Исследование возможностей использования эффекта безмашинного энергоразделения для безогневого подогрева и редуцирования давления природного газа
Автор: Сергей Станиславович Попович
Соавторы: А.Г. Здитовец, Н.А. Киселёв, М.С. Макарова
Организация: НИИ механики МГУ
Снижение (редуцирование) давления газа на газораспределительных станциях (ГРС) от магистральных 50-120 бар до 6 бар в населенных пунктах приводит к существенному падению температуры газа (0.55 градуса на 1 бар). Процесс дросселирования приводит к образованию конденсата в виде газогидратов, обмерзанию регулирующих клапанов, запорной арматуры, приборов и трубопроводов. Для исключения эффекта гидратообразования на ГРС применяют системы подогрева газа. Блок подогрева представляет собой массивную конструкцию с котельной, на которой за счет сжигания части газа остальная часть подогревается.
В технике известен способ безмашинного энергоразделения газового потока, который может быть использован для осуществления безогневного подогрева и редуцирования давления газа [1]. В основе данного метода лежит тепловое взаимодействие между сверхзвуковым и дозвуковым потоками, разделенными теплопроводной перегородкой (Рис. 1). Газ с начальным давлением P0* и температурой T0* разделяется на 2 потока: дозвуковой, текущий, например, по центральному каналу, и сверхзвуковой – по кольцевому, или наоборот. За счет теплообмена через разделяющую потоки стенку на выходе из устройства мы получаем потоки с разными температурами. Часть газа, поступающая в профилированное сверхзвуковое сопло, теряет полное давление при разгоне и торможении в диффузоре и подогревается за счет теплообмена через стенку с дозвуковым потоком. Газ, подаваемый во второй канал, сохраняет полное давление и охлаждается за счет теплоотдачи через стенку к сверхзвуковому потоку. Интенсивность нагрева или охлаждения зависит от соотношения расходов по сверхзвуковой и дозвуковой стороне.
Эффективность устройства сверхзвукового безмашинного энергоразделения определяется прежде всего количеством теплоты, передаваемой через разделяющую потоки стенку, который зависит от коэффициента теплопередачи, площади поверхности теплообмена, начальной температуры торможения потока и адиабатной температуры стенки, обтекаемой сверхзвуковым потоком.
Работа выполняется при поддержке гранта Фонда «НИР» компании «Иннопрактика» МГУ имени М.В. Ломоносова.
1.Vinogradov Y.A., Zditovets A.G., Leontiev A.I., Popovich S.S., Strongin M.M. Experimental research of shock wave processes influence on machineless gas flow energy separation effect // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 891, N. 012080. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012080.