Способ утилизации потенциальной энергии газа при редуцировании на газораспределительных станциях и устройство, его реализующее

Способ утилизации потенциальной энергии газа при редуцировании на газораспределительных станциях и устройство, его реализующее

Реферат

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в системах транспорта сжатого природного газа для интегрированной выработки на ГРС и КРП электроэнергии и сжиженного газа. Техническим результатом изобретения является создание новой интегрированной энергосберегающей технологии, обеспечивающей наиболее оптимальное использование потенциальной энергии всего спектра потребляемых расходов сжатого магистрального газа и перепадов давления при редуцировании на ГРС и КРП, для получения в максимальном количестве конечного полезного продукта, а именно электроэнергии и сжиженного газа. В способе утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на газораспределительных станциях отбираемый из магистрального трубопровода сжатый газ разделяют на три потока, потенциальную энергию первого потока срабатывают ступенчато в одной, двух или более последовательно расположенных по горячему потоку энергоразделительных камерах, в каждой из которых горячий поток из предыдущей камеры подают на вход последующей, конденсируют и отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов в конденсатосборнике первой энергоразделительной камеры, запитывают вихревые энергоразделители третьим дополнительным потоком, в котором задают давление газа, подают в приосевую зону камеры, закручивают и эжектируют им рециркулируемую часть входного потока, подогревают выходящим из разделительной камеры горячим потоком, второй поток газа направляют в компенсационный детандер, охлаждают в дополнительном теплообменнике, конденсируют и отделяют от газа в выходном конденсатосборнике жидкую фазу тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком от одной или более вихревых энергоразделительных камер. Устройство, реализующее способ утилизации потенциальной энергии газа при редуцировании на газораспределительных станциях, снабжено одним или более вихревыми энергоразделителями, причем все энергоразделители выполнены с конусообразными камерами, последовательно соединенными между собой трубопроводами, причем выходной патрубок горячего потока предыдущего энергоразделителя пневматически связан через отсечные клапаны с сопловым вводом последующего энергоразделителя и (или) с входным теплообменником, а в торце конусообразных энергоразделительных камер установлены трубки дополнительного подвода газа - активные сопла эжекторов, камеры смешения которых установлены внутри конусообразных энергоразделительных камер коаксиально трубкам дополнительного подвода газа и пневматически, через смеситель потоков и отсечные клапаны связаны с раздающим патрубком и с заборником газа, расположенным за входным теплообменником, а входной регулятор давления пневматически связан через блок согласования и задатчик давления с редукторами давления дополнительных потоков вихревых энергоразделительных камер. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в системах транспорта сжатого природного газа для интегрированной выработки электроэнергии и сжиженного газа.

Известен способ утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа - классический дроссельный цикл. Ожижение в нем основано исключительно на рекуперативной утилизации прямым потоком газа высокого давления холода несконденсировавшей части сжижаемого потока газа/1/. Технологически он заключен в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике, дросселировании и разделении образующейся в парожидкостной смеси в конденсатосборнике с выводом паров в рекуперативном теплообменнике, а жидкости - потребителю. Основным недостатком способа является малый коэффициент сжижения. Повышение коэффициента сжижения газа обычно достигается за счет введения в цикл дополнительных источников холодопроизводительности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на газораспределительных станциях (ГРС) и контрольно-регуляторных пунктах (КРП), заключающийся в разделение отбираемого газа на два потока, один из которых направляют на вход в вихревые энергоразделители, где потенциальную энергию потока срабатывают и разделяют на горячий и холодный потоки в несколько операций. Первоначально разделение происходит при расширении газа в сопловом вводе, когда снижение температуры в потоке вызывает конденсацию части высококипящих фракций тяжелых углеводородов. Образовавшаяся при этом газожидкостная смесь поступает в камеру разделения, где образуется закрученный двухфазный поток, состоящий из жидкостного кольца на стенке камеры и газового ядра. Температурное разделение газового ядра приводит к нагреванию его периферийных слоев и охлаждению приосевых. При этом испарение жидкости кольца и капель жидкости, сконденсированных в приосевых слоях высококипящих фракций, происходит под действием теплоты, подведенной от газового вихря. Горячий поток, образованный периферийными слоями, выводят из камеры, а затем охлаждают в расположенном по ходу потока компенсационном теплообменнике, подают в конденсатосборники, смешивают с холодным потоком из вихревого энергоразделителя, срабатывают потенциальную энергию смешанного потока газа в последовательно расположенных по ходу потока газа дополнительных детандерах, нагревают в теплообменниках, смешивают со вторым потоком, который после предварительного подогрева в теплообменнике, последовательно срабатывают потенциальную энергию в замыкающих детандерах, охлаждают в теплообменниках, подают в конденсатосборник и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов.

Для осуществления указанного способа служит устройство, содержащее подключенные к источнику газа высокого давления регулятор давления, вихревые энергоразделители и последовательно соединенные между собой компенсационный и дополнительный детандеры с электрогенераторами и муфтами, промежуточными теплообменниками, отсечные клапаны, установленные на соединительных трубопроводах, раздающий патрубок, один конец которого соединен через регулятор давления с вихревым энергоразделителем, а другой - с последовательно соединенными между собой отсечными клапанами, входным теплообменником, компенсационным детандером, дополнительным теплообменником с конденсатосборником, выходным смесителем и коллектором раздачи газа низкого давления, при этом высокотемпературный выход вихревого энергоразделителя соединяет трубопроводом горячего потока последовательно расположенные входной и дополнительный теплообменники с одним из выходов смесителя, а другой вход соединен с низкотемпературным выходом вихревого энергоразделителя, причем выход смесителя соединен с дополнительным детандером с муфтой и потребителем механической энергии, теплообменником, выход которого через отсечные клапаны связан с коллектором раздачи газа низкого давления /2/.

Недостатком этого способа и устройства, его реализующего, является низкая эффективность применяемых вихревых энергоразделителей, которые не обеспечивают требуемую степень сепарации и отвода сконденсированной жидкости со стенок разделительной камеры, что существенно ограничивает достижение максимально возможного температурного и фазового разделения потока и как следствие допустимого перепада давлений на детандерах, который обычно срабатывается при редуцировании на ГРС и КРП без нарушения требований по температуре для потока низкого давления, выходящего из устройства и равной T_вых273K.

Техническая задача изобретения - создание новой интегрированной энергосберегающей технологии, обеспечивающей наиболее полное срабатывание потенциальной энергии всего спектра потребляемых расходов сжатого газа из магистрального трубопровода и его перепадов давления при редуцировании на ГРС и КРП, для получения в максимальном количестве конечного полезного продукта, а именно электроэнергии и сжиженного газа.

Для решения технической задачи в способе утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на ГРС и КРП, включающем разделение отбираемого газа на несколько потоков, один из которых направляют в вихревые энергоразделители, где потенциальную энергию потока срабатывают и разделяют на горячий и холодный потоки, причем горячий поток газа охлаждают в теплообменниках, подают в конденсатосборники, конденсируют и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком из вихревых энергоразделителей, срабатывают потенциальную энергию смешанного потока газа в дополнительном детандере, нагревают в теплообменниках, смешивают со вторым потоком, который после предварительного подогрева во входном теплообменнике, срабатывают потенциальную энергию в компенсационном детандере, нагревают в выходном теплообменнике и подают в коллектор раздачи газа низкого давления, согласно изобретению, отбираемый сжатый природный газ разделяют на три потока, потенциальную энергию первого потока срабатывают ступенчато в одном или более последовательно расположенных по горячему потоку конусообразных энергораздедительных камерах, разделяют на горячий и холодный потоки, горячий поток каждой предыдущей камеры подают на вход последущей, конденсируют к отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов в конденсатосборнике первой энергоразделительной камеры, запитывают вихревые энергоразделители третьим дополнительным потоком, в котором задают давление газа, подают в приосевую зону камеры, закручивают и эжектируют рециркулируемую часть входного потока, подогревают выходящим горячим потоком через входной теплообменник, второй поток газа направляют в компенсационный детандер, охлаждают в дополнительном теплообменнике, конденсируют к отделяют от газа жидкую фазу тяжелых углеводородов в выходном конденсатосборнике. смешивают с холодным потоком от одной, двух или более вихревых энергоразделительных камер.

Кроме того, формируют дополнительный поток путем смешения третьего и части в соотношении 0,2-0,65 от второго, который предварительно подогревают горячим потоком, выходящим из замыкающей вихревой энергоразделительной камеры. При этом соотношение расходов холодного и горячего потоков газа на выходе из последовательности вихревых энергоразделительных камер с подводом в приосевую зону закрученного эжектируемого дополнительным третьим потоком равно Q_х/Q_г=3,2-4,2, а расход сжатого газа, направляемого в качестве третьего, дополнительного потока в приосевую зону каждой вихревой энергоразделительной камеры задают Q_доп= 0,15-0,35Q_i, где Q_i суммарный расход газа в сопловом вводе i-й разделительной камеры, причем отношение расходов холодного и суммарного потоков сжатого газа в первую трехпоточную энергоразделительную камеру составляет ₁ = Q_x/Q₁ = 0,2-0,4. а отношение расходов во вторую Q₂ и последующие Q_i двухпоточные вихревые конусообразные энергоразделительные камеры составляет ₁ = Q_x/Q₂ = Q_x/Q_i = 0,7-0,8. Кроме того, срабатывание потенциальной энергии сжатого газа осуществляется в трехпоточной и двухпоточной вихревых конусообразных энергоразделительных камерах с подводом закрученного эжектируемого дополнительным потока газа, в компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником со следующим распределением перепадов давлений _эр1 = 1,9; _эр2 = 2,2; _T1 = 4,72; _T2 = 1,9, температур Т_Г1= 386К; Т_Г2= 460К; Т_Х1= 224К; Т_Х2=204К; Т_ВХ=278К; T_ВЫХ=273K и расходов Q_доп1/Q₁ = 0,3; Q_доп2/Q₂ = 0,17; ₁ = 0,3; ₂ = 0,72 или в двухпоточной вихревой конусообразной энергоразделительной камеры с приосевым подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа, компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником со следующими перепадами давлений _эр1 = 3,0; _T1 = 5,95; _T2 = 2,1, температур Т_Г1=415К; Т_Х1=220К; Т_ВХ=278К; Т_ВЫХ=256К и расходов Q_доп1/Q₁ = 0.3; ₁ = 0,7. Соотношение расходов горячего и холодного потоков на выходе из каждой вихревой энергоразделительной камеры с подводом в приоcевую зону закрученного, эжектируемого третьим дополнительным потока газа составляет Q_x+Q_доп/Q_i = 0,6-1,2, при этом соотношение расхода газа, направляемого в вихревые энергоразделители Q_i, задают равным 0.7... 1.0 Q от общего расхода, направляемого потребителю, а перепад давлений, срабатываемых в каждой вихревой энергоразделительной камере с приосевым подводом закрученного, эжектируемого третьим дополнительным потоком газа выбирают равным _эр = 1,85-5,0. Перепад давлений и количество вихревых энергоразделительных камер и детандеров задают из условия выполнения требований максимальной сепарации и наибольшего выхода жидкой фазы тяжелых углеводородов из природного газа. Температура подогрева второго потока сжатого природного газа и перепад давлений на компенсационном детандере задают из условия обеспечения температуры газа в выходном коллекторе потребителя низкого давления не ниже Т_вых273К.

Ниже в качестве примеров реализации способа утилизации приведены основные параметры энергосберегающей системы, при этом соотношение расходов, подаваемых в вихревые энергоразделительные камеры, и перепады давлений, срабатываемых на них и в детандерах, и диапазоны температур, достигаемые на выходе из устройства, в зависимости от количества вихревых энергоразделительных камер равны: - для схемы с трех- и двухпоточными энергоразделителями: _эр1 = 1,9; _эр2 = 2,2; _T1 = 4,72; _T2 = 1,9; Т_Г1= 386К; Т_Г2= 460К; Т_Х1= 224К; Т_Х2= 204К; Т_ВХ= 278К; T_ВЫХ=273K; Q_доп1/Q₁ = 0.3; Q_доп2/Q₂ = 0,17; ₁ = 0,3; ₂ = 0,72,при углах раскрытия конусообразных корпусов энергоразделительных камер ₁ = 3,2; ₂ = 6,8 - для схемы с одним двухпоточным энергоразделителем: _эр1 = 3,0; _T1 = 5,95; _T2 = 2,1, Т_Г1=415К; Т_Х1=220К; Т_ВХ=278К; T_ВЫХ=256K; Q_доп1/Q₁ = 0,3; ₁ = 0,7, при углах раскрытия конусообразных корпусов энергоразделительных камер ₁ = 3,2; ₂ = 7,2. Устройство для утилизации потенциальной энергии сжатого газа в системах его транспортирования, содержащее подключенные к источнику газа высокого давления регулятор давления, вихревые энергоразделители и последовательно соединенные между собой детандерами с электрогенераторами и муфтами, промежуточными теплообменниками, отсечные клапаны, установленные на соединительных трубопроводах, раздающий патрубок, один конец которого соединен через регулятор давления с энергоразделителем, а другой - с последовательно соединенными между собой отсечными клапанами, входным теплообменником, компенсационным детандером, теплообменником, выходным смесителем и коллектором раздачи газа низкого давления, при этом высокотемпературный выход энергоразделителя соединяет трубопроводом горячего потока последовательно расположенные входной и дополнительный теплообменники, конденсатосборник - с одним из входов смесителя, а другой вход соединен с низкотемпературным выходом энергоразделителя, причем выход смесителя соединен через дополнительный детандер с муфтой и потребителем энергии, и теплообменник с коллектором раздачи газа низкого давления, согласно изобретению, оно снабжено одним или более вихревыми энергоразделителями с конусообразными камерами, последовательно соединенными между собой трубопроводами, причем выходной канал горячего потока предыдущего энергоразделителя пневматически связан через отсечные клапаны со входным устройством последующего энергоразделителя и с входным теплообменником, а в торце конусообразных энергоразделительных камер установлены трубки дополнительного подвода газа - активные сопла эжекторов, камеры смешения которых установлены внутри конусообразных энергоразделительных камер коаксиально трубкам дополнительного подвода газа и пневматически, через смеситель потоков и отсечные клапаны связаны с подводящим потоком и с заборником газа, расположенным за входным теплообменником, а входной регулятор давления пневматически связан через блок согласования и задатчик давления с регуляторами давления дополнительных потоков вихревых энергоразделительных камер. Причем эжектор подвода дополнительного потока газа снабжен приемной камерой, пневматически связанной трубопроводом с отсечными клапанами и с заборником газа, установленным перед дополнительным детандером, а в выходном сечении камеры смешения эжектора закреплены сменные завихрители дополнительного потока. Кроме того, корпусы вихревых энергоразделительных камер выполнены из двух и более усеченных конусов, установленных в местах подвода сжатого газа с углами раскрытия ₁ = 3,1-4,8; ₂ = 3,4-8,2, и соединены между собой цилиндрическими вставками, причем первая вихревая энергоразделительная камера выполнена трехпоточной с корпусом, состоящим из переднего усеченного конуса, равного ₁ = 3,2, и заднего,равного ₂ = 6,8, и цилиндрической вставки, установленной между ними, а вторая и последующие вихревые энергоразделительные камеры выполнены двухпоточными с корпусами, состоящими из переднего усеченного конуса, равного ₁ = 3,2, и второго - _2/= 7,2. На входе в эжектор установлены регуляторы давления, пневматически связанные через блок согласования с входным регулятором давления, а устройство утилизации потенциальной энергии сжатого газа снабжено обводным трубопроводом с редукционным клапаном, пневматически связанным через отсечной клапан с коллектором раздачи газа низкого давления и компенсационным трубопроводом.

Утилизация в процессе редуцирования на ГРС и КРП потенциальной энергии сжатого газа, транспортируемого в магистральных трубопроводах, включающая разделение поступающего газа высокого давления на три неравных потока, с последующим энергетическим разделением большего из них. в одной трехпоточной и в одной или более двухпоточных вихревых конусообразных энергоразделительных камерах с подводом в каждую из них третьего, предварительно закрученного дополнительного потока газа высокого давления, последовательно соединенных между собой на холодный, практически сухой, а также на горячий, насыщенный тяжелыми углеводородами потоки и жидкий конденсат, причем горячий поток предыдущей камеры энергетически разделяют на горячий и холодный потоки в последующих вихревых конусообразных камерах, последовательное охлаждение горячего потока в теплообменниках, установленных между ступенями расширения газа, подачу газа в конденсатосборники с отделением и сбором в них, по мере охлаждения газа, высококипящих жидких фракций тяжелых углеводородов, смешение очищенного от тяжелых углеводородных фракций газа с холодным сухим потоком вихревых энергоразделительных камер и ступенчатое срабатывание потенциальной энергии смешанного потока осушенного газа в детандерах с отводом механической энергии для привода электрогенератора, и позволяет обеспечить получение оптимального соотношения электроэнергии и сжиженного газа.

Введение в термодинамический цикл наряду с детандерами с промежуточными теплообменниками последовательно установленных по горячему потоку конусообразных вихревых энергоразделительных камер с подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потока газа позволяет реализовать многоступенчатое энергоразделение природного газа высокого давления и повысить глубину его переработки путем поступенчатого выделения жидких фракций тяжелых углеводородов. Использование последовательности трех- и двухпоточных вихревых энергоразделителей позволяет, во-первых, осуществить отвод жидкости высококипящих фракций в промежуточном сечении камеры. Отвод жидкости со стенки камеры ведет к повышению температуры периферийных слоев вихря, который формирует выходящий из камеры горячий поток, насыщенный оставшимися в потоке фракциями тяжелых углеводородов. Подвод горячего потока к сопловому вводу двухпоточного вихревого энергоразделителя позволяет осуществить температурное разделение потока, причем выходящий горячий поток имеет повышенную концентрацию высоких углеводородов, что позволит в дальнейшем увеличить степень выхода жидкой фазы из газа в конденсатосборниках, расположенных за детандерами. Исследования, проведенные авторами, показали, что наибольшей эффективностью с точки зрения энергетического и фазового разделения потока сжатого природного газа обладают вихревые конусообразные энергоразделительные камеры с подводом в приосевую зону через эжектор закрученного дополнительного потока с соотношением расходов Q_доп/Q_i = 0,15-0,35. Установлено, что при соотношении расходов Q_доп/Q_i больших 0.35 происходит значительное снижение температуры горячего потока, выходящего из вихревого энергоразделителя, а при Q_доп/Q_i меньших 0,15 происходит резкое падение выхода жидкой фазы в конденсатосборнике трехпоточной вихревой энергоразделительной камеры с подводом в приосевую зону закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа.

Введение в вихревую энергоразделительную камеру противоточного регулируемого эжектора позволяет искусственно затормозить с разной степенью подпора вихревой поток на горячем конце энергоразделительной камеры, что создает оптимальные условия для формирования завихренного приосевого потока, направленного к диафрагме, а следовательно, позволяет либо уменьшить длину камеры разделения, либо повысить долю потенциальной энергии дополнительного потока, срабатываемую при эжектировании его в приосевой зоне конусообразной камеры энергоразделения. Кроме того, введение регулируемого подпора от эжекторов с переменным давлением активного газа позволяет увеличить радиальный градиент тангенциальных составляющих скоростей в зоне интенсивного энергообмена между закрученными потоками, т. е. приводит к повышению КПД вихревого энергоразделителя.

Увеличение живого сечения противоточного течения от эжектора приводит, с одной стороны, к смещению границы между периферийными и приосевыми потоками в сторону больших радиусов, тем самым повышая эффективность турбулентного взаимодействия между потоками. С другой стороны, оно уменьшает перепад давлений газа в камере разделения. т.е. сокращает затраты потенциальной энергии на энерго - и фазовые превращения.

Введение ступенчатого подогрева второго потока сжатого газа в последовательно расположенных вихревых энергоразделительных камерах позволяет, с одной стороны, охладить горячий поток, направляемый в систему сжижения газа, а с другой стороны - обеспечить срабатывание природного газа в компенсационных детандерах без выделения гидратных отложений.

Исследования, проведенные авторами, показали, что схема расположения конусообразных вихревых энергоразделительных камер с подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа, их количество оказывают существенное влияние на итоговую мощность, вырабатываемую электрогенераторами, и на полноту выхода жидких фракций тяжелых углеводородов из природного газа.

Введение разделительного патрубка позволяет разделить поток газа высокого давления на три части, одна из которых, большая, направляется в вихревые энергоразделительные камеры, а другая - в компенсационные детандедеры, третья - в торцевую часть разделительной камеры для питания через управляемые редукторы эжекторов наддува приосевого течения.

Введение первой трех и последующих двухпоточных вихревых энергоразделительных камер позволяет осуществить более глубокое энергетическое и фазовое разделение потока природного газа высокого давления.

Введение корпусов энергоразделительных камер со ступенчатой конусностью в местах подвода потоков сжатого газа и цилиндрическими вставками между ними позволяет повысить турбулизацию вихревых потоков в камере.

Введение последовательно расположенных по направлению течения горячего потока трех- и двухпоточных вихревых энергоразделительных камер, работающих с разными относительными расходами , позволяет осуществить предварительную сепарацию поступающего в камеры разделения природного газа, а также ступенчатый подогрев насыщенного тяжелыми углеводородами потока газа.

В трехпоточной вихревой камере, при относительном расходе = Q_x/Q_i = 0,2-0,4 центробежные силы, действующие на капельную жидкость, велики, а осевая скорость охлажденного приоcевого потока относительно мала, поэтому основная масса вводимой в разделительную камеру и выделяющейся в ней жидкости концентририруются в конденсатосборнике, установленном на конусообразном корпусе камеры около соплового ввода. В двухпоточной вихревой энергоразделительной камере, при относительном расходе, равном =0.7-0.8, при относительно малой тангенциальной составляющей скорости газа начинает проявляться действие радиальных пульсаций в газовом ядре потока, который интенсифицирует температурное разделение потоков и повышает тем самым температуру выходящего из разделительной камеры горячего потока.

Введение конденсатосборника в составе вихревого энергоразделителя и выходного конденсатосборника после детандеров с теплообменником позволяет осуществить поэтапное отделение от газа жидкой фазы, требуемых фракций тяжелых углеводородов.

Введение управляемых регуляторов давления позволяет обеспечить оптимальный режим работы вихревых энергоразделителей с подводом закрученного дополнительного потока через эжектор в приосевую зону камеры.

Введение корпусов вихревых энергоразделительных камер в виде двух и более сопряженных через цилиндрические вставки усеченных конусов, установленных в местах подвода газа, позволяет повысить эффективность процессов вихревого взаимодействия в камере энергоразделения приосевого и периферийного вихрей.

Введение отсечных клапанов в трубопроводах позволяет реализовать различные схемы утилизации перепада давления при редуцировании сжатого природного газа из магистрального трубопровода.

Введение блока согласования давления дополнительного потока позволяет обеспечить плавное регулирование режима работы вихревого энергоразделителя потока в всем диапазоне эксплуатации.

Введение задатчика давления позволяет регулировать уровень давления в потоке на входе в эжектор дополнительного наддува камеры смешения.

Введение обводного трубопровода позволяет обеспечить работу ГРС и КРП в случае поломки предлагаемого устройства.

Сопоставительный анализ с прототипами /2/ показал, что заявляемый способ утилизации и устройство, его реализующее, существенно отличаются от известного способа и устройства, его реализующего, введением в единый технологический процесс энергосбережения наряду со срабатыванием потенциальной энергии сжатого газа в детандерах с промежуточными теплообменниками, энерго - и фазоразделения потока природного газа в одной и более последовательно соединенных: по горячему потоку вихревых энергоразделительных камерах с подводом закрученного дополнительного потока, потенциальная энергия которого регулируется редукторами, управляемыми от блока согласования давления, через эжектор в приосевую зону камеры, причем горячий поток первой энергоразделительной камеры подают на вход второй, а горячий поток ее на вход последующих камер и т.д. до выполнения требования по температуре газа, выходящего из коллектора раздачи газа низкого давления, равного Т_ВЫХ273К, а жидкую фазу тяжелых углеводородов отделяют в первом (трехпоточном) вихревом энергоразделителе и в выходном конденсатосборнике, что в совокупности позволяет существенно расширить на ГРС и KРП диапазон срабатывания потенциальной энергии сжатого природного газа.

Таким образом, заявляемый способ и устройство, его реализующее, соответствует критерию изобретения" новизны".

Известен способ искусственного разделения потока, выходящего из вихревых энергоразделительных камер /3/ с помощью развихрителей для формирования приосевого потока, направленного к диафрагме. Торможение увеличивает радиальный градиент тангенциальных составляющих скоростей в зоне интенсивного энергообмена между закрученными потоками, т.е. повышает КПД вихревого разделителя.

В предлагаемом устройстве торможение горячего потока осуществляется в эжекторе, выходящий из камеры смешения которого закрученный поток, с одной стороны, искусственно тормозит горячий поток, а с другой - интенсивно взаимодействует с рециркулируемой частью периферийного потока, тем самым увеличивая энергообмен между ними.

Известен способ повышения эффективности вихревых разделителей путем придания камерам разделения потока конусообразной формы с расширением в сторону диффузора /4/. Результаты проведенных экспериментов показали, что введение конусообразности повышает КПД вихревого энергоразделителя на 20%. В конических камерах создаются более благоприятные условия для формирования приосевого потока. Кривые распределения скоростей свидетельствуют о более интенсивном энергообмене между приосевыми и периферийными потоками в приосевой зоне. Это является одной из основных причин увеличения КПД вихревых камер с коническими корпусами разделения.

Использование в предлагаемом способе утилизации энергии сжатого природного газа вихревых энергоразделителей с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры разделения от эжекторов увеличивает живое сечение противоточного течения, что ведет к смещению границы между периферийными и приосевыми потоками в сторону больших радиусов и требует для организации вихревой структуры соответствующей профилировки корпуса камеры энергоразделения и в зоне расположения камер смешения эжектора.

Исследования показали, что введение ступенчатой конусности корпусов вихревых камер разделения с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры разделения от эжекторов с углами раскрытия конусов, равными ₁ = 3,2 и ₂ = 7,2, позволяет повысить температурный перепад на 60К.

Известен способ повышения эффективности вихревых разделителей путем введения в камеру раздельного дополнительного потока сжатого газа от постороннего источника энергии /5/. Показано, что при большой массовой доли формируемый из дополнительного потока приосевой поток получает кинетическую энергию, составляющую незначительную часть первоначальной энергии вытекающего из сопла газа. Благодаря этому увеличение расхода холодного потока при введении в камеру разделения дополнительного потока ведет к повышению КПД. В предлагаемом способе в приосевую зону вводится предварительно закрученный, эжектируемый дополнительным потоком сжатый газ. Повышение КПД в предлагаемом вихревом энергоразделителе объясняется тем, что завихренный турбулизированный поток, выходящий из эжектора, интенсивно раскручивает внутренние рециркуляционные слои периферийного потока, которые передают свою энергию наружным слоям. В результате величина потребной кинетической энергии, подводимая к приосевому потоку, и соответственно температура холодного потока уменьшаются.

Известно ступенчатое последовательное соединение вихревых разделителей по горячему потоку /6/. Процесс идет с понижением давления. Исследования показали, что использование в предлагаемом способе утилизации последовательно соединенных по горячему потоку двух или более вихревых энергоразделительных камер с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры от эжекторов позволяет увеличить температуру горячего потока на 70К, но при этом потребный расход газа через систему вихревых энергоразделителей растет. Введение ступенчатого нагрева горячего потока, выходящего из вихревых энергоразделителей и насыщенного тяжелыми углеводородами, позволяет в полном объеме обеспечить выделение требуемых жидких фракций углеводородов путем низкотемпературной сепарации на первом этапе в трехпоточном вихревом энергоразделителе, а на втором - с помощью детандеров с теплообменниками, чего в известных схемах не применялось.

Известно устройство ступенчатого срабатывания потенциальной энергии сжатого газа в последовательно соединенных по холодному потоку вихревых энергоразделителях и рассчитано на получение максимальной хладопроизводительности /7/. В предлагаемом способе и устройстве, его реализующем, схема взаимодействия отдельных вихревых энергоразделителей с дополнительным потоком существенно отличается от известной и построена по горячему потоку, что предполагает получение максимального нагрева выходящего потока. Это налагает существенные изменения в схему подключения вихревых энергоразделительных камер.

При построении последовательности вихревых энерго