RU2729566C1 - Device for underwater cooling of flow of hydrocarbon mixture and method of underwater cooling of flow of hydrocarbon mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: disclosed are a method for underwater cooling of a stream of a hydrocarbon mixture and a device for its implementation, comprising a casing and a means of generating a stream of sea water, configured to direct a stream of sea water, wherein the casing comprises: sea water influx intensification pipes, lower belt, upper belt, middle belt with expansion, outlet hole of outlet pipeline; a supply pipeline, a discharge pipeline, a plurality of vertically arranged bundles of heat exchange tubes, wherein each of the plurality of heat exchange tube bundles comprises a plurality of first heat exchange sections, each of which contains plurality of second heat exchange sections, each of which contains plurality of heat exchange tubes; plurality of first upper headers and plurality of second upper headers; a plurality of first lower headers and a plurality of second lower headers; wherein plurality of bundles of heat exchange tubes, a plurality of manifolds, a supply pipeline and a discharge pipeline are configured to direct the hydrocarbon mixture flow in a direction opposite to the direction of the sea water flow, with provision of consistent uniform separation of said flow on heat exchange tubes after supply pipeline and connection of flow in front of discharge pipeline.

EFFECT: increase of heat flow through heat exchange surface due to provision of counterflow flow pattern of heat carriers, additional supply of colder flows of sea water through intermediate holes between inlet and outlet of housing with holes and providing uniform heat exchange on sections of cooler due to identical speeds of both flow of hydrocarbon mixture and flow of surrounding sea water.

6 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к аппаратам подводного охлаждения углеводородной смеси, и может быть использовано в нефтедобывающей, газодобывающей, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.The present invention relates to the field of heat and power engineering, namely to apparatus for underwater cooling of a hydrocarbon mixture, and can be used in oil production, gas production, oil refining, gas processing and other industries.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Из существующего уровня техники известно устройство, относящееся к подводному теплообменнику и раскрытое в документе WO 2010/002272 А1 (опубликован 07.01.2010).A device related to an underwater heat exchanger and disclosed in WO 2010/002272 A1 (published 07.01.2010) is known from the prior art.

Известный из упомянутого документа теплообменник включает конвекционную теплообменную секцию в виде трубного пучка, предназначенную для теплообмена между перекачиваемым флюидом внутри труб трубного пучка и окружающей водой на противоположной стороне стенки труб трубного пучка, а также конвекционную теплообменную секцию со входом и выходом для морской воды, окруженную кожухом. Кроме того, известный теплообменник снабжен средством для управления сквозным потоком окружающей морской воды от входа к выходу морской воды в виде насоса. Посредством изменения частоты вращения привода насоса или путем управления дроссельным клапаном оператор может контролировать скорость теплообмена между флюидом, протекающим через конвекционную теплообменную секцию, и морской водой.The heat exchanger known from the aforementioned document includes a convection heat exchange section in the form of a tube bundle, designed for heat exchange between the pumped fluid inside the tubes of the tube bundle and the surrounding water on the opposite side of the wall of the tubes of the tube bundle, as well as a convection heat exchange section with inlet and outlet for seawater, surrounded by a casing ... In addition, the known heat exchanger is provided with means for controlling the through-flow of the surrounding seawater from the seawater inlet to the seawater outlet in the form of a pump. By changing the speed of the pump drive or by controlling the throttle valve, the operator can control the rate of heat exchange between the fluid flowing through the convection heat exchange section and the seawater.

Недостатками данного технического решения являются: существенное снижение теплоотдачи при остановке насоса перекачки морской воды ввиду отсутствия требуемого потока морской воды; неэффективное использование процесса конвективного теплообмена из-за наличия кожуха с одним входным отверстием для морской воды; неиспользование эффекта увеличения теплообмена за счет противотока между потоком углеводородной смеси и хладоносителем; неравномерное распределение расходов по теплообменным трубам; разные скорости потоков в теплообменных трубах и подводящем и отводящем коллекторах.The disadvantages of this technical solution are: a significant decrease in heat transfer when the pump stops pumping seawater due to the lack of the required flow of seawater; ineffective use of the convective heat transfer process due to the presence of a shell with one inlet for seawater; non-use of the effect of increasing heat transfer due to counterflow between the flow of the hydrocarbon mixture and the coolant; uneven distribution of costs through heat exchange tubes; different flow rates in heat exchange tubes and inlet and outlet headers.

Также, из документа US 2012/0103621 А1 (опубликован 03.05.2012) известна подводная система с подводным охладителем и метод для очистки подводного охладителя, которая содержит подводный охладитель и компрессор, расположенные последовательно в поточной линии системы. Известная подводная система дополнительно содержит линию рециркуляции, которая сконфигурирована так, что часть текучей среды с линии нагнетания компрессора рециркулируется обратно в подводящую линию подводного охладителя. Рециркуляционная линия используется для регулирования производительности компрессора и очистки подводного охладителя. В системе предусмотрено несколько вариантов подводных охладителей. В одном из вариантов охладитель содержит вертикальный трубопровод, соединенный с подводящим трубопроводом. После вертикального трубопровода установлен распределительный трубопровод, который разделяет поток жидкости в вертикальной трубе на три ветви. К каждой ветви распределительного трубопровода подключен впускной коллектор. Аналогичным образом подводный охладитель содержит отводящий трубопровод, который соединен с объединенным коллектором. К объединенному коллектору подсоединены три выпускных коллектора, которые предпочтительно расположены в более низком положении, чем впускные коллекторы. Между впускным коллектором и выпускным коллектором проходят теплообменные трубы. Подводный охладитель сконфигурирован таким образом, что теплообменные трубы подвергаются воздействию окружающей морской воды. Теплообменные трубы предпочтительно устанавливаются вертикально. Выпускные коллекторы и впускные коллекторы имеют наклон относительно горизонтальной плоскости. Практически вертикальная конфигурация теплообменных труб и наклонная конфигурация выходного коллектора и входного коллектора облегчают удаление песка и отложений из подводного охладителя. Подводный охладитель может иметь несколько секцией охлаждения. Подводный охладитель снабжен клапанными устройствами, которые сообщаются с системой управления для контроля и регулирования потоков. В другом варианте подводный охладитель содержит восемь охлаждающих секций, каждая из которых содержит впускной коллектор, имеющий подъем, и выпускной коллектор. Между впускным коллектором и выпускным коллектором каждой охлаждающей секции предусмотрены теплообменные трубы. Работает охладитель следующим образом. Охлаждаемая жидкость протекает по стояковой трубе. В верхней части поток жидкости разделяется и течет по четырем трубам в распределительные коллекторы четырех охлаждающих секций. После этого поток жидкости распределяется по охлаждающим секциям и стекает вниз по теплообменным трубам, которые подвергаются воздействию окружающей морской воды. Подводный охладитель снабжен одним или несколькими клапанными устройствами для контроля и регулирования потоков в каждой секции. Недостатками известных из документа US 2012/0103621 А1 технических решений являются существенное снижение теплоотдачи из-за: отсутствия принудительного движения потока морской воды; отсутствия направленного движения потока при естественной конвекции ввиду отсутствия кожуха; неиспользования эффекта противотока между потоком углеводородной смеси и хладоносителем; разных значений скоростей потока в теплообменных трубах, коллекторах и распределительных трубопроводах; образования отложений и застойных зон ввиду наличия резких изменений направления движения потока, когда горизонтальный подводящий трубопровод переходит в вертикальный.Also, from the document US 2012/0103621 A1 (published 03.05.2012) a subsea system with an subsea cooler and a method for cleaning the subsea cooler is known, which contains an subsea cooler and a compressor located in series in the flow line of the system. The known subsea system further comprises a recirculation line that is configured such that a portion of the compressor discharge line fluid is recirculated back to the subsea cooler feed line. The recirculation line is used to regulate the compressor capacity and clean the subsea cooler. The system provides several options for underwater coolers. In one embodiment, the cooler comprises a vertical pipeline connected to a supply pipeline. After the vertical pipeline, a distribution pipeline is installed, which divides the liquid flow in the vertical pipe into three branches. An intake manifold is connected to each branch of the distribution pipeline. Likewise, the subsea cooler includes a return line that is connected to an integrated manifold. Three exhaust manifolds are connected to the joint manifold and are preferably located at a lower position than the intake manifolds. Heat exchanger tubes run between the intake manifold and the exhaust manifold. The subsea chiller is configured so that the heat exchange tubes are exposed to the surrounding seawater. The heat exchange tubes are preferably installed vertically. The exhaust manifolds and intake manifolds are tilted relative to the horizontal plane. The nearly vertical configuration of the heat exchange tubes and the angled configuration of the outlet header and inlet header facilitate the removal of sand and deposits from the subsea cooler. The subsea chiller can have multiple cooling sections. The subsea chiller is equipped with valve devices that communicate with the control system to control and regulate flows. In another embodiment, the subsea cooler comprises eight cooling sections, each of which includes an intake manifold that has a rise and an outlet manifold. Heat exchange tubes are provided between the inlet manifold and the outlet manifold of each cooling section. The cooler works as follows. The liquid to be cooled flows through the riser pipe. In the upper part, the liquid stream is split and flows through four pipes to the distribution manifolds of the four cooling sections. Thereafter, the liquid flow is distributed to the cooling sections and flows down the heat exchange tubes, which are exposed to the surrounding seawater. The subsea chiller is equipped with one or more valve devices to control and regulate flows in each section. The disadvantages of the technical solutions known from the document US 2012/0103621 A1 are a significant decrease in heat transfer due to: the absence of forced movement of the flow of seawater; lack of directional flow with natural convection due to the absence of a casing; non-use of the counterflow effect between the flow of the hydrocarbon mixture and the coolant; different values of flow rates in heat exchange tubes, collectors and distribution pipelines; the formation of deposits and stagnant zones due to the presence of sharp changes in the direction of flow, when the horizontal supply pipeline turns into a vertical one.

Наиболее близким к заявленному изобретению является подводный охладитель, известный из документа US 2010/0252227 А1 (опубликован 07.10.2010).Closest to the claimed invention is an underwater cooler known from document US 2010/0252227 A1 (published 07.10.2010).

Указанный подводный охладитель имеет вход для потока горячего флюида, выход для охлажденного флюида, охлаждающий блок, содержащий несколько змеевиков теплообменных труб, подвергаемых воздействию морской воды для охлаждения горячего флюида, а также средство для генерации потока морской воды через змеевики. Упомянутое средство для генерации потока морской воды через змеевики состоит из гребного винта и вращательного исполнительного механизма. Гребной винт устроен так, что при его работе он создает желаемый поток морской воды через змеевики, расположенные в морской воде. Охлаждающий блок известного охладителя заключен в кожух, или змеевики охлаждающего блока расположены в кожухах. Такая конфигурация позволяет направлять поток морской воды через змеевики теплообменных труб. Недостатками данного технического решения являются: существенное снижение теплоотдачи при остановке средства перекачки морской воды ввиду отсутствия требуемого потока морской воды; неэффективное использование процесса конвективного теплообмена из-за наличия кожуха с одним входным отверстием для морской воды; неиспользование эффекта увеличения теплообмена за счет противотока между потоком углеводородной смеси и хладоносителем; неравномерное распределение расходов по теплообменным трубам; разные скорости потоков в теплообменных трубах и подводящем и отводящем коллекторах.Said subsea cooler has an inlet for a hot fluid flow, an outlet for chilled fluid, a cooling unit containing a plurality of heat exchange tube coils exposed to seawater to cool the hot fluid, and means for generating seawater flow through the coils. Said means for generating seawater flow through the coils consists of a propeller and a rotary actuator. The propeller is designed so that when it operates, it creates the desired flow of seawater through the coils located in the seawater. The cooling unit of a known cooler is enclosed in a jacket, or the coils of the cooling unit are located in the jacket. This configuration allows the flow of seawater to be directed through the coils of the heat exchange tubes. The disadvantages of this technical solution are: a significant decrease in heat transfer when the means for pumping sea water is stopped due to the lack of the required flow of sea water; ineffective use of the convective heat transfer process due to the presence of a shell with one inlet for seawater; non-use of the effect of increasing heat transfer due to counterflow between the flow of the hydrocarbon mixture and the coolant; uneven distribution of costs through heat exchange tubes; different flow rates in heat exchange tubes and inlet and outlet headers.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа для подводного охлаждения потока углеводородной смеси и устройства для его реализации, конструктивные особенности которого позволяют максимизировать охлаждение потока углеводородной смеси и увеличить эффективность теплообмена между перекачиваемым флюидом как при работающем средстве генерирования потока морской воды, так и при неработающем средстве генерирования потока морской воды.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a method for underwater cooling of a hydrocarbon mixture flow and a device for its implementation, the design features of which allow maximizing the cooling of the hydrocarbon mixture flow and increasing the efficiency of heat transfer between the pumped fluid as when a means of generating a flow of seawater is in operation, and when the seawater flow generating means is inoperative.

Упомянутая техническая проблема решается за счет того, что заявленное изобретение имеет в своем составе кожух специальной конструкции, имеющий расширение и дополнительные отверстия между входом и выходом кожуха с патрубками, а также вертикальные теплообменные секции, в которых происходит равномерное разделение расходов с обеспечением близкой скорости потока во всех трактах теплообменного пучка, при этом поток флюида направляется по теплообменным секциям по направлению сверху вниз, а генерируемый поток морской воды - по направлению снизу вверх, обеспечивая таким образом противоточную схему движения.The mentioned technical problem is solved due to the fact that the claimed invention comprises a casing of a special design, which has an expansion and additional holes between the inlet and outlet of the casing with branch pipes, as well as vertical heat exchange sections, in which there is a uniform separation of costs while ensuring a close flow rate during all paths of the heat exchange bundle, while the fluid flow is directed through the heat exchange sections from top to bottom, and the generated flow of seawater - from bottom to top, thus providing a counterflow pattern of movement.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении теплового потока через поверхность теплообмена за счет обеспечения противоточной схемы движения теплоносителей, дополнительного поступления более холодных потоков морской воды через промежуточные между входом и выходом кожуха отверстия с патрубками и обеспечение равномерного теплообмена по сечениям охладителя ввиду одинаковых скоростей как потока углеводородной смеси, так и потока окружающей морской воды.The technical result achieved by the implementation of the invention consists in increasing the heat flux through the heat exchange surface due to the provision of a countercurrent flow pattern of heat carriers, additional inflow of colder seawater flows through the openings with nozzles intermediate between the inlet and outlet of the casing, and ensuring uniform heat exchange along the sections of the cooler due to the same the velocities of both the flow of the hydrocarbon mixture and the flow of the surrounding seawater.

Также, посредством заявленного изобретения достигается увеличение эффективности теплообмена за счет:Also, through the claimed invention, an increase in the efficiency of heat exchange is achieved due to:

прямолинейной конфигурации нижнего пояса кожуха, что обеспечивает стабилизацию потока для дальнейшего прямолинейного распространения вдоль теплообменных трубок,rectilinear configuration of the lower belt of the casing, which ensures flow stabilization for further rectilinear propagation along the heat exchange tubes,

восходящей ориентации патрубков подачи морской воды в сторону кожуха, что обеспечивает движение более холодных масс морской воды внутрь кожуха,an ascending orientation of the seawater supply pipes towards the casing, which ensures the movement of colder seawater masses inside the casing,

вертикальной компоновки теплообменных трубок и кожуха, наличия принудительного потока морской воды, что минимизирует обрастание устройства морскими организмами.vertical arrangement of heat exchange tubes and casing, the presence of a forced flow of seawater, which minimizes the fouling of the device by marine organisms.

Кроме того, вертикальная компоновка теплообменных трубок и кожуха, а также расположение подводящего и отводящего трубопровода с диаметрально противоположных сторон, позволяет обеспечить возможность линейного расположения устройства относительно сопряженного оборудования, что упрощает компоновку на станции и обеспечивает оптимизацию размещения устройства на станции.In addition, the vertical arrangement of the heat exchange tubes and the casing, as well as the location of the supply and discharge pipelines from diametrically opposite sides, allows for the possibility of a linear arrangement of the device relative to the associated equipment, which simplifies the layout at the station and ensures the optimization of the placement of the device at the station.

Негерметичный кожух обеспечивает близкие значения давления снаружи и внутри кожуха, что минимизирует толщину стенки кожуха и упрощает процессы изготовления и монтажа.A leaky enclosure provides similar pressures inside and outside the enclosure, which minimizes enclosure wall thickness and simplifies manufacturing and installation.

Выполнение теплообменных секций в виде одинаковых модулей обеспечивает унификацию охладителей, при этом их взаимная компоновка позволяет предусмотреть полости для вертикального размещения опорных и несущих элементов, что обеспечивает снижение общих габаритов устройства.The execution of the heat exchange sections in the form of identical modules ensures the unification of the coolers, while their mutual arrangement makes it possible to provide cavities for the vertical placement of supporting and bearing elements, which reduces the overall dimensions of the device.

Более подробно, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что устройство для подводного охлаждения потока углеводородной смеси содержит:In more detail, the specified problem and the claimed technical result are respectively solved and achieved due to the fact that the device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream contains:

кожух и средство генерирования потока морской воды, выполненные с возможностью направления потока морской воды, причемa casing and seawater flow generating means adapted to direct the seawater flow, wherein

кожух содержит:the casing contains:

патрубки интенсификации притока морской воды,branch pipes for intensifying the inflow of sea water,

нижний пояс,lower belt,

верхний пояс,upper belt,

средний пояс с расширением,middle belt with extension,

отверстие для вывода отводящего трубопровода;hole for the outlet of the discharge pipeline;

подводящий трубопровод,supply pipeline,

отводящий трубопровод,outlet pipeline,

множество вертикально расположенных пучков теплообменных трубок,a lot of vertically arranged bundles of heat exchange tubes,

причем каждый из множества пучков теплообменных трубок содержит множество первых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество вторых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество теплообменных трубок;wherein each of the plurality of bundles of heat exchange tubes contains a plurality of first heat exchange sections, each of which contains a plurality of second heat exchange sections, each of which contains a plurality of heat exchange tubes;

множество первых верхних коллекторов и множество вторых верхних коллекторов;a plurality of first top headers and a plurality of second top headers;

множество первых нижних коллекторов и множество вторых нижних коллекторов;a plurality of first lower headers and a plurality of second lower headers;

при этом множество пучков теплообменных трубок, множество коллекторов, подводящий трубопровод и отводящий трубопровод выполнены с возможностью направления потока углеводородной смеси в направлении, противоположном направлению потока морской воды, с обеспечением последовательных равномерного разделения указанного потока по теплообменным трубкам после подводящего трубопровода и соединения потока перед отводящим трубопроводом.in this case, a plurality of bundles of heat exchange tubes, a plurality of collectors, a supply pipeline and a discharge pipeline are configured to direct the flow of the hydrocarbon mixture in the direction opposite to the direction of the flow of seawater, ensuring successive uniform division of the specified flow along the heat exchange tubes after the supply pipeline and connecting the flow in front of the discharge pipeline ...

Кроме того, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что теплообменные трубки каждой из множества вторых теплообменных секций расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, вторые теплообменные секции каждой из первых теплообменных секций расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, первые теплообменные секции каждого из пучков теплообменных трубок расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника так, чтобы образовывать полости, выполненные с возможностью размещения опорных и несущих элементов.In addition, the specified problem and the claimed technical result are respectively solved and achieved due to the fact that the heat exchange tubes of each of the plurality of second heat exchange sections are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon, the second heat exchange sections of each of the first heat exchange sections are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon, the first heat exchange sections of each of the bundles of heat exchange tubes are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon so as to form cavities adapted to accommodate supporting and bearing elements.

Также, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет способа для подводного охлаждения потока углеводородной смеси, содержащего этапы, на которых:Also, the specified problem and the claimed technical result are respectively solved and achieved by means of a method for underwater cooling of a flow of a hydrocarbon mixture, containing the stages at which:

подают поток углеводородной смеси в подводящий трубопровод устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси;the flow of hydrocarbon mixture is supplied to the supply pipeline of the device for underwater cooling of the flow of the hydrocarbon mixture;

посредством кожуха и средства генерирования потока морской воды устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси направляют поток морской воды;by means of the casing and the means for generating a stream of seawater of the device for underwater cooling of the stream of the hydrocarbon mixture, directing the stream of seawater;

последовательно направляют поток углеводородной смеси в направлении, противоположном направлению потока морской воды, по подводящему трубопроводу, множеству первых верхних коллекторов и множеству вторых верхних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси с обеспечением параллельного разделения потока углеводородной смеси для одновременного прохождения по множеству теплообменных трубок множества вторых теплообменных секций множества первых теплообменных секций множества пучков теплообменных трубок устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси;sequentially direct the flow of the hydrocarbon mixture in the direction opposite to the direction of the flow of seawater through the supply pipeline, a plurality of first upper headers and a plurality of second upper headers of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream, providing parallel separation of the hydrocarbon mixture flow for simultaneous passage through a plurality of heat exchange tubes of a plurality of second heat exchange sections of a plurality of first heat exchange sections of a plurality of bundles of heat exchange tubes of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream;

последовательно направляют поток углеводородной смеси из множества теплообменных трубок множества вторых теплообменных секций множества первых теплообменных секций множества пучков теплообменных трубок устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси во множество вторых нижних коллекторов и первых нижних коллекторов с обеспечением параллельного соединения потока углеводородной смеси;sequentially directing a hydrocarbon mixture stream from a plurality of heat exchange tubes of a plurality of second heat exchange sections of a plurality of first heat exchange sections of a plurality of bundles of heat exchange tubes of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream into a plurality of second lower headers and first lower headers to provide parallel connection of the hydrocarbon mixture stream;

направляют поток углеводородной смеси после параллельного соединения потока углеводородной смеси в отводящий трубопровод устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси.the flow of the hydrocarbon mixture is directed after the parallel connection of the flow of the hydrocarbon mixture into the outlet pipeline of the device for underwater cooling of the flow of the hydrocarbon mixture.

Дополнительно, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что скорости потока в теплообменных трубках и каждом из множества вторых верхних и вторых нижних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси преимущественно равны.Additionally, the specified problem and the claimed technical result are respectively solved and achieved due to the fact that the flow rates in the heat exchange tubes and each of the plurality of second upper and second lower manifolds of the device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream are preferably equal.

Также, указанная проблема и заявленный технический результат соответственно решается и достигается за счет того, что скорости потока в каждом из множества вторых верхних и вторых нижних коллекторов и каждом из множества первых верхних и первых нижних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси преимущественно равны.Also, the specified problem and the claimed technical result are respectively solved and achieved due to the fact that the flow rates in each of the plurality of second upper and second lower headers and each of the plurality of first upper and first lower headers of the device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream are predominantly equal.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Вышеуказанные преимущества изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания предпочтительного варианта его осуществления, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The above advantages of the invention will become more apparent from the following description of a preferred embodiment thereof, given with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 показан общий вид устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси;in fig. 1 shows a general view of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream;

на фиг. 2 изображен вид устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси сверху;in fig. 2 shows a top view of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream;

на фиг. 3 показаны теплообменные секции и пучок теплообменных трубок;in fig. 3 shows heat exchange sections and a bundle of heat exchange tubes;

на фиг. 4 показаны поперечное сечение пучка теплообменных трубок;in fig. 4 shows a cross-section of a bundle of heat exchange tubes;

на фиг. 5, 6 изображены варианты реализации кожуха;in fig. 5, 6 depict embodiments of the casing;

на фиг. 7 показано средство генерирования потока морской воды;in fig. 7 shows means for generating a stream of seawater;

на фиг. 8 проиллюстрирован способ подводного охлаждения потока углеводородной смеси и устройство для реализации упомянутого способа.in fig. 8 illustrates a method for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream and a device for implementing said method.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описано устройство для подводного охлаждения потока углеводородной смеси и способ для подводного охлаждения потока углеводородной смеси в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.An apparatus for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream and a method for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream in accordance with a preferred embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, устройство для подводного охлаждения потока углеводородной смеси содержит:As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream contains:

множество пучков 1 теплообменных трубок,a plurality of bundles 1 of heat exchange tubes,

кожух 2,cover 2,

средство 3 генерирования потока морской воды,means 3 for generating a stream of seawater,

подводящий трубопровод 4,supply pipeline 4,

отводящий трубопровод 5.discharge line 5.

Дополнительно, устройство для подводного охлаждения потока углеводородной смеси содержит опорные и несущие элементы (на фигурах не показаны).Additionally, the device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream contains supporting and carrying elements (not shown in the figures).

На фиг. 3 проиллюстрировано, что каждый из множества пучков 1 теплообменных трубок содержит множество первых теплообменных секций 6, каждая из которых, в свою очередь, содержит множество вторых теплообменных секций 7. При этом, каждая из множества вторых теплообменных секций 7 содержит множество теплообменных трубок 8.FIG. 3, each of the plurality of heat exchange tube bundles 1 comprises a plurality of first heat exchange sections 6, each of which, in turn, comprises a plurality of second heat exchange sections 7. Each of the plurality of second heat exchange sections 7 contains a plurality of heat exchange tubes 8.

На фиг. 4 показано поперечное сечение, иллюстрирующее взаимное расположение теплообменных трубок 8.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the relative position of the heat exchange tubes 8.

Теплообменные трубки 8 каждой из множества вторых теплообменных секций 7 расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, вторые теплообменные секции 7 каждой из первых теплообменных секций 6 расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, первые теплообменные секции 6 каждого из пучков 1 теплообменных трубок расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника.Heat exchange tubes 8 of each of the plurality of second heat exchange sections 7 are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon, the second heat exchange sections 7 of each of the first heat exchange sections 6 are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon, the first heat exchange sections 6 of each of the bundles 1 the heat exchange tubes are located on the sides of a regular hexagon and in the center of this hexagon.

Также на фиг. 4 показана зона 10 расположения теплообменных трубок 8. При такой конфигурации заявленного устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси в зонах 9 предусмотрено расположение упомянутых выше опорных и несущих элементов, которые условно не показаны.Also in FIG. 4 shows the zone 10 of the location of the heat exchange tubes 8. With such a configuration of the inventive device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture flow, the zones 9 provide for the location of the above-mentioned support and bearing elements, which are not conventionally shown.

Кожух 2 представляет собой диффузор и схематично показан на фиг. 5 и фиг. 6.The casing 2 is a diffuser and is shown schematically in FIG. 5 and FIG. 6.

Кожух 2 содержит:Cover 2 contains:

патрубки 11 интенсификации притока морской воды,branch pipes 11 for intensifying the inflow of sea water,

нижний пояс 12,lower belt 12,

верхний пояс 13,upper belt 13,

средний пояс 14 с расширением,medium belt 14 with extension,

отверстие 15 для вывода отводящего трубопровода из теплообменной зоны.opening 15 for the outlet of the discharge pipeline from the heat exchange zone.

В неограничивающем варианте осуществления изобретения поперечное сечение проточной части патрубков 11 интенсификации притока морской воды может иметь круглую форму. При этом, специалисту в данной области техники очевидно, что указанное поперечное сечение может также иметь и другие формы.In a non-limiting embodiment of the invention, the cross-section of the flow section of the seawater stimulation pipes 11 may be circular. However, it will be obvious to a person skilled in the art that said cross-section can also have other shapes.

Патрубок 11 интенсификации притока морской воды либо его часть могут быть выполнены в виде конфузора 16, как показано на фиг. 6.The branch pipe 11 for intensifying the inflow of seawater or part of it can be made in the form of a confuser 16, as shown in Fig. 6.

Средство 3 генерирования потока морской воды может быть выполнено в виде винта 17 с электромеханическим приводом 18, как показано на фиг. 7.The seawater flow generating means 3 can be made in the form of a screw 17 with an electromechanical drive 18, as shown in FIG. 7.

Работа устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси схематично показана на фиг. 8.The operation of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream is schematically shown in FIG. 8.

Для обеспечения регулирования интенсивности теплообмена между потоком 19 углеводородной смеси и потоками 20 и 21 окружающей морской воды используется средство 3 генерирования потока морской воды, при этом для увеличения теплового потока, то есть максимизации охлаждения потока 19 углеводородной смеси и, как следствие, минимизации площади поверхности теплообменных трубок 8 используется противоточная схема движения, для чего теплообменные трубки 8 размещены вертикально, то есть перпендикулярно по отношению к уровню моря, поток 19 углеводородной смеси направляют по направлению сверху вниз, а для обеспечения направленного движения потоков 20 и 21 морской воды по направлению снизу вверх вдоль теплообменных трубок 8 используется кожух 2 вокруг множества пучков 1 теплообменных трубок.To control the intensity of heat exchange between the stream 19 of the hydrocarbon mixture and the streams 20 and 21 of the surrounding seawater, means 3 for generating a stream of seawater are used, while increasing the heat flux, that is, maximizing the cooling of the stream 19 of the hydrocarbon mixture and, as a consequence, minimizing the surface area of the heat exchange tubes 8 use a counterflow pattern of movement, for which the heat exchange tubes 8 are placed vertically, that is, perpendicular to sea level, the flow 19 of the hydrocarbon mixture is directed from top to bottom, and to ensure the directed movement of flows 20 and 21 of sea water in the direction from bottom to top along heat exchange tubes 8, a casing 2 is used around a plurality of heat exchange tube bundles 1.

При этом для обеспечения равномерного распределения потока 19 углеводородной смеси по теплообменным трубкам 8 с целью максимизации охлаждения потока 19 углеводородной смеси посредством последовательного направления потока 19 по подводящему трубопроводу 4, множеству первых верхних коллекторов 22, множеству вторых верхних коллекторов 23 последовательно разделяют поток 19 углеводородной смеси для параллельного прохождения по множеству теплообменных трубок 8 множества вторых теплообменных секций 7 множества первых теплообменных секций 6 множества пучков 1 теплообменных трубок.In this case, to ensure uniform distribution of the flow 19 of the hydrocarbon mixture through the heat exchange tubes 8 in order to maximize the cooling of the flow 19 of the hydrocarbon mixture by sequentially directing the flow 19 through the supply pipeline 4, a plurality of first upper headers 22, a plurality of second upper headers 23 sequentially divide the flow 19 of the hydrocarbon mixture for parallel passage through a plurality of heat exchange tubes 8 of a plurality of second heat transfer sections 7 of a plurality of first heat transfer sections 6 of a plurality of bundles 1 of heat transfer tubes.

Далее, посредством множества вторых нижних коллекторов 24, множества первых нижних коллекторов 25 осуществляют параллельное соединение разделенных как описано выше потоков в обратном порядке до отводящего трубопровода 5.Further, by means of a plurality of second lower headers 24, a plurality of first lower headers 25 perform parallel connection of the streams separated as described above in reverse order up to the discharge line 5.

Соотношения поперечного сечения теплообменных трубок 8 с учетом их количества с поперечным сечением каждого из множества вторых верхних коллекторов 23 и каждого из множества вторых нижних коллекторов 24 выбирается таким, чтобы обеспечить равные значения скоростей потока в теплообменной трубке 8 и коллекторах 23 и 24.The cross-sectional ratios of the heat exchange tubes 8, taking into account their number, with the cross-section of each of the plurality of second upper headers 23 and each of the plurality of second lower headers 24 are selected so as to ensure equal flow rates in the heat exchange tube 8 and headers 23 and 24.

Соотношения поперечного сечения каждого из множества вторых верхних коллекторов 23 и каждого из множества вторых нижних коллекторов 24 с учетом количества вторых теплообменных секций 7 с поперечным сечением каждого из множества первых верхних коллекторов 22 и каждого из множества первых нижних коллекторов 25 выбирается таким, чтобы обеспечить равные значения скоростей потока в коллекторах 23 и 24 и коллекторах 22 и 25.The cross-sectional ratios of each of the plurality of second upper headers 23 and each of the plurality of second lower headers 24, taking into account the number of second heat exchange sections 7 with a cross-section of each of the plurality of first upper headers 22 and each of the plurality of first lower headers 25, is selected to provide equal values flow rates in headers 23 and 24 and headers 22 and 25.

Данный принцип соблюдается для всех теплообменных секций, подводящего и отводящего трубопроводов. Одинаковая скорость потока 19 углеводородной смеси для всех теплообменных трубок 8, включая коллекторы и подводящие и отводящие трубопроводы, способствует максимизации охлаждения потока 19 углеводородной смеси за счет минимизации возможных отложений на стенках с внутренней стороны трубок 8.This principle is followed for all heat exchange sections, inlet and outlet pipelines. The same flow rate 19 of the hydrocarbon mixture for all heat exchange tubes 8, including headers and supply and return pipelines, helps to maximize the cooling of the flow 19 of the hydrocarbon mixture by minimizing possible deposits on the walls on the inside of the tubes 8.

С целью максимизации охлаждения потока 19 углеводородной смеси кожух 2 содержит патрубки 11 интенсификации притока морской воды. При этом для выравнивания скорости потока морской воды вдоль теплообменных трубок 8 в каждом поперечном сечении кожуха 2 и обеспечения дополнительного притока морской воды с меньшей температурой с целью максимизации охлаждения потока 19 углеводородной смеси средний пояс устройства, содержащий патрубки 11 интенсификации притока морской воды, выполнен с расширением на такую величину, чтобы дополнительный приток потока 21 морской воды не вызывал изменения скорости общего потока морской воды.In order to maximize the cooling of the flow 19 of the hydrocarbon mixture, the casing 2 contains pipes 11 for intensifying the inflow of seawater. At the same time, in order to equalize the flow rate of seawater along the heat exchange tubes 8 in each cross-section of the casing 2 and provide an additional inflow of seawater with a lower temperature in order to maximize cooling of the flow 19 of the hydrocarbon mixture, the middle belt of the device containing the branch pipes 11 for intensifying the inflow of seawater is made with an expansion by such an amount that the additional inflow of sea water flow 21 does not cause changes in the speed of the total flow of sea water.

Использование вертикальной компоновки теплообменных трубок и отсутствие изменения направления проточных трактов с горизонтального или нисходящего на восходящее исключает возникновение застойных зон и способствует удалению конденсата, гидратов и твердых включений, что увеличивает эффективность теплообмена.The use of a vertical arrangement of heat exchange tubes and the absence of a change in the direction of flow paths from horizontal or descending to ascending excludes the formation of stagnant zones and helps to remove condensate, hydrates and solid inclusions, which increases the efficiency of heat transfer.

Использование вертикальной компоновки теплообменных трубок в сочетании с противоточной схемой движения потоков увеличивает эффективность теплообмена при работающем средстве 3 генерирования потока морской воды.The use of a vertical arrangement of heat exchange tubes in combination with a countercurrent flow pattern increases the efficiency of heat exchange when the seawater flow generating means 3 is operating.

Использование вертикальной компоновки теплообменных трубок в сочетании с противоточной схемой движения потоков также обеспечивает более эффективный теплообмен при естественной конвекции в случае неработающего средства 3 генерирования потока морской воды.The use of a vertical arrangement of heat exchange tubes in combination with a countercurrent flow pattern also provides a more efficient heat transfer under natural convection in the event of a non-working seawater flow generating means 3.

Необходимо понимать, что описанный выше для примера предпочтительный вариант осуществления изобретения не ограничивает объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый нижеследующей формулой изобретения.It should be understood that the preferred embodiment described above by way of example does not limit the scope of the present invention. After reading the present description, those skilled in the art can suggest many changes and additions to the described embodiments, all of which will fall within the scope of the invention as defined by the following claims.

Claims (25)

1. Устройство для подводного охлаждения потока углеводородной смеси, содержащее:1. A device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream, comprising: кожух и средство генерирования потока морской воды, выполненные с возможностью направления потока морской воды, причемa casing and seawater flow generating means adapted to direct the seawater flow, wherein кожух содержит:the casing contains: патрубки интенсификации притока морской воды,branch pipes for intensifying the inflow of sea water, нижний пояс,lower belt, верхний пояс,upper belt, средний пояс с расширением,middle belt with extension, отверстие для вывода отводящего трубопровода;hole for the outlet of the discharge pipeline; подводящий трубопровод,supply pipeline, отводящий трубопровод,outlet pipeline, множество вертикально расположенных пучков теплообменных трубок,a lot of vertically arranged bundles of heat exchange tubes, причем каждый из множества пучков теплообменных трубок содержит множество первых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество вторых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество теплообменных трубок;wherein each of the plurality of bundles of heat exchange tubes contains a plurality of first heat exchange sections, each of which contains a plurality of second heat exchange sections, each of which contains a plurality of heat exchange tubes; множество первых верхних коллекторов и множество вторых верхних коллекторов;a plurality of first top headers and a plurality of second top headers; множество первых нижних коллекторов и множество вторых нижних коллекторов;a plurality of first lower headers and a plurality of second lower headers; при этом множество пучков теплообменных трубок, множество коллекторов, подводящий трубопровод и отводящий трубопровод выполнены с возможностью направления потока углеводородной смеси в направлении, противоположном направлению потока морской воды, с обеспечением последовательных равномерного разделения указанного потока по теплообменным трубкам после подводящего трубопровода и соединения потока перед отводящим трубопроводом.in this case, a plurality of bundles of heat exchange tubes, a plurality of collectors, a supply pipeline and a discharge pipeline are configured to direct the flow of the hydrocarbon mixture in the direction opposite to the direction of the flow of seawater, ensuring successive uniform division of the specified flow along the heat exchange tubes after the supply pipeline and connecting the flow in front of the discharge pipeline ... 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменные трубки каждой из множества вторых теплообменных секций расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, вторые теплообменные секции каждой из первых теплообменных секций расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника, первые теплообменные секции каждого из пучков теплообменных трубок расположены по сторонам правильного шестиугольника и в центре данного шестиугольника так, чтобы образовывать полости, выполненные с возможностью размещения опорных и несущих элементов.2. The device according to claim. 1, characterized in that the heat exchange tubes of each of the plurality of second heat exchange sections are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon, the second heat exchange sections of each of the first heat exchange sections are located on the sides of the regular hexagon and in the center of the given hexagon, the first heat exchange sections of each of the bundles of heat exchange tubes are located on the sides of the regular hexagon and in the center of this hexagon so as to form cavities made with the possibility of accommodating supporting and bearing elements. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кожух и средство генерирования потока морской воды выполнены с возможностью направления потока морской воды снизу-вверх, а множество пучков теплообменных трубок, множество коллекторов, подводящий трубопровод и отводящий трубопровод выполнены с возможностью направления потока углеводородной смеси сверху-вниз.3. The device according to claim 1, characterized in that the casing and the means for generating the flow of seawater are made with the possibility of directing the flow of seawater from bottom to top, and a plurality of bundles of heat exchange tubes, a plurality of collectors, a supply pipeline and a discharge pipeline are configured to direct the flow of hydrocarbon mix from top to bottom. 4. Способ для подводного охлаждения потока углеводородной смеси, содержащий этапы, на которых:4. A method for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream, comprising: подают поток углеводородной смеси в подводящий трубопровод устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси;the flow of the hydrocarbon mixture is fed into the supply pipeline of the device for underwater cooling of the flow of the hydrocarbon mixture; посредством кожуха и средства генерирования потока морской воды устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси направляют поток морской воды;by means of the casing and the means for generating a stream of seawater of the device for underwater cooling of the stream of the hydrocarbon mixture, directing the stream of seawater; последовательно направляют поток углеводородной смеси в направлении, противоположном направлению потока морской воды, по подводящему трубопроводу, множеству первых верхних коллекторов и множеству вторых верхних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси с обеспечением параллельного разделения потока углеводородной смеси для одновременного прохождения по множеству теплообменных трубок множества вторых теплообменных секций множества первых теплообменных секций множества пучков теплообменных трубок устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси;sequentially direct the flow of the hydrocarbon mixture in the direction opposite to the direction of the flow of seawater through the supply pipeline, a plurality of first upper headers and a plurality of second upper headers of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream, providing parallel separation of the hydrocarbon mixture flow for simultaneous passage through a plurality of heat exchange tubes of a plurality of second heat exchange sections of a plurality of first heat exchange sections of a plurality of bundles of heat exchange tubes of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream; последовательно направляют поток углеводородной смеси из множества теплообменных трубок множества вторых теплообменных секций множества первых теплообменных секций множества пучков теплообменных трубок устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси во множество вторых нижних коллекторов и первых нижних коллекторов с обеспечением параллельного соединения потока углеводородной смеси;sequentially directing a stream of hydrocarbon mixture from a plurality of heat exchange tubes of a plurality of second heat exchange sections of a plurality of first heat exchange sections of a plurality of bundles of heat exchange tubes of a device for underwater cooling of a hydrocarbon mixture stream to a plurality of second lower headers and first lower headers to provide parallel connection of the hydrocarbon mixture stream; направляют поток углеводородной смеси после параллельного соединения потока углеводородной смеси в отводящий трубопровод устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси.the flow of the hydrocarbon mixture is directed after the parallel connection of the flow of the hydrocarbon mixture into the outlet pipeline of the device for underwater cooling of the flow of the hydrocarbon mixture. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что скорости потока в теплообменных трубках и каждом из множества вторых верхних и вторых нижних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси преимущественно равны.5. A method according to claim 3, characterized in that the flow rates in the heat exchange tubes and each of the plurality of second upper and second lower headers of the device for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream are advantageously equal. 6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что скорости потока в каждом из множества вторых верхних и вторых нижних коллекторов и каждом из множества первых верхних и первых нижних коллекторов устройства для подводного охлаждения потока углеводородной смеси преимущественно равны.6. The method of claim 3, wherein the flow rates in each of the plurality of second upper and second lower headers and each of the plurality of first upper and first lower headers of the apparatus for underwater cooling of the hydrocarbon mixture stream are advantageously equal.

Images