Холодная свеча
Изобретение относится к устройствам сброса в атмосферу из различного технологического оборудования токсичных газов, а также паров криогенных жидкостей (метана, водорода, азота, кислорода, аммиака и др.). Холодная свеча для преимущественно горючих газов содержит сбросную трубу с входным патрубком, сбросная труба выполнена с внутренним и внешним продольными оребрениями. В качестве горючего газа используют метан, при этом отношение площади F внешней поверхности теплообмена (внешней поверхности сбросной трубы и внешнего продольного оребрения) сбросной трубы к площади S ее проходного сечения составляет F/S=4200...2000 при давлении, 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. Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции холодной свечи и ее 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, аммиака и др.).
Известно дренажное устройство для холодных и горючих газов, содержащее сбросную трубу с входным патрубком (см. авторское свидетельство СССР 1157319, М.кл. 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 холодной свечи и ее 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 сбросной трубы вследствие повышения ее 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 холодная свеча для преимущественно горючих газов содержит сбросную трубу с входным патрубком, сбросная труба выполнена с внутренним и внешним продольными оребрениями. В качестве горючего газа используют метан, при этом отношение площади F внешней поверхности теплообмена (внешней поверхности сбросной трубы и внешнего продольного оребрения) сбросной трубы к площади S ее проходного сечения составляет F/S= 4200...2000 при давлении, 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, сбросная труба установлена вертикально; сбросная труба установлена горизонтально; сбросная труба установлена 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 полость оребрения сообщена со сбросной трубой; внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены заодно со сбросной трубой; внутреннее и внешнее продольные оребрения соединены со сбросной трубой сваркой или пайкой;внешнее продольное оребрение соединено со сбросной трубой механически;
сбросная труба, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металла;
сбросная труба, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металлокерамики;
на выходе сбросной трубы установлен рассеиватель. Снабжение сбросной трубы 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 сбросной 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 сбросной трубы 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 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 сбросной трубы с возможностью размещения от горизонтального до вертикального положения позволяет ее использовать для различных компановачных решений. Кроме того, при горизонтальном расположении сбросной трубы снижается ветровая нагрузка и возможность попадания внутрь атмосферных осадков. Выполнение оребрений в виде прямых, сплошных продольных ребер позволяет повысить устойчивость и жесткость сбросной трубы, упростить технологию производства оребренной трубы, 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 сбросной трубой, позволяет увеличить поверхность теплообмена между выбрасываемыми криогенными газами и окружающей средой. Выполнение оребрений заодно со сбросной трубой позволяет повысить жесткость сбросной трубы, надежность соединения с ребрами. Соединение оребрений со сбросной трубой сваркой или пайкой упрощает технологию изготовления. Соединение внешнего оребрения со сбросной трубой механически упрощает технологию сборки сбросной трубы. Выполнение сбросной трубы и оребрений из металла или металлокерамики позволяет улучшить теплообмен и теплопередачу между окружающей средой и сбросными газами. Снабжение сбросной трубы рассеивателем позволяет дополнительно повысить эффективность рассеивания выбрасываемых газов. На фиг.1 изображена холодная свеча, общий вид;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Холодная свеча для преимущественно горючих газов содержит сбросную трубу 1 с входным патрубком 2. Сбросная труба 1 снабжена внутренним и внешним продольными оребрениями 3 и 4 соответственно. Сбросная труба 1 выполнена с возможностью размещения от горизонтального до вертикального положения. Внутреннее и внешнее оребрения 3 и 4 могут быть выполнены или в виде прямых, сплошных продольных ребер, или гофрированными. Внешнее продольное оребрение 4 может быть выполнено полым, сообщенным со сбросной трубой 1. Гофры оребрений 3 и 4 могут иметь в поперечном сечении или многоугольную форму (треугольную, четырехугольную, трапециевидную, пятиугольную, шестиугольную и т.д.), или волнистую форму. Внутреннее и внешнее оребрения 3 и 4 могут быть выполнены или заодно со сбросной трубой 1, или соединены со сбросной трубой 1 сваркой или пайкой, а внешнее продольное оребрение 4, кроме того, может быть соединено со сбросной трубой 1 механически. Сбросная труба 1, а также внутреннее и внешнее оребрения 3 и 4 могут быть выполнены или из металла (алюминия, латуни, стали и т.д.), или металлокерамики. На выходе сбросной трубы 1 установлен рассеиватель 5. Холодная свеча работает следующим образом. При отсутствии сбросов криогенных газов надежность конструкции обеспечивается высокой устойчивостью и жесткостью оребренной сбросной трубы 1, которая 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 во входной патрубок 2, для метана при давлении, например, Р1=2,0 МПа и температуре T1= -107oС, и затем в сбросную трубу 1. В сбросной трубе 1 поступающий газ контактирует с поверхностью внутреннего оребрения 3, подогревается за счет получения тепла из окружающей среды через внешнее и внутреннее оребрения 4 и 3 (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 сбросной трубе 1. 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 5 на выходе сбросной трубы 1 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: 20.07.2005 БИ: 20/2005
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.11.2005
Дата публикации: 27.12.2011