «ласточкина хвоста», интенсифицируют теплообмен, т.к. перемещение конденсирующейся массы по вибрирующей поверхности устраняет образование по объему конденсата на паровой прослой, на порядок снижающий теплоту фазового перехода (см., например, Кубателадзе С.С. Основы теории теплообмена, Новосибирск, 1990-548 с., ил.) и, как следствие, улучшает эффективную передачу теплоты транспортируемому газу, т.е. сопутствует предотвращению образования конденсатных пробок в газопроводе.

Собираемая в винтообразных канавках 12 и 16 конденсатная пленка под действием силы тяжести поступает в винтообразные канавки 14, расположенные на внутренней поверхности 13 соединительного колена 3, отдает оставшуюся часть теплоты фазового перехода сливному конденсатопроводу 5 и поступает в накопительную емкость 7, где закипает, т.к. в нее входит легкокипящая фракция углеводородов и цикл интенсификации тепломассообмена с поддержанием температурного режима путем эффективной передачи теплоты транспортируемому газу повторится. При этом обогрев трубопровода отвода конденсата 8 проходит аналогично в процессе конденсации паров жидкости в вертикальном охватывающем канале 9. Если наблюдается значительное накопление конденсата в емкости 7, то осуществляется его удаление посредством открытия вентиля 10 через трубопровод отвода конденсата 8. Процесс удаления конденсата из емкости осуществляется как вручную, так и автоматически, на фиг. не показано.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что предотвращение замерзания конденсата достигается без дополнительных энергозатрат на поддержание соответствующего температурного режима в условиях отрицательных температур окружающей газопровод среды, а за счет устранения налипания конденсирующихся фракций углеводородов и наблюдаемого последующего образования зон дополнительного термического сопротивления передачи теплоты фазового перехода транспортируемому газу путем выполнения соединительного колена из биметалла таким образом, что материал биметалла со стороны винтообразных канавок профилем в виде «ласточкина хвоста» имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны внутренней поверхности соединительного колена, а это в конечном итоге повышает эффективность предотвращения образования конденсатных пробок и улучшает эксплуатацию газопровода в изменяющихся погодно-климатических условиях со снижением аэродинамического сопротивления и соответственно энергозатрат на транспортирование природного газа.

Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе, включающее собственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена выполнен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем канале и соединенный с наполнительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, при этом в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале, а на наружных поверхностях наклонных участков трубопровода и соединительного колена выполнены винтообразные канавки, профиль которых имеет вид ласточкина хвоста, отличающееся тем, что соединительное колено выполнено из биметалла, причем материал биметалла со стороны винтообразных канавок имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла с внутренней поверхности соединительного колена.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области транспортировки гелия и углеводородной продукции от месторождений потребителям. .

Изобретение относится к транспортировке природного газа по магистральным газопроводам (далее МГ) и может быть использовано при капитальных ремонтах МГ с целью откачки газа из отключенного участка МГ для проведения ремонтных работ.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно транспортировке природного газа. .

Изобретение относится к области газодобывающей промышленности и может быть использовано для перекачки газа при проведении ремонтных и профилактических работ на магистральных газопроводах.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту газа и может быть использовано на магистральных газопроводах, на шлейфах и коллекторах газовых месторождений для утилизации конденсата.

Изобретение относится к топливно-энергетическому комплексу. .

Изобретение относится к способам низкотемпературной подготовки многокомпонентных углеводородных газов путем выделения конденсируемых паров воды и жидких углеводородов при температуре минус 50-60°С.

Изобретение относится к области транспорта газа. .

Изобретение относится к устройствам для распределения газового потока, вводимого в аппарат, и может быть использовано в аппарате для очистки газа от твердых частиц, сушильных установках, приточной вентиляции.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к системам утилизации и использования попутных нефтяных и сырых природных газов в энергетике

Изобретение относится к области транспортировки гелия и других газов от месторождений удаленным потребителям

Изобретение относится к системам введения ингибирующих веществ в газопроводы и может быть использовано при ингибировании образования гидратов газа в трубопроводе, применяемом для транспортирования газообразных углеводородов

Изобретение относится к способам газоснабжения городов и населенных пунктов с использованием морских танкеров-газовозов

Изобретение относится к очистке газов и может быть использовано для очистки газов в системах газоснабжения, а именно для очистки газа и удаления конденсата водяных паров и углеводородов

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для транспортировки газа по магистральным газопроводам, а также к электротехнической промышленности для передачи электроэнергии

Изобретение относится к области транспортировки гелия и природного газа от месторождений потребителям. Удаленным потребителям общий поток добываемого с месторождения гелиесодержащего природного газа до транспортировки его в двухниточный магистральный газопровод направляют на установку для комплексной подготовки газа с последующим разделением его на два потока. Один поток по одной нитке газопровода направляют на технологические установки для производства гелиевого концентрата, из которых выделенный гелиевый концентрат в полном объеме закачивают в гелиехранилища, а очищенный от гелия товарный природный газ транспортируют по газопроводу потребителям. Второй поток транзитом транспортируют по другой нитке газопровода непосредственно на газоперерабатывающий завод конечного потребителя по производству, хранению и реализации чистого гелия, товарного природного газа и продуктов газохимии. Техническим результатом является повышение эффективности и надежности способа транспортировки природного гелиесодержащего газа от месторождений до удаленного потребителя. 1 ил.

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям транспорта газа и может быть использовано при создании автоматизированной системы управления технологическим процессом магистрального газопровода на компрессорных станциях. Температура и давление компримированного газа на выходе всех компрессорных станций в начале каждого линейного участка магистрального газопровода измеряют и автоматически регулируют из условия поддержания их на оптимальном уровне в соответствии с заданными значениями и величинами возмущающих внешних воздействий, действующих на параметры потока газа в трубопроводе. Техническим результатом является повышение энергоэффективности транспорта газа. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Газово-поршневой электрогенератор, состоящий из двигателя (11) с низкой газовой концентрацией менее 30%, электрогенератора (12), системы (1) доставки мелкодисперсной водяной пыли, устройства (2) для охлаждения испарителя воды, электрического перекидного клапана (3), клапана-регулятора (4) давления, смесителя (5), температурного контроллера (6), переключателя датчика (7) тепловой нагрузки, камеры (8) сгорания газового двигателя, воздушного фильтра (9) и клапана (10) регулятора скорости. Система (1) доставки мелкодисперсной водяной пыли последовательно соединена с устройством (2) для охлаждения испарителя воды, электрическим перекидным клапаном (3) и двигателем (11). Клапан-регулятор (4) давления, смеситель (5), воздушный фильтр (9), клапан (10) регулировки скорости, переключатель датчика (7) тепловой нагрузки, камера (8) сгорания газового двигателя соединены с двигателем (11). Температурный контроллер (6) соединен электрической цепью со смесителем (5) и переключателем датчика (7) тепловой нагрузки. Электрогенератор (12) соединен с двигателем (11). Технический результат заключается в полном использовании угольного газа и снижении выбросов парниковых газов. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх