А . - - •—__....-,.,«з

 

ОПИСАНИЕ 355821

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Саюэ Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 29 111.1968 (№ 1230718/23-26)

Приоритет 31.П1.1967, № 100919, Франция

М. Кл. Г 28d 5/00

Комитет по делам изаорвтвний и открытий лри Совете Министров

СССР

Опубликовано 16.Х.1972. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 21.XI.1972

УДК 621.59(088.8) Автор изобретения

Иностранец

Морис Боскэн (Фр анция) Иностранная фирма

«Л Эр Ликид, Сосьете Аноним пур л Этюд э де Проседе Жорж Клод» (Франция) Заявитель л Эксплуатасьон

МНОГОСЕКЦИОННОЕ ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КАСКАДНОГО ЦИКЛА СЖИЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике сжижения и разделения газовых смесей и касается конструкции теплообменных аппаратов, в которых теплоносители не вступают в непосредственный контакт друг с другом, Сжижение сложных газовых смесей типа природного газа наиболее часто осуществляют за счет последовательного теплообмена с несколькими хладагентами на различных температурных уровнях (каскадный метод).

Охлаждение на различных температурных уровнях осуществляют с помощью посторонних хладагентов или за счет холода, выделяемого в процессе конденсации сжижаемой газовой смеси жидких фракций.

Известно теплообменное устройство, используемое для сжижения газовых смесей каскадным методом, включающее трубчатые теплообменники, обеспечивающие конденсацию газовой смеси за счет противотока испаряющихся жидких фракций, сепараторы, отделяющие сжиженные после теплооб мена фракции, и систему коммуникационных трубопроводов, связывающих трубки с корпусами теплообменников и с сепараторами.

С целью упрощения конструкции, уменьшения размеров и веса устройства предлагается выходные концы трубок, по которым проходит газовая смесь, находящаяся в стадии частичной конденсации, закреплять в стенках сепараторов, являющихся одновременно и коллекторами. Кроме того, нижнюю и верх нюю стенки сепаратора можно совместить с крышкой и днищем примыкающих к нему теплообменников, а боковые стенки сепараторов расположить вне теплообмснников, 10

Такое расположение позволяет уменьшить размеры трубных решеток, расположенных на концах теплообменников, и полностью устранить крышки на этих аппаратах. Сепараторы могут быть расположены внутри системы теплообмена, имея общую обечайку. Однако для облегчения подступа при проверке или ремонте сепараторы располагают таким образом, чтобы их средняя часть находилась вне теплообменников.

На фиг. 1 приведена схема процесса сжижения природного газа каскадным методом; на .фиг. 2 — продольный разрез теплообменника и сепаратора по оси трубчатки входящего природного газа; на фиг. 3 — продольный разрез теплообменника и сепаратора по оси трубчатки газа цикла высокого давления и

355821

3 переохлажденного конденсата; на фиг. 4 продольный разрез двух теплообменников.

Сжимаемый природный газ под давлением

40 бар направляют в теплообменник 1, в котором его охлаждают газовой смесью низкого давления (газ цикла), пропускают через теплообменники 2, 8 и 4 и в жидком виде направляют на хранение.

В каждом теплообменнике в процессе повторного .нагрева и испарения циркулирует фракция, образуемая в результате объединения жидких фракций, переохлажденных и затем ослабленных и выходящих из сепараторов. Указанная фракция в процессе охлаждения и конденсации обеспечивает непосредственный теплообмен с газовой смесью, циркулирующей в трубопроводе, установленном в сепараторах по продольной оси устройства; в процессе охлаждения — с жидкой фракцией, поступающей вверх из сепаратора и предназначенной для снижения давления и для ввода в теплообменник, где она соединяется с названными ослабленными фракциями, поступающими из сепараторов вниз; в процессе фракционированной конденсации — с газовой фракцией, поступающей из сепаратора вверх и подаваемой к сепаратору вверх, в котором разделяются полученные жидкая и газовая фазы.

Нагретый газ цикла, выходящий из теплообменника 1, при давлении 3 бар сжимают компрессором 5 до давления 30 бар, охлаждают в водяном холодильнике б, где происходит его частичная конденсация, и подают в сепаратор 7. Из сепаратора 7 конденсат отводят в теплообменник 1, где его переохлаждают, затем дросселируют вентилем 8 и смешивают с газом цикла низкого давления, поступающим к холодному концу теплообменника l, Газ цикла под давлением поступает из сепаратора 7 в теплообменник 1, в котором при охлаждении происходит частичное образование конденсата, Образовавшаяся паро-жидкостная смесь поступает в сепаратор 9, откуда конденсат направляют в теплообменник 2, переохлаждают, дросселируют вентилем 10 и смешивают с газом цикла низкого давления, идущего к холодному концу теплообменника 2.

Газ цикла высокого давления поступает из сепаратора 9 в теплообменник 2, где он частично охлаждается, конденсируется и поступает в сепаратор 11. Конденсат, как в предшествующих случаях, поступает в теплообменник 8, где его переохлаждают, дросселируют вентилем 12 и смешивают с газом цикла низкого давления, поступающим к холодному концу теплообменника 8. Из сепаратора 11 газ цикла высокого давления подают в теплообменник 8, где он, охлаждаясь, частично конденсируется и затем поступает в четвертый по порядку теплообменник 4, в котором за счет переохлаждения заканчивается

его конденсация. Полученный конденсат дрос5

4 селируют вентилем 18 и возвращают в теплообменник 4, где он испаряется за счет отдачи холода идущему противотоком газу цикла высокого давления, Сепараторы 9 и 11 представляют собой сферические емкости с непосредственным доступом снаружи. Теплообменники 8 и 4 являются концентрическими, причем теплообменник 4 расположен внутри теплообменника

8, внешняя обечайка которого в таком случае может иметь такой же диаметр, что и обечайки теплообменников 1 и 2, несмотря на то, что его поверхность теплообмена будет значительно меньше, чем у других теплообменников, Теплообменник 4 оснащен двумя обечайками 14 и 15, причем внешняя обечайка 15 служит стержнем для витой трубчатки теплообменника 3.

Теплообменник 1, находящийся в наименее холодной температурной зоне, снабжен штуцером lб для входящего природного газа и трубной решеткой 17, через которую этот газ поступает в витую вокруг стержня 18 трубчатку теплообменника l. Холодный конец трубчатки заканчивается трубной решеткой

19, находящейся в смежной стенке между теплообменником 1 и сепаратором 9. Штуцер

20 и трубная решетка 21 предназначены для ввода газа цикла высокого давления в теплообменник 1 с его горячего конца. Пройдя трубчатку, газ выходит в сепаратор 9 через трубную решетку 22.

Штуцер 28 и трубная решетка 24 предназначены для ввода переохлажденного конденсата цикла высокого давления в теплообменник 1 с его горячего конца. Переохлажденный конденсат проходит по трубчатке, поступает через трубную решетку 25 к дросселю 2б и затем возвращается в межтрубное пространство теплообменника 1. Отверстия 27 и 28, соответственно находящиеся на холодном и горячем концах стержня 18 теплообменника

1, служат для подачи газа цикла низкого давления вокруг трубчаток и для эвакуации его отогретой фракции, Верхняя и нижняя стенки сепаратора 9 являются одновременно низом и верхом теплообменников 1 и 2, а боковая стенка не имеет непосредственного соприкосновения с этими теплообменниками и может быть снабжена люком 29.

Движение природного газа через сепаратор 9 совершается по трубопроводу 80, который соединяет трубную решетку 19 с трубной решеткой 31.

Центральный трубопровод 82 обеспечивает переход газа цикла низкого давления из теплообменника 2 в теплообменник 1.

Трубопровод 83 предназначен для отвода газа цикла через трубную решетку 84 в теплообменник 2, а щиток 85 предохраняет трубопровод 33 от попадания в него конденсата, поступающего через трубную решетку 22 теплообменника 1. Устройство теплообменника 2

35582i аналогично устройству теплообменника 1, а сепаратор 11 устроен подобно сепаратору 9.

Природный газ проходит по трубопроводу

8б (фиг. 4), который соединяет трубные решетки на выходе из теплообменника 2 с трубными решетками 87 теплообменника 8.

Переохлажденный конденсат поступает в теплообменник 8 через трубную решетку 88.

Газ цикла низкого давления проходит по центральному трубопроводу 89.

Трубчатка, по которой проходит природный газ, заканчивается трубной решеткой 40. Затем природный газ идет к трубной решетке 41, находящейся на горячем конце теплообменника

4. Газ цикла высокого давления проходит через трубную решетку 42 и доходит до трубной решетки 48, также расположенной на горячем конце теплообменника 4.

Газ цикла низкого давления поступает в теплообменник 8 через отверстия 44 и выходит через отверстия 45. Трубчатка теплообменника 4 навивается на стержень 4б. Трубчатка природного газа заканчивается трубной решеткой 47 и газ поступает в емкости на хранение. Трубчатка газа цикла заканчивается трубной решеткой 48 и патрубком 49, по которому этот газ эвакуируется в виде переохлажденного конденсата, дросселирование которого производят вентилем 50. Затем газ выходит через отверстие 51 в теплообменник

4. Поднявшись по межтрубному пространству, он через отверстия 44 поступает в теплообменник 8.

Предмет изобретения

1. Многосекционное теплообменное устройство для каскадного цикла сжижения, включающее трубчатые теплообменники, в трубках которых происходит охлаждение и конденсация сжижаемой газовой смеси за счет последовательного теплообмена с испаряющимися жидкими фракциями, и сепараторы, отделяющие после теплоо6 мена сжиженные фракции от газового потока, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения размеров и веса устройства, выходные концы трубок, по которым проходит газовая смесь, находящаяся в стадии частичной конденсации, закреплены в стенках сепараторов, являющихся одновременно и коллекторами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя и верхняя стенки сепаратора совмещены с крышкой и днищем примыкающих к нему теплообменников, а боковые стенки расположены вне теплообменников.