Результат интеллектуальной деятельности: ТРАНСПОРТНЫЙ ОБОГРЕВАЕМЫЙ ТРУБОПРОВОД

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может найти применение при транспортировке жидкостей, растворов, суспензий по магистральным трубопроводам в нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также коммунальном хозяйстве.

Известен трубопровод для транспортировки материала, преимущественно бетонной смеси, содержащий две одинакового диаметра трубы, соединенные между собой патрубком из диэлектрика с установленными внутри него и снаружи патрубками из ферромагнитного материала с катушками, подключенными к каждой из фаз источника переменного тока (авт. свидетельство СССР №1127824, МПК B65G 53/22, опубл. 1984, бюл. №45).

Известен трубопровод, преимущественно для тепловых сетей, включающий металлическую трубу с теплоизоляционным покрытием заливочного типа и наружную неразъемную полимерную гидроизоляционную оболочку, теплоизоляционное покрытие выполнено из полиуретана (RU 2249754 С2, МПК F16L 59/00, опубл. 10.04.2002).

Недостатком указанных аналогов является сложность конструкции, а также невозможность изменять жидкотекучесть перекачиваемой жидкости в местах местных сопротивлений (температурных компенсаторах, поворотах трассы др.).

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, принятым за прототип, является транспортный обогреваемый трубопровод, содержащий секции, запорную арматуру, наружный изоляционный слой и нагревательный элемент, подключенный к источнику теплоносителя, составленный из отдельных участков, расположенных на входе каждой секции (RU 2250870 С1, МПК B65G 53/52, опубл. 27.04.2005).

Недостатком прототипа является сложность конструкции нагревательного элемента, а также возможность замерзания трубопроводов в местах местных сопротивлений (температурных компенсаторов, поворотах трассы, запорной арматуры, расширения сечения трубопровода и др.), то есть в местах, где снижается скорость перекачки жидкости по трубопроводу.

В связи с тем, что в местах местных сопротивлений скорость перекачки жидкости замедляется, а температура резко снижается, то это может привести к негативным последствиям - разрывам, созданию аварийной ситуации.

Задача заявляемого изобретения заключается в повышении жидкотекучести перекачиваемой по трубопроводу жидкости за счет ее прогревания и соответственно повышения скорости перекачки в местах местных сопротивлений, где наблюдается ее снижение.

Технический результат достигается за счет того, что транспортный обогреваемый трубопровод содержит секции, запорную арматуру, наружный изоляционный слой и нагревательный элемент, подключенный к источнику теплоносителя, но в отличие от прототипа нагревательный элемент выполнен в виде коллектора, плотно прилегающего к наружной поверхности трубопровода, в качестве источника теплоносителя использован геотермальный тепловой насос, включающий соединительные трубопроводы, дроссели, генератор пара с распределительным устройством, испаритель, три эжектора, состоящих из приемной камеры, сопла и диффузора, три конденсатора, причем третий конденсатор имеет греющую трубу, три циркуляционных насоса, тепловой аккумулятор с коллектором, причем выход коллектора теплового аккумулятора через соединительный трубопровод соединен с распределительным устройством генератора пара, вход которого через первый циркуляционный насос и соединительный трубопровод соединен с выходом коллектора теплового аккумулятора, второй выход генератора пара через дроссели и соединительные трубопроводы соединен с соплами первого, второго и третьего эжекторов, приемная камера первого эжектора через соединительный трубопровод соединена с первым выходом испарителя, приемная камера второго эжектора через соединительный трубопровод, второй циркуляционный насос и первый конденсатор соединена с диффузором первого эжектора, приемная камера третьего эжектора через соединительный трубопровод, третий циркуляционный насос и второй конденсатор соединен с диффузором второго эжектора, выходы первого, второго и третьего конденсаторов через соединительные трубопроводы соединены с входом испарителя, выход греющей трубы третьего конденсатора через соединительный трубопроводы соединен с входом коллектора нагревательного элемента, вход греющей трубы третьего конденсатора через соединительный трубопровод соединен с выходом коллектора нагревательного элемента.

В летний период времени средняя температура воздуха положительная и составляет для средней полосы нашей страны от +10°С до +25°С, при этом температура грунта составит от +10°С до +12°С, в зимний период она отрицательная, от -10°С до -25°С, но температура грунта при этом остается положительной, снижается в пределах от+3 до +5°С. Таким образом, в летний и зимний периоды времени для средней полосы нашей страны температура грунта положительна, что позволяет использовать грунт в качестве теплового аккумулятора.

Известно, что для повышения давления пара в технике используется струйный компрессор (эжектор). Струйный компрессор состоит из рабочего сопла, приемной камеры, камеры смешения, диффузора компрессора (Под ред. Гуйго Э.И. Техническая термодинамика. Ленинград: Изд. Ленинградского университета. - 1984, - с. 199).

В камере смешения и диффузоре струйного эжектора происходит увеличение давления эжектируемой паровоздушной смеси, при этом происходит увеличение ее температуры. На этом принципе основано действие теплового насоса - устройства для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии к потребителю с более высокой температурой.

В изобретении предлагается использовать последовательную схему включения трех струйных эжекторов, обеспечивающих соответственно давление р1<р2<р3 после каждого из диффузоров эжекторов.

При этом степень сжатия паровоздушной среды в трехступенчатой последовательной схеме включения эжекторов определяется как отношение давления в диффузоре эжектора третьей ступени к давлению в диффузоре эжектора первой ступени

Известно, что пропорционально повышению давления увеличивается температура паровоздушной среды. Повышение давления эжектируемого потока без затрат механической энергии является основным для струйного компрессора.

Например, для паровоздушной смеси, состоящей из технического спирта, поступающего в эжектор первой ступени, давление р1=0,04 атм. После диффузора эжектора второй ступени давление составляет р2=0,16 атм, после диффузора эжектора третьей ступени составляет р3=0,36 атм. Таким образом, полная степень сжатия, развиваемая трехступенчатой последовательной схемой включения эжекторов, составляет р3/р1=9. Если температура паровоздушной смеси в диффузоре первого эжекторе равна 5°С, то в диффузоре третьего эжектора она должна составлять 5°Сх9=45°С. С учетом потерь тепла в третьем конденсаторе, (к=0,8-0,9) температура коллектора нагревательного элемента, применяемого для обогреваемого трубопровода, составляет 36-40,5°С.

Схема транспортного обогреваемого трубопровода представлена на чертеже.

Транспортный обогреваемый трубопровод содержит секцию 1, которая находится между запорной арматурой 2, наружный изоляционный слой 3 и нагревательный элемент 4 в виде коллектора с витками 6, плотно прилегающими друг к другу и к наружной поверхности трубопровода, через который проходит теплоноситель от теплового насоса 5.

Источник теплоносителя - геотермальный тепловой насос 5. Он содержит дроссели 7, генератор пара 8, испаритель 9, три эжектора (10, 12, 14) и три конденсатора (11, 13, 15), каждый из эжекторов состоит из приемной камеры, сопла и диффузора, третий конденсатор включает нагревательную трубу 27. Далее в состав теплового насоса также входят - первый эжектор 10, первый конденсатор 11, второй эжектор 12, второй конденсатор 13, третий эжектор 14, третий конденсатор 15, циркуляционные насосы 16, тепловой аккумулятор 17 с коллектором 18, выход коллектора 18 теплового аккумулятора через соединительный трубопровод 19 соединен с распределительным устройством 20 генератора пара 8, вход которого через циркуляционный насос 16 и соединительный трубопровод соединен с выходом теплового аккумулятора 17, второй выход генератора пара 8 через дроссели и соединительные трубопроводы соединен с соплами 21 первого, второго и третьего эжекторов, приемная камера 22 первого эжектора через соединительный трубопровод соединена с первым выходом испарителя, приемная камера второго эжектора 23 через соединительный трубопровод, циркуляционный насос и первый конденсатор соединена с диффузором 24 первого эжектора, приемная камера 25 третьего эжектора через соединительный трубопровод, циркуляционный насос и второй конденсатор соединена с диффузором 26 второго эжектора, выходы первого, второго и третьего конденсаторов через соединительные трубопроводы соединены с входом испарителя, выход греющей трубы 27 третьего конденсатора через соединительный трубопровод соединен с входом коллектора 6 нагревательного элемента 4, вход греющей трубы третьего конденсатора 27 через соединительный трубопровод соединен с выходом коллектора 6 нагревательного элемента.

Транспортный обогреваемый трубопровод работает следующим образом.

Перед работой генератор пара 8 и испаритель 9 заполняются техническим спиртом.

При включении циркуляционного насоса 16 технический спирт от коллектора теплового аккумулятора 17 перекачивается в распределительное устройство генератора пара 20. В генераторе пара часть технического спирта испаряется, образуются пары спирта (рабочий пар), а оставшаяся часть спирта циркуляционным насосом 16 возвращается в коллектор 18 теплового аккумулятора 17. Образовавшийся рабочий пар через соединительные трубопроводы и дроссели 7, снижающие его давление, поступает в сопла 21 первого эжектора 10, второго эжектора 12, третьего эжектора 14 и служит носителем более холодных паров спирта, отсасываемых из испарителя 9. При этом рабочий и эжектируемый холодный пар конденсируется в первом, втором и третьем конденсаторах 11, 13, 15, а оставшиеся пары спирта через соединительные трубопроводы удаляются в испаритель 9. В диффузоре первого эжектора 10 давление смеси увеличивается, в диффузоре второго эжектора 12 давление смеси увеличивается еще в диффузоре третьего эжектора 15 давление паров еще больше растет. При этом давление паров спирта достигает максимальной величины. При повышении давления увеличивается температура паров спирта. При этом достаточно нагретые пары спирта поступают на вход третьего конденсатора 15 и нагревают теплоноситель в греющей трубе 27 третьего конденсатора. Теплоноситель по соединительному трубопроводу поступает в коллектор 6 нагревательного элемента 4, контактирующего с поверхностью трубопровода, и нагревает трубопровод на участках, расположенных перед местными сопротивлениями обогреваемого трубопровода.

Применение транспортного обогреваемого трубопровода позволяет увеличивать температуру транспортируемой жидкости в местах местных сопротивлений трубопровода, избежать аварийной ситуации, повысить производительность перекачки жидкости на 20-25%.