Свердловинний теплообмінний пристрій

Запропоноване технічне рішення належить до теплообмінних апаратів і може бути використане для одержання теплової енергії при підземній газифікації вуглеводневих копалин. Відомий теплообмінник типу "труба в тр убі" зі спіральним розташуванням ребер на внутрішній трубі, зв'язаних із стінкою зовнішньої труби з утворенням гвинтового каналу, при цьому внутрішню тр убу розташовано ексцентрично щодо зовнішньої, а гвинтовий канал має конфузорно-дифузорні ділянки, що чергуються [див. А.С. № 920347, СРСР, F28D7/10, опубл. 15.04.82, Бюл. № 14]. Така конструкція не передбачає повернення одного з середовищ, що обмінюється теплом, тому не може бути використана в свердловині. Відомий теплообмінний елемент, що містить співвісно розташовані одна в іншій з кільцевими зазорами обичайки, зовнішню з яких постачено днищем, вхідні і вихідні патрубки, підключено до центральної обичайки і кільцевих зазорів, а внутрішні обичайки, з боку днища мають відкриті торці, розташовані від останнього на різних відстанях, що збільшуються від центра до периферії [див. А.С. № 901797, СРСР, F28D7/10, опубл. 30.01.82, Бюл. № 4]. Відомий пристрій може бути розміщено в свердловині, однак він не захищає обсадну колону свердловини від впливу високих температур, а також велика кількість труб займає свердловинний простір, що значно знижує пропускну здатність теплоносія. Відомий також теплообмінник, що містить циліндричний кожух з концентрично розташованими в ньому трубами, порожнину між, якими підключено до збираючого й роздаючого колекторів одного з середовищ і розділено циліндричною обичайкою, а зовнішня труба утворює з кожухом порожнину для другого середовища, внутрішня труба містить суцільну поперечну перегородку і переточні вікна з однієї сторони перегородки, а з іншої сторони до перегородки примикає осьовий відвідний патрубок з неметалевого матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад, із склопластику, з'єднаний за" допомогою отворів с порожниною між зовнішньою трубою і кожухом [див. А.С. № 567071, СРСР, F28D7/10, опубл. 30.07.77, Бюл. № 28]. До основних недоліків відомого технічного рішення, визначеного як прототип, відноситься наступне. При роботі теплообмінника перше нагріте теплообмінююче середовище через штуцер надходить у кільцеву порожнину і, омиваючи теплообмінну поверхню зовнішньої труби, передає теплову енергію більш холодному другому теплообмінюючому середовищу, що надходить у кільцеву порожнину через роздаючий колектор і переточні вікна. Після теплообмінника перше охолоджене середовище через штуцер і друге середовище через збираючий колектор виходить з теплообмінника. Ця конструкція складається з п'яти колон труб, а при розміщенні її в свердловині додається й обсадна колона. Це значно зменшує перетин свердловини для руху теплоносія. Теплообмінник не захищає обсадну колону від впливу високих температур, що знижує термін служби конструкції й ефективність використання теплової енергії. У основу винаходу поставлено завдання зі створення свердловинного теплообмінного пристрою, у якому за рахунок використання обсадної колони як елемента теплообмінного пристрою підвищується його термодинамічна ефективність, а також здійснюється захист обсадної колони від впливу високих температур і корозії. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що свердловинний теплообмінний пристрій, який містить корпус і теплообмінник типу "тр уба в тр убі", розміщений в корпусі із зазором відносно останнього, згідно винаходу, нижню частину корпусу обладнано опорним кільцем, на якому встановлено зовнішню трубу теплообмінника, нижню частину якої обладнано сполучним елементом, а внутрішню трубу теплообмінника розміщено ексцентрично в зовнішній трубі і з'єднано за допомогою сполучного елемента з міжтрубним простором зовнішньої труби і корпусу. На кресленні зображено запропонований теплообмінний пристрій, розташований у свердловині. Пристрій містить корпус 1, у якості якого використана обсадна колона, розташована в свердловині, пробуреної з денної поверхні на вугільний пласт, що спалюється. У нижній частині корпусу 1 розташовано опорне кільце 2 з термостійкою герметичною прокладкою 3, яку розміщено в профільованій канавці опорного кільця. На кільце 2 установлено зовнішню трубу 4 теплообмінника, який виконано по типу "труба в трубі". Усередині труби 4, по якій переміщується газ, ексцентрично розміщено внутрішню трубу 5, яку призначено для подавання води. Обидві труби з'єднано в нижній частині за допомогою сполучного елемента 6, який виконано у вигляді товстостінної тр уби із заглушеним торцем і отворами на боковій поверхні. У верхній частині труби за допомогою сальникового ущільнення з'єднані з корпусом. Це необхідно для вільного переміщення труб при зміні температури газів у пристрою. Запропонований пристрій працює таким чином. У процесі горіння пласта гарячі гази проходять крізь отвір опорного кільця 2 у зовнішню трубу 4. При цьому в трубу 5 подають воду, яка через сполучний елемент 6 проходить у міжтрубний простір труби 4 і корпусу 1, відбираючи тепло по всій поверхні зовнішньої труби 4, і виходить на поверхню через патрубок 7. Таким чином, здійснюється обмін між гарячим газом і водою. Керування теплообміном досягається регулюванням темпу подачі води в теплообмінний пристрій. Перевага теплообмінника, що заявляється, полягає в наступному: за рахунок скорочення кількості колон у пристрої збільшується прохідний перетин для теплоносія; унаслідок захисту корпусу від впливу високих температур досягається п'ятикратне збільшення терміну служби пристрою. Крім того, за рахунок розміщення теплообмінного пристрою в свердловині його можна використовувати для одержання високих тисків робочих середовищ не збільшуючи небезпеки його експлуатації.