RU2378564C1

RU2378564C1 - Device for avoiding condensate plugs formation in gas pipeline

Info

Publication number: RU2378564C1
Application number: RU2008126973/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов (RU); Сергей Геннадьевич Емельянов; Николай Сергеевич Кобелев (RU); Николай Сергеевич Кобелев; Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов; Татьяна Васильевна Алябьева (RU); Татьяна Васильевна Алябьева
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-10

Abstract

FIELD: machine-building.

SUBSTANCE: invention related to pipeline gas transportation and can be used on main gas pipelines, on gas fields tails and collectors for condensate disposal. In devices for avoiding condensate plug formation in a gas pipeline, including correspondingly a pipeline with sloped parts and connection bend with a wrapping canal, with discharge condensate line at bottom part of it, located in a cone-shaped wrapping bend and connected to a storage tank, placed bellow ground frost penetration level with located condensate discharge pipeline, coaxially fixed in vertical wrapping canal, a screw-shaped caves executed on the sloped parts external surfaces and the connection bend, which profile is "swallow-tailed".

EFFECT: efficiency increase in maintaining pipeline sloped parts and connection bend temperature regime, at bellow zero outside temperatures conditions, providing film condensation at their external surfaces.

5 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводному транспорту газа и может быть использовано на магистральных газопроводах, на шлейфах и коллекторах газовых месторождений для утилизации конденсата.The invention relates to pipeline gas transport and can be used on gas pipelines, on loops and collectors of gas fields for the disposal of condensate.

Известно устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе (см. а.с. СССР № 1467305, М. кл. F17D 1/02, 1989, бюл. № 11), включающее собственно трубопровод с наклонными участками и соединительными коленами.A device is known for preventing the formation of condensate plugs in a gas pipeline (see AS USSR No. 1467305, M. class F17D 1/02, 1989, bull. No. 11), which includes the pipeline itself with inclined sections and connecting elbows.

Недостатком данного устройства является накопление конденсата при транспортировке газа пусть даже в рассредоточенном по сечению газопровода виде, что, в конечном счете, приводит к неизбежному образованию конденсатных пробок, а при отрицательных температурах окружающей трубопровод среды наблюдается образование зон замерзания, сопутствующих аварийным ситуациям.The disadvantage of this device is the accumulation of condensate during gas transportation even if it is dispersed over the cross section of the gas pipeline, which, ultimately, leads to the inevitable formation of condensate plugs, and at freezing temperatures in the environment of the pipeline, the formation of freezing zones accompanying emergency situations is observed.

Известно устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе (см. патент РФ № 2316692, МПК F17D 1/02. 2006, бюл. № 4), включающее собственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающем каналом, в нижней части соединительного колена размещен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем канале и соединенный с накопительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, при этом в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале.A device is known for preventing the formation of condensate plugs in a gas pipeline (see RF patent No. 2316692, IPC F17D 1/02. 2006, bull. No. 4), including the pipeline itself with inclined sections and a connecting bend with a female channel, located at the bottom of the connecting bend a condensate drain pipe located in the funnel-shaped female channel and connected to a storage tank located below the level of freezing of the soil, while the condensate drain pipe is placed in the storage tank, coaxially strengthened second vertical channel covering.

Недостатком технического решения является не полное использование теплоты конденсации парообразной влаги в полостях охватывающего и воронкообразного охватывающего каналов из-за витания капелек конденсата, который получается из сконденсировавшегося пара на внешней поверхности наклонных участков, что значительно снижает коэффициент теплоотдачи и, соответственно, прогрев внешней поверхности соединительного колена, а это в конечном итоге увеличивает вероятность аварийных ситуаций, т.е. полностью не устраняет возможность образования конденсатных пробок.The disadvantage of the technical solution is the incomplete use of the heat of condensation of vaporous moisture in the cavities of the female and funnel-shaped female channels due to the condensate droplets soaking up from condensed steam on the outer surface of the inclined sections, which significantly reduces the heat transfer coefficient and, accordingly, the heating of the outer surface of the connecting elbow , and this ultimately increases the likelihood of emergencies, i.e. does not completely eliminate the possibility of the formation of condensate plugs.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности поддержания в условия отрицательных температур окружающей среды температурного режима в наклонных участках трубопровода и соединительного колена путем обеспечения пленочной конденсации на их наружных поверхностях, что увеличивает количество теплоты, передаваемое теплопроводностью и конвекцией транспортируемому газу.The technical task of the invention is to increase the efficiency of maintaining the temperature regime in conditions of negative ambient temperatures in the inclined sections of the pipeline and connecting elbow by providing film condensation on their outer surfaces, which increases the amount of heat transferred by the heat conduction and convection to the transported gas.

Технический результат по поддержанию соответствующего температурного режима при эффективном использовании теплоты фазового перехода достигается в устройстве для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе, включающем соответственно трубопровод с наклонными участками и соединительное колено с охватывающим каналом, в нижней части соединительного колена выполнен сливной конденсатопровод, расположенный в воронкообразном охватывающем колене и соединенный с накопительной емкостью, расположенной ниже уровня промерзания грунта, причем в накопительной емкости размещен трубопровод отвода конденсата, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале, при этом на наружных поверхностях наклонных участков и соединительного колена выполнены винтообразные канавки, профиль которых имеет вид «ласточкин хвост».The technical result of maintaining the appropriate temperature regime with the efficient use of the phase transition heat is achieved in a device for preventing the formation of condensate plugs in the gas pipeline, respectively comprising a pipeline with inclined sections and a connecting bend with an enclosing channel, a drain condensate conduit located in a funnel-shaped surrounding the knee and connected to the storage tank located below the level of the frozen soil, and in the storage tank there is a condensate drain pipe coaxially mounted in the vertical covering channel, while on the outer surfaces of the inclined sections and the connecting elbow helical grooves are made, the profile of which looks like “dovetail”.

На фиг.1 изображен рельефный участок газопровода, на фиг.2 - внешняя поверхность нисходящего участка газопровода с винтообразными канавками, на фиг.3 - внешняя поверхность соединительного колена с винтообразными канавками, на фиг.4 - внешняя поверхность восходящего участка газопровода с винтообразными канавками, на фиг.5 - профиль винтообразной канавки в виде ласточкина хвоста.Figure 1 shows the relief section of the gas pipeline, figure 2 - the outer surface of the descending section of the gas pipeline with helical grooves, figure 3 - the outer surface of the connecting elbow with helical grooves, figure 4 - the outer surface of the ascending section of the gas pipeline with helical grooves, figure 5 - profile of a helical groove in the form of a dovetail.

Устройство состоит из наклонных восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3, которые размещены в охватывающем канале 4. В нижней части соединительного колена 3 выполнен сливной конденсатопровод 5, расположенный в воронкообразном охватывающем канале 6 и соединенный с накопительной емкостью 7, при этом в накопительной емкости 7 размещен трубопровод отвода конденсата 8, соосно укрепленный в вертикальном охватывающем канале 9 и имеющий вентиль 10 для сбора конденсата. На наружной поверхности 11 нисходящего участка 2 выполнены винтообразные канавки 12, на наружной поверхности 13 соединительного колена 3 выполнены винтообразные канавки 14, на наружной поверхности 15 восходящего участка 1 газопровода выполнены винтообразные канавки 16, при этом профиль винтообразных канавок 12, 14, 16 имеет вид «ласточкин хвост».The device consists of inclined ascending 1 and descending 2 sections of the gas pipeline and connecting elbow 3, which are placed in the female channel 4. In the lower part of the connecting elbow 3, a condensate drain 5 is located located in the funnel-shaped female channel 6 and connected to the storage tank 7, while of the storage tank 7 there is a condensate discharge pipe 8 coaxially mounted in a vertical female channel 9 and having a valve 10 for collecting condensate. On the outer surface 11 of the descending section 2, helical grooves 12 are made, on the outer surface 13 of the connecting elbow 3, helical grooves 14 are made, on the outer surface 15 of the ascending section 1 of the gas pipeline, helical grooves 16 are made, and the profile of the helical grooves 12, 14, 16 has the form " dovetail".

Устройство для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе работает следующим образом.A device for preventing the formation of condensate plugs in a gas pipeline works as follows.

Наиболее опасными участками в части образования конденсатных пробок и замерзания конденсата является его восходящий участок 1 соединительное колено 3. Для предотвращения образования конденсатных пробок в газопроводе необходимо непрерывное удаление конденсата, а для устранения замерзания его осуществляется соответствующее поддержание температурного режима. Конденсат, образующийся в восходящем 1 и нисходящем 2 участках за счет охлаждения стенок в промерзлом грунте, стекает под действием силы тяжести по соединительному колену 3 через сливной конденсатопровод 5 в накопительную емкость 7, которая расположена ниже уровня промерзания грунта. В результате этого конденсат нагревается (соединительное колено 3 находится в зоне промерзания грунта) и легкокипящая фракция углеводородов, входящая в состав транспортируемого газа, испаряется и через воронкообразный охватывающий канал 6 поступает в охватывающий канал 4 газопровода. При этом пары конденсата, перемещаясь по охватывающему каналу 4, контактируют с внешней поверхностью соединительного колена 3, восходящего 1 и нисходящего 2 участков и постепенно конденсируются, выделяя при этом теплоту фазового перехода.The most dangerous areas in terms of the formation of condensate plugs and condensate freezing are its ascending section 1, connecting elbow 3. To prevent the formation of condensate plugs in the gas pipeline, continuous condensate removal is necessary, and to prevent freezing, the temperature is maintained accordingly. Condensate formed in the ascending 1 and descending 2 areas due to the cooling of the walls in frozen soil, flows under the influence of gravity along the connecting elbow 3 through the drain condensate line 5 into the storage tank 7, which is located below the level of freezing of the soil. As a result of this, the condensate is heated (connecting elbow 3 is in the freezing zone of the soil) and the low-boiling hydrocarbon fraction included in the transported gas is vaporized and enters through the funnel-shaped enclosing channel 6 into the enclosing channel 4 of the gas pipeline. In this case, the condensate vapor, moving along the covering channel 4, is in contact with the outer surface of the connecting elbow 3, ascending 1 and descending 2 sections and gradually condense, thus releasing the heat of phase transition.

Мелкодисперсные капельки конденсата отрываются от внешней поверхности нисходящего 2 и восходящего 1 участков соединительного колена 3 и под действием силы тяжести устремляются в накопительную емкость 7. В результате воздействия на мелкодисперсные капельки конденсата потока испаряющейся легкокипящей фракции углеводородов наблюдается «витание» этих капелек и испарение их под воздействием теплоты поднимающегося из накопительной емкости 7 потока пара легкокипящей фракции. Известно, что коэффициент теплоотдачи в процессе капельной конденсации в 10-15 раз превышает коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации (см., например, Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: - Высшая школа, 1980, 490 с., стр.398 ил.), а это приводит к тому, что в данном конденсатно-испарительном процессе основной теплообмен происходит не на поверхности охватывающего канала 4 и воронкообразного охватывающего канала 6, а в полости между внутренней поверхностью охватывающего канала 4, воронкообразного охватывающего канала 6 и наружными поверхностями восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3. В результате температурный градиент конденсата транспортируемого газа, образующегося в восходящем 1 и нисходящем 2 участках газопровода, уменьшается, стремясь к значениям, при которых может наступить его замерзание и, соответственно, образование конденсатных пробок, т.к. практически отсутствует передача теплоты от как фазового перехода при испарении мелкодисперсных капелек, так и конденсации пара легкокипящей фракции углеводородов к наружной поверхности восходящего 1 и нисходящего 2 участков газопровода, т.е. данная теплота преимущественно рассеивается в полости между внутренней поверхностью охватывающего канала 4, воронкообразного охватывающего канала 6 и наружными поверхностями восходящего 1, нисходящего 2 участков газопровода и соединительного колена 3.Fine droplets of condensate are torn off from the outer surface of the descending 2 and ascending 1 sections of the connecting elbow 3 and rush into the storage tank 7 under the influence of gravity. As a result of the action of fine droplets of the condensate on the flow of the evaporating low boiling fraction of hydrocarbons, these droplets “wander” and evaporate under the influence of heat rising from the storage tank 7 stream of steam boiling fraction. It is known that the heat transfer coefficient in the process of droplet condensation is 10-15 times higher than the heat transfer coefficient in film condensation (see, for example, Nashchokin V.V. Technical Thermodynamics and Heat Transfer. M.: Higher School, 1980, 490 pp., P. .398 ill.), And this leads to the fact that in this condensate-evaporation process, the main heat exchange occurs not on the surface of the female channel 4 and the funnel-shaped female channel 6, but in the cavity between the inner surface of the female channel 4, the funnel-shaped female channel 6 and the outer surfaces of the ascending 1 and descending 2 sections of the gas pipeline and connecting elbow 3. As a result, the temperature gradient of the condensate of the transported gas generated in the ascending 1 and descending 2 sections of the gas pipeline decreases, tending to values at which it may freeze and, accordingly, the formation of condensate traffic jams, as there is practically no heat transfer from both the phase transition during the evaporation of finely dispersed droplets and the condensation of the vapor of the low-boiling fraction of hydrocarbons to the outer surface of ascending 1 and descending 2 sections of the gas pipeline, i.e. this heat is mainly dissipated in the cavity between the inner surface of the female channel 4, the funnel-shaped female channel 6 and the outer surfaces of the ascending 1, descending 2 sections of the gas pipeline and connecting elbow 3.

В процессе контакта паров легкокипящей фракции углеводородов, входящих в состав транспортируемого газа, которая в виде конденсата поступает в накопительную емкость 7, с наружной поверхностью 11 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода образуется мелкодисперсные капли конденсата, которые, перемещаясь под действием центробежных сил, закручиваются в винтообразных канавках 12, коагулируют и образуют конденсатную пленку. Одновременно на наружной поверхности 15 восходящего 1 участка газопровода конденсируются также пары, поступающие из накопительной емкости 7, которая расположена ниже уровня промерзания грунта, и в виде мелкодисперсных капелек конденсата закручиваются в винтообразных канавках 16 и образуют конденсатную пленку. В результате наблюдается процесс, концентрированный на внешних поверхностях 11 и 15 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода, и теплота фазового перехода полностью посредством тепломассообмена и теплопроводности и последующей конвекции поступает к транспортируемому газу, т.к. выполнение винтообразных канавок 12 и 16 с профилем в виде ласточкина хвоста практически устраняет выпадение конденсата в полость между наружными поверхностями 11 и 15 нисходящего 2 и восходящего 1 участков газопровода и внутренней поверхностью охватывающего канала 4, т.е. в данном случае отсутствует рассеивание теплоты фазового перехода.In the process of contact of the vapors of the low-boiling fraction of hydrocarbons that are part of the transported gas, which enters the storage tank 7 in the form of condensate, with the outer surface 11 of the descending 2 and ascending 1 sections of the gas pipeline, fine droplets of condensate are formed, which, moving under the action of centrifugal forces, twist into helical grooves 12, coagulate and form a condensate film. Simultaneously, the vapors coming from the storage tank 7, which is located below the level of freezing of the soil, also condense on the outer surface 15 of the ascending 1 section of the gas pipeline, and in the form of fine condensate droplets twist in screw-shaped grooves 16 and form a condensate film. As a result, there is a process concentrated on the outer surfaces 11 and 15 of the descending 2 and ascending 1 sections of the gas pipeline, and the heat of the phase transition is completely transferred to the transported gas through heat and mass transfer and heat conduction and subsequent convection, because the implementation of helical grooves 12 and 16 with a dovetail profile virtually eliminates condensation in the cavity between the outer surfaces 11 and 15 of the descending 2 and ascending 1 sections of the gas pipeline and the inner surface of the enclosing channel 4, i.e. in this case, there is no dissipation of the heat of the phase transition.

Собираемая в винтообразных канавках 12 и 16 конденсатная пленка под действием силы тяжести поступает в винтообразные канавки 14, расположенные на внутренней поверхности 13 соединительного колена 3, отдает оставшуюся часть теплоты фазового перехода сливному конденсатопроводу 5 и поступает в накопительную емкость 7, где закипает, т.к. в нее входит легкокипящая фракция углеводородов и цикл интенсификации тепломассообмена с поддержанием температурного режима путем эффективной передачи теплоты транспортируемому газу повторится. При этом обогрев трубопровода отвода конденсата 8 проходит аналогично в процессе конденсации паров жидкости в вертикальном охватывающем канале 9. Если наблюдается значительное накопление конденсата в емкости 7, то осуществляется его удаление посредством открытия вентиля 10 через трубопровод отвода конденсата 8. Процесс удаления конденсата из емкости осуществляется как вручную, так и автоматически (не показано).The condensate film collected in the helical grooves 12 and 16 under the action of gravity enters the helical grooves 14 located on the inner surface 13 of the connecting elbow 3, transfers the remaining part of the phase transition heat to the drain condensate conduit 5 and enters the storage tank 7, where it boils, because . it includes a low-boiling fraction of hydrocarbons and a cycle of intensification of heat and mass transfer with maintaining the temperature regime by efficient heat transfer to the transported gas will be repeated. In this case, the heating of the condensate drain pipe 8 proceeds similarly in the process of condensation of liquid vapor in the vertical covering channel 9. If there is a significant accumulation of condensate in the tank 7, it is removed by opening the valve 10 through the condensate drain pipe 8. The process of removing condensate from the tank is carried out as manually and automatically (not shown).

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что предотвращение замерзания конденсата достигается без дополнительных энергозатрат на поддержание соответствующего температурного режима в условиях отрицательных температур окружающей газопровод среды, а за счет эффективного использования теплоты фазового перехода при преимущественно пленочной конденсации паров легкокипящей фракции углеводородов, входящих в состав транспортируемого газа, путем выполнения на внутренних поверхностях наклонных участков трубопровода и соединительного колена винтообразных канавок, профиль которых имеет вид «ласточкина хвоста», что обеспечивает более полное осуществление передачи теплоты теплопроводностью и конвекцией транспортируемому газу, чем капельная конденсация, приводящая к частичному рассеиванию теплоты вне поверхности наклонных участков газопровода.The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the prevention of condensate freezing is achieved without additional energy consumption to maintain the appropriate temperature conditions in the conditions of negative temperatures of the medium surrounding the gas pipeline, and due to the efficient use of the phase transition heat with predominantly film condensation of the vapors of the low-boiling hydrocarbon fraction included in the transported gas, by performing on the inner surfaces of inclined sections of pipes and wires connecting the knee helical grooves whose profile has the form "dovetail" that provides a more complete implementation of the transfer of heat conduction and convection gas transported than drip condensation, leading to partial heat dissipation surface is inclined sections of the pipeline.

Claims

A device for preventing the formation of condensate plugs in the gas pipeline, including the pipeline itself with inclined sections and a connecting bend with a female channel, a drain condensate pipe located in the funnel-shaped female channel and connected to a filling tank located below the freezing level of the soil is made in the lower part of the connecting bend in the storage tank there is a condensate drain pipe coaxially mounted in a vertical female channel, distinguishing I in that the outer surfaces of the inclined portions of the connecting pipe and knee made helical grooves whose profile has the form "dovetail".