Дренажное устройство для холодных, преимущественно, горючих газов
Изобретение относится к устройствам сброса в атмосферу из различного технологического оборудования токсичных газов, а также паров криогенных жидкостей (метана, водорода, азота, кислорода и др.). Дренажное устройство для холодных, преимущественно, горючих газов содержит подводящий и отводящий коллекторы и по меньшей мере две сбросные трубы, сообщенные с ними, выпускную трубу, соединенную своим входом с отводящим коллектором, а выходом - с атмосферой, сбросные трубы снабжены внутренним и внешним продольными оребрениями. В качестве холодного горючего газа используют метан, при этом отношение площади F внешней поверхности теплообмена каждой сбросной трубы к площади S ее проходного сечения составляет F/S=4200...2000 при давлении сброса, равном соответственно 0,1...2,0 МПа. Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции устройства и его работы. 14. з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, в частности в криогенной и химической, и относится к устройствам сброса в атмосферу из различного технологического оборудования токсичных газов, а также паров криогенных жидкостей (метана, водорода, азота, кислорода и др.).
Известно дренажное устройство для холодных и горючих газов, содержащее подводящий и отводящий коллекторы и по меньшей мере две сбросные трубы, сообщенные с ними (см. авторское свидетельство СССР 1157319, МКл. F 23 J 11/00, 1985). Недостатком данного устройства является малая поверхность теплообмена с окружающей средой и затрудненный вследствие этого подогрев сбрасываемого газа, что ухудшает динамику истечения потока газа, а следовательно - сокращение размеров зон опасных концентраций выбрасываемых газов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции устройства и его работы путем улучшения эффективности рассеивания с одновременным сокращением размеров зон опасных концентраций выбрасываемых криогенных газов (метана, водорода и т.д.) за счет их прогрева до величины "положительной" плавучести в воздухе и повышения динамической энергии истечения с преобразованием статического давления в динамический напор потока криогенных газов и повышения сопротивления динамическим нагрузкам - изгибу и колебаниям сбросных труб вследствие повышения их устойчивости и жесткости, в том числе от воздействия вытекающих потоков газа, ветровой нагрузки и других внутренних и внешних воздействий, повышение безопасности обслуживания путем снижения возможности получения термических травм. Технический результат достигается тем, что дренажное устройство для холодных, преимущественно, горючих газов содержит подводящий и отводящий коллекторы и по меньшей мере две сбросные трубы, сообщенные с ними, выпускную трубу, соединенную своим входом с отводящим коллектором, а выходом - с атмосферой, сбросные трубы снабжены внутренним и внешним продольными оребрениями. В качестве холодного горючего газа используют метан, при этом отношение площади F внешней поверхности теплообмена каждой сбросной трубы (внешней поверхности сбросной трубы и внешнего продольного оребрения) к площади S ее проходного сечения составляет F/S=4200...2000 при давлении сброса, равном соответственно 0,1...2,0 МПа, т.е. при давлении сброса, равном 0,1 МПа, отношение F/S будет равно 4200, при 2,0 МПа отношение F/S равно 2000. Кроме того, сбросные трубы установлены вертикально; сбросные трубы установлены горизонтально; сбросные трубы установлены под углом к горизонту; внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены в виде прямых, сплошных продольных ребер; внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены гофрированными; гофры имеют в поперечном сечении многоугольную форму; гофры имеют в поперечном сечении волнистую форму; внешнее продольное оребрение выполнено полым, а полости оребрения сообщены со сбросными трубами; внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены заодно со сбросными трубами; внутреннее и внешнее продольные оребрения соединены со сбросными трубами сваркой или пайкой;внешнее продольное оребрение соединено со сбросными трубами механически;
сбросные трубы, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металла;
сбросные трубы, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металлокерамики;
на выходе выпускной трубы установлен рассеиватель. Наличие выпускной трубы, сообщенной своим входом с отводящим коллектором и через него с выходами сбросных труб, снабженных внутренним и внешним продольными оребрениями, увеличивает поверхность теплообмена между дренируемыми газами и окружающей средой, за счет этого выбрасываемые газы и пары подогреваются, снижается их плотность, увеличивается их скорость движения по выпускной трубе, повышается динамическая энергия истечения газов и паров в атмосферу, а следовательно, улучшается рассеивание, турбулизация и перемешивание выбрасываемых газов и паров с атмосферным воздухом, вследствие чего уменьшаются зоны опасных концентраций выбрасываемых криогенных паров и газов. Кроме того, продольные оребрения повышают устойчивость, жесткость и сопротивление сбросных труб динамическим нагрузкам (изгибу и колебаниям), возникающим, например, под воздействием ветровой нагрузки, землетрясения, истекающих потоков газа, и других внутренних и внешних воздействий, повышается безопасность обслуживания путем снижения возможности получения термических травм. Отношение площади F внешней поверхности теплообмена каждой сбросной трубы к площади S ее проходного сечения, составляющее F/S=4200...2000, позволяет рассчитать оптимальную и необходимую площадь теплообмена с окружающей средой для подогрева и испарения, в частности, метана, расход которого ограничен площадью проходного сечения сбросной трубы. Выполнение сбросных труб с возможностью размещения от горизонтального до вертикального положения позволяет их использовать для различных компоновочных решений всего комплекса оборудования. Кроме того, при горизонтальном расположении сбросных труб снижается ветровая нагрузка и возможность попадания внутрь атмосферных осадков. Выполнение оребрений в виде прямых, сплошных продольных ребер позволяет повысить устойчивость и жесткость сбросных труб, а также всего устройства, упростить технологию производства оребренных труб, например, путем горячего прессования через фильеру. Выполнение оребрений гофрированными, при этом гофры имеют в поперечном сечении многоугольную или волнистую форму, позволяет повысить теплообмен между выбрасываемыми газами и окружающей средой и улучшить технологичность изготовления ребер, например, прессованием или прокаткой. Выполнение внешнего продольного оребрения полым, сообщающимся со сбросными трубами позволяет увеличить поверхность теплообмена между выбрасываемыми криогенными газами и окружающей средой. Выполнение оребрений заодно со сбросными трубами позволяет повысить жесткость сбросных труб, надежность соединения с ребрами. Соединение оребрений со сбросными трубами сваркой или пайкой упрощает технологию изготовления. Соединение внешнего оребрения со сбросными трубами механически упрощает технологию сборки сбросной трубы. Выполнение сбросных труб и оребрений из металла или металлокерамики позволяет улучшить теплообмен и теплопередачу между окружающей средой и сбросными газами. Снабжение выпускной трубы рассеивателем позволяет дополнительно повысить эффективность рассеивания выбрасываемых газов. На фиг.1 изображено дренажное устройство, общий вид;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Дренажное устройство для холодных, преимущественно, горючих газов содержит подводящий и отводящий коллекторы 1 и 2 и по меньшей мере две сбросные трубы 3, сообщенные с подводящим и отводящим коллекторами 1 и 2, выпускную трубу 4, соединенную своим входом с отводящим коллектором 2, а сбросные трубы 3 снабжены внутренним и внешним продольными оребрениями соответственно 5 и 6. Соединение подводящего коллектора 1 с выпускной трубой 4 заглушено и служит для повышения устойчивости и жесткости всего устройства. Сбросные трубы 3 выполнены с возможностью размещения от горизонтального до вертикального положения. Внутреннее и внешнее оребрения 5 и 6 могут быть выполнены или в виде прямых, сплошных продольных ребер, или гофрированными. Внешнее продольное оребрение 6 может быть выполнено полым, сообщенным со сбросными трубами 3. Гофры оребрений 5 и 6 могут иметь в поперечном сечении или многоугольную форму (треугольную, четырехугольную, трапециевидную, пятиугольную, шестиугольную и т.д.), или волнистую форму. Внутреннее и внешнее оребрения 5 и 6 могут быть выполнены или заодно со сбросными трубами 3, или соединены со сбросными трубами 3 сваркой или пайкой, а внешнее продольное оребрение 6, кроме того, может быть соединено со сбросными трубами 3 механически. Сбросные трубы 3, а также внутреннее и внешнее оребрения 5 и 6 могут быть выполнены или из металла (алюминия, латуни, стали, и т.д.), или из металлокерамики. На выходе выпускной трубы 4 установлен рассеиатель 7. Дренажное устройство работает следующим образом. При отсутствии сбросов криогенных газов надежность конструкции устройства обеспечивается высокой устойчивостью и жесткостью оребренных сбросных труб 3, которые хорошо выдерживают экстремальные внешние динамические нагрузки - от ветра, землетрясения и других вибраций почвы. При нарушении технологического режима работы, а также при аварийном превышении предельно допустимого давления, например, для метана 1,6 МПа в криогенной системе, срабатывает аварийное или предохранительное устройство и осуществляется сброс криогенных или ожиженных газов. Газы поступают в подводящий коллектор 1, для метана - при давлении, например, P1=2,0 Мпа и температуре Т1=-107oС, и распределяются по сбросным трубам 3. В сбросных трубах 3 поступающий газ контактирует с поверхностью внутреннего оребрения 5, подогревается за счет получения тепла из окружающей среды через внешнее и внутреннее оребрения 6 и 5 (при возможном наличии жидкой фазы она испаряется). В процессе нагрева газ расширяется, уменьшается его плотность, при этом статическое давление преобразуется в динамический напор потока выбрасываемого газа, т.е. увеличивается его скорость по мере движения по сбросным трубам 3, по отводящему коллектору 2 и выпускной трубе 4. За счет этого процесса температура, например, для метана повышается до температуры Т2=-68oС, соответствующей температуре "положительной" плавучести метана в воздухе. Таким образом, улучшается эффективность рассеивания с одновременным сокращением размеров зон опасных концентраций выбрасываемых газов за счет подогрева этого газа, снижения его плотности и высокой скорости истечения. Наличие рассеивателя 7 на выходе выпускной трубы 4 повышает эффективность рассеивания за счет улучшения смешения выходящих газов и атмосферного воздуха и увеличения площади рассеивания.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение
Извещение опубликовано: 27.06.2005 БИ: 18/2005
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.11.2005
Извещение опубликовано: 10.04.2008 БИ: 10/2008