Устройство для впрыска жидкости в сжатый газ

 

Использование: в химической, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности для впрыска различных жидкостей в сжатую газовую среду. Сущность изобретения: устройство для впрыска жидкости в сжатый газ снабжено охватывающим форсуночный узел цилиндром. Один конец цилиндра закреплен на корпусе. В торце другого конца выполнено отверстие с уплотнением. Полый шток выполнен в виде плунжера с осевым каналом и отверстием в стенке для соединения канала с полостью цилиндра, подключенной к насосу. Один конец плунжера расположен в корпусе и снабжен ограничителем вывода. Другой конец плунжера расположен в цилиндре и снабжен пропущенным через отверстие с уплотнением в торце цилиндра фальштоком с ограничителем ввода на свободном конце. Диаметр фальштока выбран меньшим диаметра плунжера. Кроме того, устройство снабжено обратным клапаном, установленным в осевом канале плунжера. Также устройство снабжено установленной на торце цилиндра пружиной для взаимодействия с ограничителем ввода форсунки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации оборудования для сжатых газов и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности для впрыска различных жидкостей в сжатую газовую среду, например, для введения ингибитора коррозии или ингибитора гидратообразования через форсунки в действующий газопровод или находящийся под давлением аппарат.

Известно устройство для впрыска жидкости в газопровод, включающий отвод от его оболочки с люком, накрытым крышкой (1).

При проведении операции впрыска снимается давление в газопроводе, производится установка вместо люка специальной крышки с закрепленной на ней форсункой, затем создается давление в газопроводе, и в этом состоянии производится впрыск жидкости (воды для испарительного охлаждения или моющего раствора для очистки газового тракта) в газопровод.

Недостатком известного устройства является то, что для проведения операции впрыска необходима операция остановки компрессора и снятия давления в газопроводе, сброса газа из газопровода с последующей продувкой воздухом или инертным газом, что влечет за собой снижение экономичности эксплуатации оборудования.

Известно также устройство для впрыска жидкости в газопровод, содержащее перпендикулярный оси газопровода отвод с запорным органом, на котором установлено форсуночное устройство, содержащее шток и закрепленную на нем форсунку, при этом шток вводится в полость газопровода (2).

Недостатком известного устройства является то, что для осуществления ввода форсунки в газопровод требуются либо специальные механические средства, либо ручное введение. Применение же каких-либо электродвигателей зачастую невозможно из-за пожароопасности технологического оборудования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для впрыска жидкости в сжатый газ, содержащее установленный на газопроводе форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением и установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с форсункой, гидравлически связанной с насосом (3).

Данное устройство снабжено механизмом осевого перемещения штока, содержащим цепную передачу со звездочками, рукояткой, закрепленной на звездочке и служащей для перемещения штока и форсунки в рабочее положение, то есть ввода и вывода форсунки из газопровода.

К недостаткам известного устройства относятся: сложность технологических операций, требующих присутствия человека; невозможность конструкции уплотнения всех типов подвижных соединений однозначно исключить утечки газа, вследствие чего устройство не удовлетворяет экологическим требованиям; а также недостаточная надежность устройства, вследствие неизбежности перемещений и изгиба подводящего трубопровода, соединяющего насос с полым штоком во время перемещения штока (применение гибких трубопроводов в ряде производств запрещено правилами безопасности).

Данным изобретением решается задача обеспечения удобства обслуживания за счет исключения необходимости присутствия человека во время процесса впрыска, повышения экологических качеств устройства за счет надежной герметизации, надежности работы устройства за счет устранения перемещения трубопровода, подводящего ингибитор.

Указанная задача решается тем, что устройство для впрыска жидкости в сжатый газ содержит установленный на газопроводе форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением и установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с форсункой, гидравлически связанной с насосом, и, согласно изобретению, снабжено охватывающим форсуночный узел цилиндром, один конец которого закреплен на корпусе, а в торце другого выполнено отверстие с уплотнением, полый шток выполнен в виде плунжера с осевым каналом и отверстием в стенке для соединения осевого канала с полостью цилиндра, подключенной к насосу, при этом один конец плунжера расположен в корпусе и снабжен ограничителем вывода, а другой расположен в цилиндре и снабжен пропущенным через отверстие с уплотнением в торце цилиндра фальштоком с ограничителем ввода на свободном конце, причем, диаметр фальштока выбран меньшим диаметра плунжера.

Кроме того, отличие устройства состоит в том, что оно может быть снабжено обратным клапаном, установленным в осевом канале плунжера, причем, указанный обратный клапан может быть размещен в конце осевого канала со стороны форсунки и обеспечивать вывод форсуночного устройства из газопровода со сбросом давления в цилиндре и перетоком части жидкости из него обратно в бак.

Отличие состоит также в том, что устройство может быть снабжено установленной на торце цилиндра пружиной для взаимодействия с ограничителем ввода форсунки и обеспечения необходимого усилия при преодолении силы трения покоя при страгивании.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является: обеспечение автоматического перемещения плунжера с форсункой в емкость со сжатым газом и из нее при подключении или отключении устройства от насоса; предотвращение утечек газа через уплотнения, т.к. во время всех операций: ввода форсунки в емкость со сжатым газом (газопровод), впрыска жидкости и вывода форсунки из емкости с сжатым газом (газопровода) давление жидкости в цилиндре всегда больше давления газа в емкости с сжатым газом, а также устранение перемещения подводящего трубопровода во время ввода и вывода форсунки.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 3. На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 вид I вариант исполнения устройства с обратным клапаном, установленным в осевом канале плунжера; на фиг. 3 вид II вариант исполнения устройства с пружиной, установленной на цилиндре.

Устройство для впрыска жидкости в газопровод содержит установленный на оболочке сжатого газа, например, газопроводе 1, отвод 2, на котором закреплен форсуночный узел, включающий корпус 3 и установленный в нем с возможностью осевого перемещения плунжер 4 с осевым каналом, полость которого соединена с форсункой 5.

На корпусе 3 закреплен цилиндр 6, а плунжер 4 размещен в цилиндре 6 и загерметизирован с одной стороны уплотнением 7 относительно газопровода 1, при этом плунжер 4 гидравлически сообщен отверстием 8 с полостью 9 цилиндра 6, а полость 9 с насосом 10.

В торце 11 цилиндра 6 выполнено сквозное отверстие 12, а плунжер 4 снабжен фальштоком 13, при этом фальшток 13 размещен в отверстии 12 и между ним и цилиндром 6 установлено дополнительное уплотнение 14, при этом диаметр фальштока меньше диаметра плунжера. Фальшток 13 является также дополнительным центрирующим элементом плунжера 4 в цилиндре 6.

Для ограничения хода плунжера 4 при вводе форсунки 5 на фальштоке 13 размещен ограничитель 15 ввода, который может быть установлен с возможностью регулирования по длине. Для ограничения хода плунжера 4 при выводе форсунки 5 плунжер 4 снабжен ограничителем 16 вывода, установленным на конце плунжера 4, размещенным в корпусе 3. Цилиндр 6 имеет отверстие 17, которое связано с вентилем 18, который в свою очередь связан с насосом 10 и емкостью 19.

Кроме того, устройство может содержать обратный клапан 20, установленный в осевом канале плунжера 4 (фиг. 2).

Устройство также может содержать пружину 21, установленную на наружном торце 11 цилиндра 6 и упирающуюся в ограничитель ввода 15 форсунки 5 для взаимодействия с ним (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом. Включается насос 10, вентиль 18 открывается и жидкость поступает в полость 9 через отверстие 17 цилиндра 6 и через отверстие 8 попадает внутрь плунжера 4, при этом жидкость поступит в форсунку и начнется истечение.

После достижения давления жидкости в цилиндре 6 значения давления страгивания плунжер 4 будет выдвигаться из цилиндра 6. После прекращения движения плунжера 4 давление в цилиндре 6 возрастает до номинального и форсунка 5 выйдет на установившийся режим впрыска.

Давление страгивания определяется по формуле: где Р_г давление сжатого газа в газопроводе I, D_пл диаметр плунжера 4 в уплотнении 7, d_ф диаметр фальштока 13 в уплотнении 14, F_пл, F_ф cила трения покоя в уплотнениях 7 и 14, соответственно.

Наименьшая подача насоса 10, при которой будет обеспечен ввод форсунки 5 в газопровод 1, определяется из формулы истечения: где n число распылителей в форсунке; f площадь сечения сопла в распылителе; μ коэффициент расхода;
r_ж плотность впрыскиваемой жидкости.

Для прекращения впрыска и вывода форсунки 5 из газопровода 1 закрывают вентиль 18. При этом, вследствие истечения жидкости из форсунки 5, давление в цилиндре снизится до величины, несколько большей давления в газопроводе 1, определяемой выражением:

Вследствие того, что сила выталкивания плунжера 4 из газопровода 1 определяется давлением в нем и площадью поперечного сечения плунжера 4, а сила, препятствующая выталкиванию, определяется давлением жидкости в цилиндре 6 и разницей площадей поперечного сечения плунжера 4 и фальштока 13, плунжер 4 начнет втягиваться в цилиндр 6. Жидкость из цилиндра 6 будет продолжать истекать в газопровод 1. После упора ограничителя 16 о корпус 3 цилиндра 6 плунжер 4 остановится. Давление жидкости в полости 9 снизится до давления в газопроводе 1 и истечение прекратится.

Таким образом, давление в полости 9 цилиндра 6 во время всех операций больше или равно давлению сжатого газа в газопроводе 1, поэтому переток газа в окружающую среду исключен. Наименьшее давление газа, при котором происходит автоматический подъем форсунки 5 без сброса жидкости, определяется:

где давление страгивания в нормальных условиях;
D_пл, d_ф диаметры плунжера 4 и фальштока 13, соответственно.

В случае, когда устройство снабжено обратным клапаном 20 (см. фиг. 2, вид. 1), последний служит для обеспечения вывода форсунки 5 из газопровода 1, если в последнем давление газа недостаточно для преодоления сил трения в уплотнениях 7 и 14. При этом, устройство работает при вводе форсунки 5 в газопровод 1 аналогично описанному выше. При выводе форсунки 5 из газопровода 1, когда давление в газопроводе 1 меньше необходимого, что определяется формулой (4), осуществляется сброс давления в цилиндре 6 и переток части жидкости из него обратно в бак 19. Для этого открывают вентиль 18. При этом давление в цилиндре 6 резко падает, обратный клапан 20 закрывается и плунжер 4 под действием давления газа выталкивается из газопровода 1. Часть жидкости из цилиндра 6 перетекает в емкость 19.

Устройство может быть снабжено пружиной 21 (см. фиг. 3, вид 11). Функция пружины 21 состоит в предотвращении удара ограничителя ввода 15 при ходе плунжера 4 вниз о наружный торец цилиндpа 6. После окончания ввода форсунки 5 в газопровод 1 и проведения ингибирования пружина 21 находится в сжатом состоянии. При выводе форсунки 5 сила сжатия пружины 21 способствует преодолению сил трения в уплотнениях 7 и 14 и вывод форсунки 5 из газопровода 1 происходит и при меньших давлениях.

Формула изобретения

1. Устройство для впрыска жидкости в сжатый газ, содержащее установленный на газопроводе форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением и установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с форсункой, гидравлически связанной с насосом, отличающееся тем, что оно снабжено охватывающим форсуночный узел цилиндром, один конец которого закреплен на корпусе, а в торце другого выполнено отверстие с уплотнением, полый шток выполнен в виде плунжера с осевым каналом и отверстием в стенке для соединения осевого канала с полостью цилиндра, подключенной к насосу, при этом один конец плунжера расположен в корпусе и снабжен ограничителем вывода, а другой - расположен в цилиндре и снабжен пропущенным через отверстие с уплотнением в торце цилиндра фальштоком с ограничителем ввода на свободном конце, причем диаметр фальштока выбран меньшим диаметра плунжера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено обратным клапаном, установленным в осевом канале плунжера.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на торце цилиндра пружиной для взаимодействия с ограничителем ввода форсунки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3