Установка для получения талой воды за счёт утилизации холода сжиженного природного газа

Установка для получения талой воды, источником которой является водяной лед, получаемый за счет утилизации холода сжиженного природного газа, содержит две пары последовательно установленных теплообменников с теплопередающими поверхностями, которые образованы рядом гофрированных панелей с каналами для сжиженного природного газа, вентили подачи воды в теплообменники, вентили подачи сжиженного природного газа в каналы теплопередающих панелей для замораживания воды и вентили для подачи греющего газа в каналы теплопередающих панелей для регулирования переключения соответствующей пары теплообменников с режима намораживания льда на режим таяния. Использование данной установки позволяет применять для охлаждения на наружной поверхности панелей части воды и получение затем из натопленного льда талой воды охлаждением панелей за счет утилизации холода сжиженного газа. 1 ил.

 

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике и может быть использовано для регазификации небольших объемов сжиженного природного газа (СПГ).

Источником получения талой воды является водный лед, получаемый в результате замораживания части воды, находящейся в теплообменном аппарате, охлаждаемом хладоагентом.

Примером установки для получения талой воды может быть установка в виде льдогенератора цилиндрического льда [1]. Основным элементом такой установки является вертикальный кожухотрубный аппарат, в межтрубном пространстве которого кипит хладоагент (или циркулирующий холодный рассол). Часть воды, поступающей в трубное пространство и движущейся по трубам сверху вниз, замерзает и отлагается в виде льда на внутренней поверхности труб, а оставшаяся незамерзшая часть стекает в поддон и затем в водораспределительное устройство. Таким образом, в трубках получают полые или сплошные цилиндры льда на всю высоту труб. По окончанию процесса намораживания льда производится его оттаивание и ледяные цилиндры удаляются из трубок льдогенератора.

Однако недостатком данной установки является то, что для ее работы необходима холодильная установка, обеспечивающая необходимое понижение температуры воды, поступающей в трубное пространство вымораживателя. Кроме того, оптимальная толщина цилиндрического льда составляет всего 4-6 мм.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной установке является установка в виде криогенной ледяной платформы-газификатора, предназначенной для создания ледяного блока или использования для замораживания воды в слабых грунтах [2].

Эта установка выполнена в виде криогенной ледяной платформы-газификатора, на которой располагается криогенная емкость с жидким азотом, трубопроводы, жидкостный азотный насос, теплообменные элементы, закрытые защитной оболочкой, детандер и щит платформы.

Жидкий азот из емкости забирается жидкостным насосом и давление азота повышается до 1,5-2 МПа и затем азот под давлением поступает в теплообменные элементы, размещенные во внутреннем пространстве защитных оболочек, заполненных водой.

После регазификации газообразный азот поступает в детандер, где расширяется, температура азота понижается, и он повторно направляется в теплообменные элементы, из которых после подогрева выбрасывается в атмосферу. Процесс замораживания воды внутри защитных оболочек продолжается до получения ледяного монолита внутри оболочек, т.е. получения ледяной опорной колонны.

К недостатку этой установки относится то, что в ее системе используется жидкостный криогенный насос и детандер.

Кроме этого рабочим криопродуктом является жидкий азот. Это вызывает необходимость иметь либо воздухоразделительную установку (ВРУ) для получения жидкого азота, либо привозить его с предприятия, получающего жидкий азот.

Одним из возможных видов хладагента, который предлагается использовать в способе [3] получения талой воды, может стать СПГ.

Задача, на которую направлено изобретение, - разработать установку непрерывного действия, работа которой будет основана на утилизации холода сжиженного природного газа при его регазификации.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного устройства, заключается в применении для охлаждения и вымораживания на наружной поверхности панелей части воды и получения затем из растопленного льда талой воды охлаждением панелей за счет утилизации холода сжиженного природного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке применяются две пары последовательно соединенных теплообменников-вымораживателей с высокоэффективными теплообменными поверхностями в виде гофрированных панелей, во внутренние каналы которых поступает СПГ.

Достижению данного технического результата способствует то, что в установке получения талой воды, содержащей две пары последовательно установленных теплообменников-вымораживателей, СПГ поступает периодически только через одну из пар, при этом в каждом из теплообменников-вымораживателей после образования 0,3-0,5 от объема, заполненного водой, льда происходит переключение на вторую пару теплообменников-вымораживателей, а из первых сливается незамерзшая вода и они работают в режиме отогрева, при котором их них сливается талая вода, полученная из растаявшего льда.

В состав установки для получении талой воды, показанной на рис.1, входят трубопроводы 11 и 16 для ввода в установку СПГ и вывода потока регазифицированного СПГ, вентили 12 и 13 подачи СПГ в теплообменники-вымораживатели, теплообменники-вымораживатели 6-9 с теплопередающими панелями 10 во внутреннем объеме, вентили 14 и 17 выхода из теплообменников-вымораживателей потоков регазифицированного СПГ, вентили 2-5 подачи в теплообменники-вымораживатели воды, подводимой по линии 1, вентили 18, 19, 21 и 24 для отвода незамерзшей воды из теплообменников 6-9 по линии 20, линии 22 и 32 потока греющего газа на входе в теплообменники 6-9 и выходе из них с вентилями 23, 25, 15, 26, линия слива талой воды 29 с вентилями 27, 28, 30, 31.

Установка для получения талой воды работает следующим образом: по линии 1 через открытые вентили 2-5 производится подача воды во внутреннее пространство теплообменников-вымораживателей 6-9 между панелями 10, расположенными в каждом из теплообменных аппаратов 6-9.

Затем по линии 11 при закрытом вентиле 13 через открытый вентиль 12 подается во внутреннее пространство панелей теплообменника 7 СПГ, который кипит в этом теплообменнике, охлаждая находящуюся в нем воду и частично превращая ее в лед. Пары испарившегося СПГ затем поступают в панели теплообменника 9, на внешней поверхности также происходит намораживание льда, и по выходу из этих панелей через открытый вентиль 14 при закрытом вентиле 15 по линии 16 поступают потребителю природного газа.

После замораживания в теплообменниках-вымораживателях 7 и 9 необходимого объема воды подача СПГ через вентиль 12 прекращается, он закрывается и открывается вентиль 13 подачи СПГ в теплообменники 6 и 8 при открытом вентиле 17. Открываются вентили 18 и 21 и при закрытых вентилях 19 и 24 по линии 20 производится слив незамерзшей воды.

Теплообменники 6 и 8 начинают работать в режиме замораживания воды, а в теплообменники-вымораживатели 7 и 9 по линии 22 подается поток греющего газа, который при открытом вентиле 23 и закрытом вентиле 25 поступает во внутреннее пространство панелей, последовательно проходит через панели теплообменников 7 и 9 и через открытый вентиль 15 выводится по линии 32. Вентили 25 и 26 при этом закрыты.

По мере прохождения греющего потока газа через внутреннее пространство панелей лед, образовавшийся на наружной поверхности панелей теплообменников-вымораживателей 7 и 9, растапливается и образовавшаяся талая вода сливается через вентили 27 и 28 при закрытых вентилях 30 и 31 и по линии 29 выводится из установки.

В дальнейшем процессы, проходящие в теплообменниках-вымораживателях 6 и 8 повторяются аналогично процессам в теплообменниках-вымораживателях 7 и 9, а последние заполняются водой, предназначенной для замораживания.

Источники информации

1. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1980. - С. 343-345.

2. Маринюк Б.Т., Иванов Б.А., Дьячков М.И. К вопросу о применении криогенной технологии для замораживания участков воды и слабых грунтов. В кН. Процессы и аппараты криогенной технологии и кондиционирования. - Межвузовский сб. научных трудов. - Л.: ЛТИХП, 1985. - С. 64.

3. Патент РФ №2315902, МПК F17С 9/02, опубл. 27.04.2007.

Установка для получения талой воды, источником которой является водяной лед, получаемый за счет утилизации холода сжиженного природного газа, характеризующаяся наличием двух пар последовательно установленных теплообменников с теплопередающими поверхностями, образованными рядом гофрированных панелей с каналами для сжиженного природного газа, вентилей подачи воды в теплообменники, вентилей подачи сжиженного природного газа в каналы теплопередающих панелей для замораживания воды и вентилей для подачи греющего газа в каналы теплопередающих панелей для регулирования переключения соответствующей пары теплообменников с режима намораживания льда на режим его таяния для получения талой воды.