Способ теплового воздействия на продукт, транспортируемый по трубопроводу, и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, к области тепловых и силовых воздействий на транспортируемый по трубопроводу продукт, с целью облегчения его транспортировки и подготовки к переработке. В трубопроводе размещают устройство, имеющее полость для сгорания рабочей смеси, подают в полость компоненты рабочей смеси, воспламеняют ее и посредством контакта продуктов сгорания компонентов рабочей смеси с транспортируемым продуктом осуществляют нагрев продукта, причем перед подачей компонентов рабочей смеси в полость ее сгорания компоненты нагревают, а контакт продуктов сгорания с транспортируемым продуктом осуществляют выбросом продуктов сгорания из полости устройства в трубопровод. Устройство для осуществления теплового воздействия содержит корпус, в котором выполнена полость для сгорания рабочей смеси, и, как минимум, один патрубок для подвода компонента рабочей смеси в полость, причем устройство снабжено стаканом, в котором установлен нагревательный элемент, а полость сгорания рабочей смеси образована наружной стенкой стакана и внутренней поверхностью корпуса, при этом в стакане имеются продольный канал для подвода компонента рабочей смеси и сквозное отверстие для выброса продуктов сгорания из полости в трубопровод, а отверстие в корпусе может быть выполнено в виде сопла Лаваля. Техническим результатом изобретения является повышение производительности, упрощение процесса нагрева и повышение стабильности процесса нагрева. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к области тепловых и силовых воздействий на транспортируемый по трубопроводу продукт, с целью облегчения его транспортировки и подготовки к переработке.

Известен способ нагрева нефти, согласно которому на нефть, транспортируемую по трубопроводу, воздействуют высокой температурой, получаемой в результате сгорания подведенного в зону нагрева горючего газа и воздуха, причем осуществляют внутритрубное разгазирование нефти и воспламенение смеси газа и подведенного воздуха. В результате сгорания рабочей смеси продукты сгорания контактируют с нефтью, нагревая ее.

Устройство для нагрева нефти (осуществления способа) выполнено в виде зафиксированного в трубопроводе обтекаемого корпуса, в котором имеются полость для сгорания рабочей смеси и патрубок для подвода компонента (компонентов) рабочей смеси (см. а.с. СССР N665177, кл. F 17 D 1/18, 1979 г. ) - наиболее близкий аналог (для способа и устройства).

В результате анализа данного изобретения установлено, что помещаемое в полость трубопровода устройство характеризуется высоким гидравлическим сопротивлением, щелевой зазор между внутренней стенкой трубопровода и корпусом устройства ухудшает условия транспортирования и снижает его производительность. Нестабильность выделения из продукта газообразных составляющих приводит к тому, что состав рабочей смеси постоянно меняется, что приводит к нестабильности процесса сгорания рабочей смеси или даже прекращению процесса горения, а непосредственный контакт факела пламени с транспортируемым продуктом может привести к заполнению полости корпуса устройства транспортируемым продуктом и прекращению процесса горения рабочей смеси.

Задачами настоящего изобретения являются повышение производительности транспортирования нефти при ее нагреве, упрощение процесса нагрева и повышение стабильности процесса нагрева.

Поставленные задачи решаются тем, что в способе теплового воздействия на продукт, транспортируемый по трубопроводу, согласно которому в трубопроводе размещают устройство, имеющее полость для сгорания рабочей смеси, подают в полость компоненты рабочей смеси, воспламеняют ее и посредством контакта продуктов сгорания рабочей смеси с транспортируемым продуктом осуществляют нагрев последнего, новым является то, что перед подачей компонентов рабочей смеси в полость ее сгорания, компоненты нагревают, а контакт продуктов сгорания с транспортируемым продуктом осуществляют выбросом продуктов сгорания из полости устройства в трубопровод. В устройстве для осуществления способа, содержащем корпус, в котором выполнена полость для сгорания рабочей смеси, и, как минимум, один патрубок для подвода компонента рабочей смеси в полость, новым является то, что устройство снабжено стаканом, установленным в корпусе, и нагревательным элементом, смонтированным в стакане, причем полость для сгорания рабочей смеси образована наружной стенкой стакана и внутренней поверхностью корпуса, стенка которого имеет патрубок для подвода в полость компонента рабочей смеси и сквозное отверстие для выброса продуктов сгорания из полости в трубопровод, при этом в стакане имеется продольный канал для подвода в полость компонента рабочей смеси, а отверстие в корпусе выполнено в виде сопла Лаваля.

Нагрев компонентов рабочей смеси и регулирование соотношения горючего и окислителя позволяет облегчить их воспламенение и обеспечить полное сгорание. Сгорание смеси в замкнутом объеме (полости) позволяет исключить контакт продукта с зоной горения рабочей смеси, а выброс продуктов рабочей смеси под давлением в трубопровод, кроме нагрева продукта, обеспечивает возможность его движения по трубопроводу или повышает скорость его транспортирования, то есть увеличивает производительность трубопровода.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному изобретению, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна".

Сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для теплового воздействия, осевой разрез.

Способ теплового воздействия на продукт, транспортируемый по трубопроводу, осуществляют следующим образом.

В полость трубопровода, по которому осуществляют транспортирование (перекачку) продукта (нефти, газа или иного), устанавливают и фиксируют устройство, имеющее полость для сгорания рабочей смеси. В полость раздельно подают компоненты рабочей смеси, например часть транспортируемой (если транспортируется нефть) нефти и воздух (окислитель), которые перед смешиванием в полости нагревают. При соединении компонентов в рабочую смесь последнюю воспламеняют и под давлением выбрасывают в трубопровод продукты сгорания, которые, попадая в транспортируемый по трубопроводу продукт, нагревают его. Выбором компонентов рабочей смеси и их соотношения можно легко добиться требуемой температуры продуктов сгорания, поступающих из полости в трубопровод, а следовательно, и температуры нагрева продукта. Кроме того, выбрасывание продуктов сгорания в трубопровод, повышает скорость транспортирования по трубопроводу продукта (нефти). Установка нескольких устройств последовательно в трубопровод позволит обеспечить транспортировку продукта без использования специального перекачивающего оборудования.

Производили нагрев продукта (нефти) при ее перекачке по трубопроводу, выполненному из стали 35ХМ под давлением 6 атмосфер, которое создавали шестеренчатым насосом. Для нагрева и транспортирования нефти использовали устройство, которое также является предметом изобретения в настоящей заявке. Подачу воздуха осуществляли из воздушной сети с регулированием давления и расхода воздуха. Соотношение горючего и окислителя изменяли в пределах от 0,5 до 1,2. Измерение температуры транспортируемого продукта производили контактным способом (термопарой ХК). Температуру нагрева нефти изменяли от 20 до 400^oC. Испытания подтвердили практическую возможность осуществления способа.

Устройство для теплового воздействия выполнено в виде корпуса 1 с коническим насадком 2 на одном его конце и отверстием 3 (соплом) на другом.

В корпусе 1 установлен стакан 4 с полостью 5 и продольным (осевым) каналом 6, соединенным с отверстием 7 насадка 2.

В полости 5 стакана 4 установлен нагревательный элемент 8 (например, спираль), соединенный с источником 9 нагрева.

Наружная поверхность стакана 4 и внутренняя поверхность корпуса 1 образуют полость 10, соединенную патрубком 11 с системой (не показана) подачи компонента рабочей смеси (например, воздуха). В коническом насадке 2 может быть выполнен подвод 12 для подачи компонента рабочий смеси. Как правило, подвод 12 соединен с отверстием 7 насадка 2.

Отверстие 3 может иметь форму сопла Лаваля.

Полость 10 фактически является камерой сгорания смешивающихся нагретых компонентов рабочей смеси, подаваемых в полость через патрубок 11 и через канал 6. Сгорание смеси осуществляется в области выхода компонента из канала 6 и смешивания его с компонентом, подаваемым в полость 10, то есть сгорание осуществляется в полости 10 вблизи отверстия 3.

Трубопровод, в который устанавливают устройство, обозначен позицией 13, причем фиксация устройства в трубопроводе 13 осуществляется элементами 14.

Устройство для теплового воздействия на продукт работает следующим образом.

Работа устройства поясняется на примере нагрева транспортируемой по трубопроводу 13 нефти.

Устройство устанавливают в трубопровод 13 и фиксируют элементами 14. Благодаря тому, что корпус 1 имеет конический насадок 2, значительно уменьшается сопротивление потоку нефти, транспортируемой по трубопроводу.

Для осуществления рабочего цикла в полость 10 через патрубок 11 подают компонент рабочей смеси, например воздух. Через отверстие 7 и канал 6 в полость 10 поступает компонент рабочей смеси (это может быть перекачиваемая нефть). Одновременно с подачей компонентов источником 9 разогревают нагревательный элемент 8, который нагревает компоненты рабочей смеси в полости 10 и в канале 6. Разогретые компоненты смешиваются в зоне выхода канала 6, воспламеняются и сгорают в полости 10. Продукты сгорания рабочей смеси под давлением выбрасываются через отверстие 3 в полость трубопровода, перемешиваясь с транспортируемым по последнему продуктом, нагревают его. При выполнении отверстия 3 в форме сопла Лаваля степень воздействия продуктов сгорания на транспортируемый продукт возрастает настолько, что наряду с нагревом увеличивается скорость транспортирования продукта.

В случае транспортирования по трубопроводу 13 продукта, который не может по своим характеристикам быть использован в качестве компонента рабочей смеси, компонент подают по подводу 12, который соединен с отверстием 7, а последнее, как это было отмечено выше, - с каналом 6 стакана 4.

Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют использовать практически 100% энергии сгорания топливной смеси для нагрева транспортируемого продукта, причем при транспортировании нефти, газа, мазута, нефтяных или углеводородных фракций в качестве одного из компонентов рабочей смеси используют транспортируемый продукт. В качестве другого компонента могут быть использованы воздух, кислород, органические и неорганические окислители.

Изобретение может быть использовано для нагрева и транспортирования нефти, нефтепродуктов, органических и неорганических жидкостей, газов, расплавленных твердых материалов и их смесей, то есть для продуктов, которые не образуют с продуктами сгорания взрыво-пожароопасные смеси.

Формула изобретения

1. Способ теплового воздействия на продукт, транспортируемый по трубопроводу, согласно которому в трубопроводе размещают устройство, имеющее полость для сгорания рабочей смеси, подают в полость компоненты рабочей смеси, воспламеняют ее и посредством контакта продуктов сгорания рабочей смеси с транспортируемым продуктом осуществляют нагрев последнего, отличающийся тем, что перед подачей компонентов рабочей смеси в полость ее сгорания компоненты нагревают, а контакт продуктов сгорания с транспортируемым продуктом осуществляют выбросом продуктов сгорания из полости устройства в трубопровод.

2. Устройство теплового воздействия, содержащее корпус, в котором выполнена полость для сгорания рабочей смеси, и, как минимум, один патрубок для подвода компонента рабочей смеси в полость, отличающееся тем, что устройство снабжено стаканом, установленным в корпусе, и нагревательным элементом, смонтированным в стакане, причем полость для сгорания рабочей смеси образована наружной поверхностью стакана и внутренней поверхностью корпуса, стенка которого имеет патрубок для подвода в полость компонента рабочей смеси и сквозное отверстие для выброса продуктов сгорания из полости в трубопровод, при этом в стакане имеется продольный канал для подвода в полость компонента рабочей смеси.

3. Устройство теплового воздействия по п.2, отличающееся тем, что отверстие в корпусе выполнено в виде сопла Лаваля.

РИСУНКИ

Рисунок 1