Способ работы насосно-эжекторной установки и установка для его осуществления

 

Изобретение предназначено для создания вакуума. Установка снабжена струйным преобразователем потока, включающим камеру расширения и размещенную за ней профилированную проточную часть, при этом камера расширения преобразователя со стороны входа в нее подключена к выходу из жидкостно-газового струйного аппарата, а профилированная проточная часть преобразователя со стороны выхода из нее потока подключена к сепаратору. Газожидкостную смесь из струйного аппарата подают в струйный преобразователь. В нем газожидкостный поток преобразуют сначала в сверхзвуковой, а затем тормозят его с формированием скачка давления, после чего газожидкостный поток подают в сепаратор, где разделяют его на сжатый газ и жидкую рабочую среду. В результате повышается эффективность работы установки. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к насосно-эжекторным установкам для создания вакуума при вакуумной перегонке жидких продуктов, например нефти, и может быть использовано при ректификации нефтяного сырья.

Известны способ работы струйной установки, включающий подачу активной среды в вакуумный эжектор и откачку газообразной среды из ректификационной колонны и струйная установка для создания вакуума при перегонке нефти, содержащая вакуумную ректификационную колонну, в которой создают пониженное давление с помощью пароводяного эжектора (см. патент США, 2028340, кл. 196-77, 1936).

В данных способе работе и установке пары жидкого продукта смешиваются с водяным паром, что требует специальной очистки конденсата водяного пара перед его сливом в промышленную канализацию и, как следствие, требует дополнительных экономических затрат на организацию процесса очистки.

Наиболее близкими к описываемым способу работы и установке по технической сущности и достигаемому результату являются способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подвод жидкой рабочей среды из сепаратора к насосу, подачу последним жидкой рабочей среды под напором в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, формирование в сопле потока жидкой рабочей среды с последующим ее истечением из сопла, откачкой за счет этого газообразной среды и образованием в струйном аппарате газожидкостной, смеси и установка для осуществления способа работы, содержащая жидкостно-газовый струйный аппарат, сепаратор и насос, причем насос выходом подключен к активному соплу струйного аппарата, сепаратор подключен к выходу в насос, а струйный аппарат газовым входом подключен к источнику откачиваемой газообразной среды (см., авт. св. СССР 559098, кл. 6 F 04 F 5/04, 1977).

В данных способе работы и установке достигается возможность откачивать парогазовую фазу, например, из ректификационной колонны с помощью жидкостно-газового струйного аппарата, в качестве активной среды которого используют жидкую рабочую среду, что позволяет резко снизить сброс в окружающую среды экологически вредных примесей.

Однако в данных способе и установке для его осуществления не в полной мере используется кинетическая энергия газожидкостного потока по преобразованию этой энергии в потенциальную энергию давления, что в свою очередь приводит к поступлению газожидкостного потока в сепаратор с высокой скоростью и сравнительно низкой степенью сжатия газовой составляющей газожидкостного потока. В результате в сепараторе ухудшаются условия для разделения газожидкостного потока на сжатый газ и жидкую рабочую среду. Конструкция сепаратора должна включать дополнительные элементы для гашения скорости потока и уменьшения пенообразования.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности работы установки путем создания условий для использования кинематической энергии газожидкостного потока на увеличение степени сжатия газовой составляющей потока и уменьшения за счет этого скорости потока на входе в сепаратор.

Указания задача решается за счет того, что в способе работы насосно-эжекторной установки, включающем подвод жидкой рабочей среды из сепаратора к насосу, подвод последним жидкой рабочей среды под напором в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, формирование в сопле потока рабочей среды с последующим ее истечением из сопла, откачкой за счет этого газообразной среды и образованием в струйном аппарате газожидкостной смеси, при этом газожидкостную смесь из струйного аппарата подают в струйный преобразователь, где сначала поток газожидкостной смеси за счет его расширения преобразуют в сверхзвуковой газожидкостный поток, а затем сверхзвуковой газожидкостный поток тормозят в профилированной проточной части преобразователя с формированием скачка давления и частичным преобразованием в последнем кинетической энергии газожидкостного потока в потенциальную энергию давления, после чего из профилированной проточной части преобразователя газожидкостный поток подают в сепаратор, где газожидкостный поток разделяют на сжатый газ и жидкую рабочую среду.

В части установки для осуществления указанного выше способа работы указанная техническая задача решается за счет того, что насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый струйный аппарат, сепаратор и насос, причем насос выходом подключен к активному соплу струйного аппарата, сепаратор подключен к входу в насос, а струйный аппарат газовым входом подключен к источнику откачиваемой газообразной среды, причем установка снабжена струйным преобразователем потока, включающим камеру расширения и размещенную за ней профилированную проточную часть, при этом камера расширения преобразователя со стороны входа в нее подключена к выходу из жидкостно-газового струйного аппарата, а профилированная проточная часть преобразователя со стороны выхода из нее потока подключена к сепаратору.

Профилированная проточная часть струйного преобразователя потока может быть выполнена конфузорно-диффузорной или цилиндрической, причем профилированная проточная часть преобразователя может быть выполнена с отношением площади ее поперечного сечения в зоне ее наименьшего проходного сечения к площади поперечного сечения струйного аппарата на выходе из камеры смешения или при наличии диффузора на выходе из последнего, составляющим от 1,1 до 200. В случае, если струйный аппарат выполнен многосопловым и каждому соплу соответствует своя камера смешения или своя камера смешения с диффузором, под площадью выходного сечения камеры смешения или соответственно диффузора в указанном выше соотношении размеров понимается соответственно суммарная площадь выходных сечений камер смешения или суммарная площадь выходных сечений диффузоров.

Проведенные исследования показали, что полученную в жидкостно-газовом струйном аппарате степень сжатия газообразной составляющей газожидкостной смеси можно существенно увеличить за счет кинетической энергии самого потока путем проведения дополнительного преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления сжатия. Этого удалось добиться за счет снабжения установки струйным преобразователем потока, установленным за струйным аппаратом по ходу потока среды, и организации в этом преобразователе сначала сверхзвукового режима течения газожидкостного потока и затем организации скачка давления путем торможения потока в профилированной проточной части преобразователя. Как известно, скорость звука в газожидкостном потоке часто значительно ниже скорости звука в чисто жидкостной или чисто газообразной среде. Путем подбора проточной части после струйного аппарата, а именно путем подбора камеры расширения в струйном преобразователе потока, удалось добиться условий, при которых дозвуковой газожидкостной поток преобразуется в сверхзвуковой поток, а затем путем подбора профиля проточной части за камерой расширения сверхзвуковой поток тормозят с организацией скачка давления и резким снижением скорости газожидкостного потока. Было также установлено, что скачок давления можно организовать как в конфузорно-диффузорном, так и в цилиндрическом канале. Также была установлена область соотношений размеров струйного аппарата и преобразователя потока, в которой данные процессы можно организовать наиболее эффективно. Данным соотношением размеров оказалось отношение площади поперечного сечения проточной части преобразователя потока в зоне его наименьшего проходного сечения к площади выходного сечения диффузора струйного аппарата, а если у последнего нет диффузора, то отношение к площади выходного сечения камеры смешения данного струйного аппарата. В случае, если струйный аппарат выполнен многосопловым и каждому соплу будет соответствовать своя камера смешения с диффузором или без него, то в качестве выходного сечения камеры смешения или соответственно диффузора должна быть взята суммарная площадь выходных сечений камер смешения или соответственно диффузоров. Область данного соотношения лежит в диапазоне от 1,1 до 200. В результате удалось добиться сразу двух эффектов, положительно характеризующих работу насосно-эжекторной установки. Возрастает степень сжатия газообразной составляющей газожидкостной смеси, что позволяет потребителю использовать этот сжатый газ. Это особенно актуально, если газом является углеводородный газ, который вместо сжигания его в факелах можно направлять, например, на сжигание в печах предварительного разогрева подаваемой на ректификацию сырой нефти. И вторым положительным результатом является снижение скорости потока на входе его в сепаратор, что позволяет регулировать скорость этого потока и выбирать такую скорость, при которой процесс разделения газожидкостной смеси будет проходить наиболее оптимально, а конструкция сепаратора будет максимально упрощена, что снижает материалоемкость всей насосно-эжекторной установки и максимально снижает непроизводительные гидравлические потери.

Таким образом, удалось добиться выполнения поставленной технической задачи - повысить эффективность работы насосно-эжекторной установки, в которой реализован описываемый способ ее работы.

На фиг. 1 представлена схема насосно-эжекторной установки с конфузорно-диффузорной проточной частью струйного преобразователя потока; на фиг. 2 представлена схема насосно-эжекторной установки с цилиндрической проточной частью струйного преобразователя потока.

Насосно-эжекторная установка содержит жидкостно-газовый струйный аппарат 1, сепаратор 2, насос 3, теплообменник-холодильник 4 и струйный преобразователь 5 потока. Насос 3 выходом подключен к активному соплу струйного аппарата 1, сепаратор 2 подключен к выходу в насос 3, а струйный аппарат 1 газовым выходом подключен к источнику 6 откачиваемой газообразной среды. Струйный преобразователь 5 потока содержит камеру 7 расширения и размещенную за ней профилированную проточную часть 8, при этом камера 7 расширения преобразователя 5 со стороны входа в нее подключена к выходу из жидкостно-газового струйного аппарата 1, а профилированная проточная часть 8 преобразователя 5 со стороны выхода из нее потока подключена к сепаратору 2. Профилированная проточная часть 8 может быть конфузорно-диффузорной или цилиндрической, а площадь поперечного сечения профилированной проточной части 8 преобразователя 5 в зоне его наименьшего проходного сечения составляет от 1,1 до 200 площадей выходного сечения диффузора или камеры смещения струйного аппарата 1. Под площадью выходного сечения диффузора или камеры смешения струйного аппарата 1 может пониматься суммарная площадь выходных сечений камер смешения или соответственно диффузоров, если струйный аппарат выполнен с несколькими параллельно установленными камерами смешения или диффузорами.

Насосно-эжекторная установка работает следующим образом.

Из сепаратора 2 жидкая рабочая среда поступает на вход насоса 3, а последний подает ее под напором в сопло жидкостно-газового струйного аппарата 1. Истекая из сопла жидкая рабочая среда увлекает в проточную часть струйного аппарата 1 откачиваемую газообразную среду, поступающую из источника 6 откачиваемой среды. В струйном аппарате жидкая рабочая среда смешивается с откачиваемой газообразной средой и за счет преобразования кинетической энергии жидкой рабочей среды в энергию давления газообразная среда сжимается. Из струйного аппарата 1 газожидкостная смесь поступает в струйный преобразователь 5 потока. В преобразователе 5 потока газожидкостная среда вначале поступает в камеру 7 расширения, где поток преобразуется в сверхзвуковой поток газообразной среды, а затем сверхзвуковой поток поступает в профилированную проточную часть 8, где поток тормозится и в скачке давления преобразуется в дозвуковой газожидкостный поток. При этом степень сжатия газообразной составляющей потока скачкообразно увеличивается, а скорость движения потока резко уменьшается. Из струйного преобразователя 5 потока газожидкостная смесь поступает в сепаратор 2, где сжатый газ отделяется от жидкой рабочей среды. Сжатый газ из сепаратора 2 отводится по назначению, а жидкая рабочая среда поступает вновь на вход насоса 3. В процессе работы установки жидкая рабочая среда нагревается, что может ухудшить работу установки. Поэтому в процессе работы избыточное тепло от жидкой рабочей среды отводится в теплообменнике-холодильнике 4.

Данное изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подвод жидкой рабочей среды из сепаратора к насосу, подачу последним жидкой рабочей среды под напором в сопло жидкостно-газового струйного аппарата, формирование в сопле потока жидкой рабочей среды с последующим ее истечением из сопла, откачкой за счет этого газообразной среды и образованием в струйном аппарате газожидкостной смеси, отличающийся тем, что газожидкостную смесь из струйного аппарата подают в струйный преобразователь, где сначала поток газожидкостной смеси за счет его расширения преобразуют в сверхзвуковой газожидкостной поток, а затем сверхзвуковой газожидкостной поток тормозят в профилированной проточной части преобразователя с формированием скачка давления и частичным преобразованием в последнем кинетической энергии газожидкостного потока в потенциальную энергию давления, после чего из профилированной проточной части преобразователя газожидкостной поток подают в сепаратор, где газожидкостной поток разделяют на сжатый газ и жидкую рабочую среду.

2. Насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый струйный аппарат, сепаратор и насос, причем насос выходом подключен к активному соплу струйного аппарата, сепаратор подключен к входу в насос, а струйный аппарат газовым входом подключен к источнику откачиваемой газообразной среды, отличающаяся тем, что установка снабжена струйным преобразователем потока, включающим камеру расширения и размещенную за ней профилированную проточную часть, при этом камера расширения преобразователя со стороны входа в нее подключена к выходу из жидкостно-газового струйного аппарата, а профилированная проточная часть преобразователя со стороны выхода из нее потока подключена к сепаратору.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что профилированная проточная часть преобразователя выполнена конфузорно-диффузорной.

4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что профилированная проточная часть преобразователя выполнена цилиндрической.

5. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что профилированная проточная часть преобразователя выполнена с соотношением площади ее поперечного сечения в зоне ее наименьшего проходного сечения к площади поперечного сечения струйного аппарата на выходе из диффузора или суммарной площади на выходе из диффузоров, составляющем от 1,1 до 200.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2