Разработка теплообменного аппарата-регенератора для высокотемпературного нагрева газообразных сред

Актуальность поставленной задачи заключается в разработке теплообменного аппарата-регенератора, предназначенного для высокотемпературного нагрева газообразных сред, которые применяются в различных технологических схемах нефтехимической, газоперерабатывающей, энергетической и других отраслей промышленности. Разработанный теплообменный аппарат обладает высокой производительностью за счет развитой поверхности теплообмена, надежностью за счет того, что внутренняя и наружная трубы выполнены относительно друг друга подвижными с компенсацией линейных размеров, прост в изготовлении, не требует применения промежуточного теплоносителя, в качестве греющего теплоносителя могут быть использованы продукты сгорания неочищенного, низкопотенциального газообразного топлива. При этом имеется возможность оснащения разработанного аппарата конвекционным теплообменником для более эффективного использования теплоты продуктов сгорания топлива. В статье описана предлагаемая конструкция, принцип работы данного теплообменного аппарата – регенератора. Произведен обзор технической литературы, показаны основные преимущества аппарата по сравнению с известными в настоящее время отечественными и иностранными аналогами. В работе приведены основные расчетные зависимости, используемые при проектировании, а также полученные результаты проведенных расчетов. Рассмотрена возможность применения предлагаемого теплообменника в составе газотурбинной установки, используемой в качестве автономного источника электропитания, а также приведены сведения о технологических процессах, в которых он может быть использован.

1. Горшков М.В., Пашали Д.Ю. К вопросу применения газотурбинных электростанций на нефтяных месторождениях с целью обеспечения надежности электроснабжения и экологичности // Инновационная наука. 2018. № 7-8. С. 32-35.

2. Леушева Е.Л., Моренов В.А. Энергообеспечение производственных объектов в условиях Севера при кустовом строительстве скважин // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 5. С. 92-95.

3. Садыков Б.Х. Автономное электроснабжение нефтяных месторождений // Наука сегодня. Ключевые проблемы и перспективы развития. 2015. С. 91-92.

4. Романов В.В., Спицын В.Е., Боцула А.Л., и др. Особенности создания газотурбинной установки регенеративного цикла для ГПА // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2009. № 4 (40). С. 16-20.

5. Сухов А.И., Лачугин И.Г., Шевцов А.П., и др. Совершенствование технологии производства электроэнергии газотурбинными установками // Насосы. Турбины. Системы. 2013. № 1 (6). С. 22-26.

6. Хасанов Н.Г., Шигапов А.Б. Влияние реальных свойств воздуха на показатели стационарных газотурбинных установок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2014. № 9-10. С. 11–20.

7. Chmielniak T., Czaja D., Lepszy S. Selection of the air heat exchanger operating in a gas turbine air bottoming cycle // Archives of thermodynamics. 2013. V. 34. № 4. pp. 93-106.

8. Kosowski K., Tucki K., Piwowarski M., et al. Thermodynamic cycle concepts for high-efficiency power plants. PЕ B: prosumer and distributed power industry // Sustainability. 2019. №11. pp. 3-16.

9. Смирнов Ю.А., Чистик С.М., Паршин С.Н., и др. Подогреватель жидких и газообразных сред. Патент 2296921 Российская Федерация, МПК F 24 H 3/08. № 2005122794/06; опубл. 10.04.2007; Бюл. № 10.

10. Абалаков ГВ., Тимонин В.А., Шушин НА., и др. Подогреватель природного газа и газовая горелка подогревателя. Патент 58674 Российская Федерация, МПК F 24 H 3/08. опубл. 27.11.2006; Бюл. № 33.

11. Добрянский В.Л., Зарецкий Я.В., Коротков Л.В., и др. Технологический нагреватель. Патент 2168121 Российская Федерация, МПК F 24 H 3/08. опубл. 27.05.2001; Бюл. № 15.

12. AL-Attab K.A., Zainal Z.A. Design of high temperature heat exchanger for the indirectly firing of a micro gas turbine using biomassfuels // Product & Design. 2007. pp. 22-26.

13. Amirante R., Tamburrano P. High Temperature Gas-to-Gas Heat Exchanger Based on a Solid Intermediate Medium // Advances in Mechanical Engineering. 2014. P.20.

14. 14. Лачугин И.Г., Шевцов АП., Хохлов В.Ю., и др. Подогреватель газообразных сред. Патент 2686357 Российская Федерация, МПК F 24 H 3/08, F 24 H 3/10. опубл. 25.04.2019; Бюл. № 12.

15. Зацепин С.С., Купцов С.М. Применение турбодетандерных установок на газораспределительных станциях // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 12. С. 50-53.

16. Асташев С.И., Медведева О.Н. Разработка альтернативного способа подогрева топливного газа на газоперекачивающих агрегатах // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 6 (65). С. 172-176.

17. Агабабов В.С., Корягин А.В., Архарова А.Ю. Эффективность использования двухступенчатого подогрева газа перед детандер-генераторным агрегатом на ТЭС // Энергосбережение и водоподготовка. 2004. № 4 (31). С. 70-72.

18. Евдокимов Ю.Ю., Теньковский Д.В. Технологии с малым энергопотреблением на удаленных объектах Крайнего Севера // Экспозиция Нефть Газ. 2014. № 6 (38). С. 64-65.

19. Ефимов В.В., Халиулин Д.В., Халиулина Л.Э. Образование газовых гидратов на элементах внутренних устройств сепараторов при промысловой подготовке природного газа // International Scientific Review. 2018. № 1 (40). С. 27-34.