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

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.