Устройство для регулирования подачи и выдачи газа из накопительных емкостей

 

Устройство для переключения подачи и выдачи газа из накопительных емкостей относится к установкам для разделения газовых смесей и может быть использовано в газовой, химической и других отраслях промышленности, использующих продукты разделения газовых смесей под давлением. Устройство содержит установленную на линии сброса и подъема давления в емкостях принудительную арматуру, связанную со средством переключения емкостей. Принудительная арматура выполнена в виде трехходового принудительного клапана прямого действия, а средство переключения выполнено в виде рычажного переключателя, при этом каждая из двух накопительных емкостей снабжена штангой, связанной с рычажным переключателем и проходящей по оси емкости, а также скользящим по ней металлическим "поплавком", погруженным в жидкий продукт на 1/3 объема, причем штанга снабжена верхним запорным и нижним ограничителями. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к установкам для разделения газовых смесей и может быть использовано в газовой, химической и др. отраслях промышленности, использующих продукты разделения газовых смесей под давлением.

Известно устройство для газификации сжиженных продуктов (Глизманенко Д. Л. "Получение кислорода", 1972 г., с. 213 - 214), предусматривающее подачу сжиженного газа в змеевик регенератора плунжерным насосом под давлением, испарение в змеевике за счет теплообмена встречным теплым потоком воздуха, идущим по межтрубному пространству регенератора и выдачу теплого газообразного продукта под давлением из установки разделения воздуха. Причем для подачи потребителю технологического газа необходимо дополнительное сжатие газа в компрессорах. Устройство включает регенератор блока разделения воздуха со змеевиками, плунжерный насос с электродвигателем, трубопроводы подвода сжиженного газа к насосу и от насоса к регенератору, средство создания повышенного давления технологического газа подаваемого потребителю в виде компрессорных установок.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для газификации сжиженных продуктов (Патент на изобретение РФ N 2046260 "Способ получения газообразных продуктов разделения воздуха под давлением и устройство для получения газообразных продуктов разделения воздуха" от 20 октября 1995 г., кл. F 17 D 1/07), предусматривающее подачу сжиженного газа в змеевик регенератора с помощью двух попеременно работающих емкостей-накопителей, в которые жидкий продукт самотеком поступает на наполнение, а выдается из них в змеевик под избыточным давлением до 200 атм. Поочередное переключение емкостей-накопителей с режима накопления на режим выдачи жидкого продукта и обратно, т.е. регулирование подачи и выдачи газа, предусматривается с помощью командно-исполнительного механизма (КИМ), выдающего сигналы на переключение принудительных клапанов, установленных на линиях подачи давления и сброса давления из емкостей-накопителей. Недостатком известного технического решения является наличие сложного командно-исполнительного механизма, который через сервоприводы производит переключение клапанов принудительного действия.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструктивного исполнения устройства для регулирования подачи и выдачи газа (переключающего устройства), за счет исключения из схемы установки командно-исполнительного механизма и замены впускного и выпускного клапана на каждой емкости-накопителе одним трехходовым принудительным клапаном прямого действия.

Это достигается тем, что принудительная арматура выполнена в виде трехходового принудительного клапана прямого действия, а средство переключения выполнено в виде рычажного переключателя, при этом каждая из двух накопительных емкостей снабжена штангой, связанной с рычажным переключателем и проходящей по оси емкости, а также скользящим по ней металлическим "поплавком", погруженным в жидкий продукт на 1/3 объема. Причем штанга снабжена верхним запорным и нижним ограничителями.

Таким образом, регулирование подачи и выдачи газа из емкостей-накопителей производят с помощью рычажного переключателя трехходовых клапанов. Переключение переключателя производится в зависимости от уровня жидкого продукта в емкостях-накопителях. При полном опорожнении одной из емкостей от жидкости происходит переключение рычажного переключателя, а следовательно и емкости-накопителя с режима выдачи продукта под давлением на режим заполнения, а вторая емкость-накопитель переключается с режима наполнения на режим выдачи продукта под давлением. При полном заполнении жидкостью емкости-накопителя производится его перекрытие для предотвращения от переполнения жидким продуктом.

При опорожнении емкости "поплавок", скользя по штанге, опускается вниз и собственным весом упирается в ограничитель штанги, заставляя ее передвигаться и переключать через гибкую связь рычажный переключатель. Переключатель, воздействуя непосредственно на шток трехходового принудительного клапана, производит его переключение, в результате чего пустая емкость-накопитель становится в режим наполнения жидким продуктом, а вторая емкость-накопитель, в результате переключения второго трехходового клапана, становится в режим выдачи жидкого продукта под давлением потребителю. Когда во второй емкости жидкий продукт полностью выдавится под действием веса опустившегося "поплавка" произойдет обратное переключение режимов (через рычажный переключатель и трехходовой клапан) емкостей-накопителей на противоположное.

Для предотвращения режима переполнения жидким продуктом емкостей-накопителей, конструкция штанги выполнена таким образом, что при полном заполнении емкости "поплавок" упирается в верхний ограничитель штанги, одновременно являющийся заглушкой, которая при подъеме перекрывает сбросное отверстие давления газа, препятствуя дальнейшему заполнению емкости-накопителя жидким продуктом. Перемещение штанги для перекрытия отверстия сброса давления не влияет на положение рычажного переключателя и происходит только за счет всплытия "поплавка" и перемещения штанги без воздействия на рычажный переключатель.

Поддержание заданного давления выдаваемого жидкого продукта осуществляется известной конструкцией регулирующего клапана, установленного на общей линии после обратных клапанов выдачи жидкого продукта под давлением в змеевик испарителя. Степень открытия регулирующего клапана, а следовательно, и производительность установки по выдаваемому продукту под заданным давлением связана с давлением в системе газообразного продукта после испарителя, т.е. потребителя. Если отбор газообразного продукта прекращается, то давление в системе повышается и регулирующий клапан закрывается вплоть до полного закрытия. Установка автоматически останавливается в промежуточном положении. Если после перерыва потребитель стал забирать газообразный продукт, давление газа в системе начнет падать и регулирующий клапан, стараясь поддержать заданное давление, начнет приоткрываться тем больше, чем больше будет расход газа потребителем. Усовершенствование конструктивного исполнения установки прототипа в части устройства переключения емкостей-накопителей, а также наличие регулирующего клапана, работающего от заданного давления, позволяют автоматизировать весь процесс работы установки.

Устройство позволяет: отказаться от системы автоматики - командно-исполнительного механизма; отказаться от сервоприводов на клапанах принудительного действия; заменить четыре принудительных клапана двумя трехходовыми клапанами прямого действия.

Сравнение заявленного устройства с известным уровнем техники показывает, что изобретение является "новым", отвечает условиям охраноспособности "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На чертеже изображена кинематическая схема установки с использованием устройства для регулирования подачи и выдачи газа в виде рычажного переключающего устройства трехходовых клапанов.

Устройство содержит 1 и 2 - емкости-накопители жидкого продукта, 3 - испаритель-теплообменник жидкого продукта или регенераторы установки разделения воздуха, 4 и 5 - трехходовые принудительные клапана прямого действия, расположенные на линиях подачи давления и сброса давления из емкостей-накопителей, 6 - рычажный переключатель трехходовых клапанов, 7 и 8 - скользящие по штангам "поплавки", 9 и 10 штанги с верхним запорным и нижним ограничителем, 11, 12 - обратные автоматические клапаны на линиях подачи жидкого продукта в емкости-накопители, 13 и 14 - обратные автоматические клапаны на линиях выдачи жидкого продукта под давлением через 15 - регулирующий (редукционный) клапан в испаритель-теплообменник, 16 - вентиль подачи жидкости в емкости, 17 - вентиль выдачи газообразного продукта под давлением из испарителя.

Устройство для получения газообразных продуктов под заданным давлением с рычажным переключателем представляет из себя автономную установку в отдельном изолируемом кожухе, к которому подводится сжиженный продукт под избыточным давлением 0,3 - 1,0 атм, а на выходе из установки обеспечивается заданное давление (до 200 атм) за счет использования скрытой (внутренней) энергии сжиженного газа и работающей в автоматическом режиме от давления газа в системе потребителя.

Устройство работает следующим образом. Согласно изобретению, если в емкости-накопителе 1 уровень жидкости упал до минимума, то "поплавок" 7, скользя по направляющей штанге 9 под собственным весом, упирается в нижний ограничитель штанги 9 и заставляет перемещаться ее вниз, которая одновременно за плечо тянет рычаг 6 механизма переключения, заставляя его поворачиваться на оси. В этом случае рычажный механизм 6 заставляет через шток трехходовых клапанов переключиться таким образом, что 3-ходовой клапан 4 соединяет внутреннюю полость емкости-накопителя с атмосферой (или возвращает газообразный продукт в установку разделения воздуха для утилизации с давлением близким к атмосферному) и одновременно перекрывает отверстие подачи заданного давления газа в емкость. Через вентиль 16 и обратный автоматический клапан 11 жидкий продукт под избыточным давлением 0,3 - 1,0 атм начинает поступать на заполнение емкости 1. По мере заполнения емкости 1 жидкостью "поплавок" всплывает и упирается в верхний запорный ограничитель, перемещая штангу вверх до полного закрытия отверстия сброса газа, через которое проходит штанга. В этом положении заполненная емкость 1 находится неопределенное время в ожидании переключения емкостей от рычажного переключающего механизма. Срабатывание переключающего механизма 6 происходит только при полном опорожнении одной из емкостей от жидкого продукта под действием веса на штангу "поплавка".

Во второй емкости-накопителе 2 в это время после переключения 3-ходовой клапан 5 соединяет внутреннюю полость емкости 2 с заданным давлением газа, идущего на потребитель после испарителя-теплообменника 3, и одновременно перекрывает трубопровод сброса давления газа в атмосферу. Жидкий продукт в емкости 2 под действием гидростатического столба жидкости, через обратный автоматический клапан 14 и редукционный клапан 15, поступает в испаритель-теплообменник 3 расположенный ниже емкостей-накопителей 1, 2, где газифицируется и через вентиль 17 поступает под заданным давлением потребителю. По мере опорожнения емкости-накопителя 2 "поплавок" опускается, а при полном опорожнении емкости 2 вес "поплавка" переключает через штангу рычажный переключатель 3-ходовых клапанов. В этом случае емкость, которая была на наполнении становится на выдавливание жидкого продукта под давлением, а емкость, бывшая на выдавливании продукта, становится на заполнение жидким продуктом. Таким образом, происходит переключение емкостей-накопителей по определенному циклу в автоматическом режиме. Если отбор газообразного продукта под давлением после испарителя увеличивается, то цикл переключения емкостей-накопителей уменьшается, и наоборот, если отбор продукта под давлением уменьшается, то цикл переключения увеличивается вплоть до полной остановки до тех пор, пока не начнется падение заданного давления в системе потребителя.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении применение рычажного переключателя 3-ходовых клапанов емкостей-накопителей установки по получению газообразных продуктов под давлением (патент РФ N 2046260) позволяет автоматизировать процесс работы установки от нулевой производительности до максимально-расчетной по выдаче сжиженных продуктов под заданным давлением в зависимости от давления газа в системе потребителя, конструктивно упростить механизм переключения клапанов, обеспечить высокую надежность в работе, улучшить эксплуатационное обслуживание.

Формула изобретения

Устройство для регулирования подачи и выдачи газа из накопительных емкостей, преимущественно при газификации сжиженных газов, включающее установленную на линии сброса и подъема давления в емкостях принудительную арматуру, связанную со средством переключения емкостей, отличающееся тем, что принудительная арматура выполнена в виде трехходового принудительного клапана прямого действия, а средство переключения выполнено в виде рычажного переключателя, при этом каждая из двух накопительных емкостей снабжена штангой, связанной с рычажным переключателем и проходящей по оси емкости, а также скользящим по ней металлическим "поплавком", погруженным в жидкий продукт на 1/3 объема, причем штанга снабжена верхним запорным и нижним ограничителями.

РИСУНКИ

Рисунок 1