РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК B01D19/00 

Настоящее изобретение относится к резервуарам для жидкости, которые предназначены для создания буфера в поддающейся вспениванию отработанной жидкости и в которых уровень жидкости изменяется в широком диапазоне. Основной целью изобретения является уменьшение риска того, что выходящую из резервуара жидкость будет сопровождать газ.

Проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, возникает, например, при работе системы резервуаров, содержащих сепараторы циклонного типа. В известных системах резервуаров этого типа циклонные сепараторы закреплены на днище. Уровень жидкости в таких устройствах меняется существенно, и при высоком уровне пузырьки газа, содержащиеся во входном потоке смешанной с газом жидкости, подвергаются воздействию статического давления, в результате чего сжимаются. Известно, что маленькие пузырьки газа поднимаются в направлении поверхности жидкости значительно медленнее, чем большие, просто потому, что у маленьких пузырьков менее благоприятное значение отношения объема к поперечному сечению, чем у больших. Как следствие, при высоких уровнях жидкости в резервуарах остаточный газ, выходящий из сепаратора вблизи днища резервуара, будет подниматься по направлению к поверхности жидкости столь медленно, что имеется опасность его поступления в выходное отверстие резервуара.

По этой причине центробежная сепарация в циклонном сепараторе при увеличении статического давления будет, очевидно, ухудшаться. Механизм разделения смеси жидкости и газа в циклоне аналогичен имеющему место в резервуаре.

Аналогичные проблемы, связанные с присутствием газа в жидкости, которая откачивается из резервуара, могут возникать также в ситуации, когда входное отверстие в резервуаре расположено относительно высоко при относительно низком уровне жидкости. Это приводит к втягиванию газа в поток жидкости, падающий сверху в резервуар, вследствие чего из резервуара жидкость выходит также вместе с газом.

Известно плавающее устройство для подачи жидкости. Так, авт.св. СССР N 767018 предлагает резервуар для жидкости, содержащий входной и выходной трубопроводы, стенки, днище и устройство для подачи жидкости, расположенное внутри резервуара, соединенное с входным трубопроводом и содержащее средства перемещения (поплавок) устройства для подачи жидкости в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре, предназначенные для автоматического подъема патрубка при наливе с целью облегчения его вывода оператором из емкости по окончании налива. Однако в известном устройстве не решается проблема разделения подаваемой смеси на газ и жидкость и выделения газа из жидкости.

Наиболее близким устройством является установка для сбора и дегазации нефти (Авт. св. СССР N 559716), содержащая резервуар с входным патрубком и присоединенным к нему устройством для подачи жидкости, включающим центробежный сепаратор, в котором происходит разделение поступающей в резервуар газожидкостной смеси на жидкость и газ. Однако выделение пузырьков газа из жидкости, прошедшей через циклонный сепаратор затруднено из-за высокого статического давления, которому подвергается каждый пузырек.

Задачей изобретения является создание резервуара для жидкости, в котором обеспечено эффективное выделение газа из подаваемой газожидкостной смеси.

Решение указанной задачи обеспечено тем, что резервуар для вспенивающейся жидкости, уровень которой в резервуаре изменяется, содержащий входной и выходной трубопроводы для жидкости, стенки и днище, а также устройство для подачи жидкости, расположенное внутри резервуара, соединенное с входным трубопроводом и содержащее средство сепарации жидкости и газа, выполненное в виде циклонного сепаратора, частично погруженного в находящуюся в резервуаре жидкость, и предназначенное для отделения газа от жидкости вблизи отверстия устройства для подачи жидкости, снабжен средствами перемещения выходного отверстия устройства для подачи жидкости в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре.

Устройство для подачи жидкости может быть снабжено средствами воздействия на течение жидкости, расположенными вблизи входа в циклонный сепаратор и выполненными с возможностью приложения центробежной силы к жидкости на входе в циклонный сепаратор, при этом устройство может быть выполнено по меньшей мере с одним отверстием в верхней части для выпуска вверх газа, выделившегося из жидкости в циклонном сепараторе под действием центробежных сил.

Выходное отверстие устройства для подачи жидкости может быть расположено на уровне поверхности жидкости или непосредственно под ним, а часть входного трубопровода между точкой ее крепления и устройством для подачи жидкости может быть выполнена с возможностью перемещения по меньшей мере в вертикальной плоскости.

Перемещаемая часть входного трубопровода может быть выполнена в виде жесткой трубы, подвижно соединенной с остальной частью входного трубопровода в точке ее крепления, а также в виде двух трубопроводов, в которых реактивные усилия текущей жидкости уравновешены.

Средства перемещения выходного отверстия могут быть выполнены в виде вытесняющего жидкость тела, соединенного с этим отверстием и создающего подъемную силу, действующую на устройство для подачи жидкости.

Резервуар может быть снабжен герметизированным подвижным телескопическим устройством, расположенным между устройством для подачи жидкости и входным трубопроводом, причем нижняя часть этого устройства может быть закреплена в кожухе, соединена с входным трубопроводом и выполнена со средствами завихрения, а верхняя его часть может быть установлена с возможностью скользящего перемещения относительно нижней части, и в ней может быть расположено выходное отверстие устройства для подачи жидкости.

Средства воздействия на течение жидкости могут быть выполнены невращающимися и размещены в осесимметричном корпусе, который может быть выполнен с возможностью подачи в него вблизи дна жидкости и направления жидкости средствами воздействия для создания центробежной силы.

Средства воздействия на течение жидкости могут быть размещены в указанном корпусе нижним краем вблизи входа жидкости в циклонный сепаратор, а верхним краем над поверхностью жидкости.

Резервуар может быть снабжен расположенными между входным трубопроводом и циклонным сепаратором двумя параллельными жесткими трубопроводами, выходные концы которых загнуты к циклонному сепаратору и соединены с ним с противоположных боковых сторон вблизи дна сепаратора, а средства воздействия могут быть выполнены в нижней части сепаратора между выходными концами параллельных трубопроводов, причем эти трубопроводы могут быть присоединены к входному трубопроводу и к нижней части сепаратора с возможностью поворота.

Резервуар может быть снабжен в верхней его части вентиляционным устройством, выполненным с возможностью протекания через него газа, выделенного циклонным сепаратором и возникающего из-за перемещения уровня жидкости.

Выходной трубопровод может быть установлен вблизи дна резервуара.

Преимуществом предлагаемого резервуара является то, что наличие в нем средств перемещения устройства для подачи жидкости в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре позволяет улучшить выделение пузырьков газа из жидкости, прошедшей через циклонный сепаратор, в котором произошло разделение поступающей в резервуар газожидкостной смеси. Это обусловлено тем, что благодаря подаче жидкости в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре статическое давление, которому подвергается каждый пузырек, является низким или вообще отсутствует, что дает в результате отсутствие газа в жидкости, откачиваемой из резервуара.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что центробежная сепарация производится при оптимальных условиях, т.е. при минимальном влиянии статического давления. Кроме того, всякий остаточный газ, выходящий из сепаратора вместе с жидкостью, находится на минимальном расстоянии от поверхности, при этом скорость подъема газа имеет оптимальное значение.

Кроме того, в некоторых жидкостях, предназначенных для хранения в резервуарах, присутствуют твердые частицы или волокна, которые могут всплывать вместе с пузырьками газа к поверхности и образовывать там корку, которая в свою очередь препятствует выходу на поверхность остаточных газов.

Преимуществом настоящего изобретения является также то, что подача жидкости только в поверхностном слое препятствует образованию такой корки. Это достигается благодаря сведения к минимуму эффекта флотации вследствие того, что пузырьки проходят очень короткое расстояние до поверхности. В результате пузырьки выходят на поверхность жидкости и лопаются, в то время как частицы или волокна тонут и выходят вместе с потоком вытекающей жидкости.

Изобретение подробно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 дан вариант предпочтительного выполнения резервуара для жидкости с устройством для подачи жидкости, выполненным согласно изобретению, вид сбоку; на фиг. 2 в плане резервуар, показанный на фиг. 1; на фиг. 3 в увеличенном масштабе входная часть устройства для подачи жидкости согласно фиг. 2; фиг. 4 в увеличенном масштабе выходную часть устройства подачи жидкости согласно фиг. 2; на фиг. 5 еще один вариант выполнения устройства для подачи жидкости согласно изобретению; на фиг. 6 часть устройства, выполненного согласно фиг. 5; на фиг. 7 еще один вариант выполнения входной части устройства для подачи жидкости согласно фиг. 1 4, вид сбоку; на фиг. 8 поперечное сечение в горизонтальной плоскости части устройства, показанного на фиг. 7.

На фиг. 1 изображен резервуар для жидкости типа цистерны, т.е. со значительным внутренним объемом, доходящим до нескольких кубических метров. Резервуар, выполненный согласно предпочтительному варианту изобретения, установлен в вертикальном положении на фундаменте и имеет днище 4, цилиндрические стенки 3 и крышку 15. Жидкость поступает в резервуар через входной трубопровод 1 и откачивается из него через выходной трубопровод 2, предпочтительно с помощью насоса 2А. Устройство 5 для подачи жидкости, выполненное согласно настоящему изобретению, всегда обеспечивает подачу жидкости в резервуар вблизи поверхности 8 жидкости. В точке 11 поворота жесткая труба трубопровода, выполненная с возможностью поворота в вертикальной плоскости, прикреплена к входному трубопроводу 1. Выходной конец подвижного трубопровода соединен с циклонным сепаратором 7 с помощью такого же подвижного соединения, как и крепление 11 к входному трубопроводу 1. Циклонный сепаратор 7 выполнен в виде удлиненной цилиндрической трубы с верхним открытым концом 7В для выхода газа и нижним концом 7С, снабженным донной пластиной с небольшим дренажным отверстием (не показано). Жидкость, проходящая через циклон, стремится вытекать через несколько отверстий 7А, расположенных одно за другим в горизонтальной плоскости, причем ширина каждого отверстия 7А в окружном направлении больше, чем в осевом направлении.

Непосредственно над отверстиями 7А расположено вытесняющее жидкость тело 6, придающее всему устройству 5 для подачи жидкости плавучесть, достаточную для его перемещения в соответствии с уровнем 8 жидкости. Отверстия 7А, таким образом, всегда располагаются непосредственно над поверхностью 8 жидкости, так что воздействие статического давления на газ, который может оставаться в жидкости и выходить через пазы 7А, фактически равно нулю. Отделенный газ, а также потоки газа, возникающие в результате колебаний уровня жидкости, могут выходить через вентиляционное устройство 16, расположенное в крышке.

Жидкость поступает через входной трубопровод 1 и далее через участок 9 трубопровода, установленный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, попадает в циклонный сепаратор 7, и затем выходит через отверстия 7А и добавляется к находящейся в резервуаре жидкости. Если расход жидкости на входе больше, чем на выходе, через выходной трубопровод 2, поверхность 8 жидкости будет подниматься вверх, увлекая за собой поплавок 6 и с ним циклонный сепаратор 7, в результате чего подаваемая жидкость всегда будет попадать в резервуар вблизи поверхности 8 жидкости.

В качестве примеров штрих-пунктирными линиями изображены два положения устройства для подачи жидкости, первое из которых соответствует уровню жидкости примерно у средней отметки резервуара, а второе когда оно расположено в крайнем верхнем положении, т.е. когда его дальнейшее перемещение вверх механически ограничено. Циклонный сепаратор снабжен трубчатым элементом, существенная часть которого (около 20% от общей длины) находится над поверхностью 8 жидкости для того, чтобы предотвратить заливание жидкостью верхнего конца циклонного сепаратора. Этот эффект усиливается тем, что труба 7 снабжена ориентированными внутрь кромками у ее верхнего конца 7В. Газ, отделенный от жидкости с помощью центробежных сил, выходит из циклонного сепаратора главным образом вблизи центра верхней части 7В сепаратора.

На фиг. 2, изображающей резервуар в плане, видно, что подвижной участок 9 трубопровода состоит из двух жестких параллельных трубопроводов. Причина, по которой применены два параллельных трубопровода, заключается в возможности простыми средствами уравновесить реактивные усилия и таким образом решить проблему их воздействия на точку поворота и т.п. В конце входного трубопровода 1 установлена Т-образная труба 1А, в которую вставлены входные концы частей 9А и 9В подвижного участка трубопровода для обеспечения функционирования шарнирного соединения 11. Другие концы подвижных труб 9A, 9В установлены таким же образом, т.е. соответствующие концы трубопровода вставлены в соосные трубы 7D, направленные в разные стороны. Для того, чтобы удерживать вместе две части 9A, 9В подвижного участка трубопровода, имеются две регулируемые стяжки 17А, 17В, прикрепленные вблизи каждого из его концов.

Как показано на фиг. 3, два симметричных элемента 7Е установлены друг напротив друга внутри циклонного сепаратора 7 для изменения направления втекающей туда из двух труб 9A, 9В жидкости так, чтобы появилась тангенциальная составляющая скорости потока для достижения требуемого эффекта сепарации с помощью центробежных сил. Кроме того, каждый элемент 7Е направлен наклонно вверх, так что соответствующий противоположно установленный элемент 7Е не мешает потоку.

На фиг. 4 подробно показан вариант предпочтительного выполнения части 1А резервуара вместе с частично изображенной половиной 9В следующего за ней установленного в ней трубопровода. Можно видеть, что подвижной трубопровод предпочтительно выполнен в виде жесткой сварной трубчатой конструкции. Поворотный элемент содержит прикрепленный к изгибу трубы рукав 18, который вставлен внутрь одного конца Т-образной трубы 1А. Поясок 21 служит стопором, а с внутренней стороны уплотнения 19 установлен подшипник скольжения 20. Входная труба 1 (не показана) выполнена с возможностью фиксации с помощью болтового соединения на фланце 23 Т-образной трубы 1А.

На фиг. 5 изображен еще один вариант выполнения устройства 5 для подачи жидкости согласно изобретению. В соответствии с этим вариантом, устройство для подачи жидкости состоит из двух частей 12, 13, выполненных с возможностью перемещения. Нижняя часть 12 прикреплена внутри резервуара 3 с помощью болтов к соединительной трубе 1В, и таким образом к входному трубопроводу 1 (не показано). Снаружи этой нижней трубы 12, направленной вертикально вверх, установлена подвижная труба 13 большего диаметра. К верхнему ее концу прикреплен поплавок 6, непосредственно под которым расположены отверстия для выхода жидкости. Таким образом, эти отверстия 7А всегда располагаются непосредственно под поверхностью 8 жидкости. Внутри закрепленной трубы 12 может быть закреплен элемент 14 в форме пропеллера для придания поступающему потоку вращательного движения. Выступающий упор 16 определяет верхнюю границу диапазона перемещения устройства для подачи жидкости.

На фиг. 6 изображена часть циклонного сепаратора 7. Цилиндрический турбулизатор 15 потока расположен внутри циклона 7 у его стенки вблизи выходных отверстий 7А для жидкости с перекрытием их верхних и нижних кромок и служит для улучшения центробежной сепарации путем предотвращения вращения пузырьков газа вблизи центра циклона и выхода их вместе с жидкостью через отверстия 7А.

На фиг. 7 и 8 изображен еще один вариант прикрепления трубопроводов 9A, 98 к циклонному сепаратору 7. С целью уменьшения искажений потока, поступающего в циклон 7, каждый из двух трубопроводов 9A, 98 оканчивается аванкамерой 7F, содержащей две боковые пластины 24, 25, установленные тангенциально по отношению к трубе 7, между которыми расположена соединительная пластина 26, а также верхняя 27 и 28 пластины. На соединительной пластине 26 расположен патрубок 7D, в который вставлены концы 9A, 98 трубопроводов. Желаемые параметры входного потока жидкости, поступающей в циклон 7, достигаются благодаря наличию в одном углу каждой аванкамеры 7F вертикальной прорези 7G в трубе 7.

Изобретение не ограничено вариантами выполнения, описанными выше, и может изменяться в рамках нижеследующей формулы изобретения. Так например, вместо поплавка 6 для обеспечения нужного положения отверстия/отверстий 7А может быть использован гидравлический поршень, реечная передача, цепная передача и т.п. при этом данные об уровне жидкости могут быть получены как с помощью маленького поплавка, так и с помощью датчика статического давления, а его регулировка осуществляется электронными средствами.

Жесткий трубопровод 9, использованный в первом варианте, может быть заменен на гибкий, в этом случае описанная конструкция становится применима для резервуаров меньшего диаметра. Кроме того, трубопровод 9 сам может быть выполнен телескопическим. Изобретение главным образом предназначено для вспенивающихся жидкостей, например, для отработанного раствора, образующегося после варки целлюлозы и дальнейшей ее обработки, но, конечно, может быть использовано для любой жидкости, где возникают вышеописанные проблемы. Кроме того, очевидно, что изобретение также может быть использовано для открытых резервуаров и для других существующих резервуаров, если устройство согласно изобретению может быть там полезным, т.е. например, если входная секция сама образует буферную зону для последующих этапов технологического процесса внутри корпуса.

Использование: настоящее изобретение относится к резервуару для жидкости, уровень которой существенно изменяется, предназначенному главным образом для создания буфера и содержащему входной и выходной трубопроводы для жидкости, стенки, днище и устройство для подачи жидкости, расположенное внутри резервуара, соединенное со входным трубопроводом и содержащее средства перемещения отверстия в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре, которое предпочтительно расположено на уровне жидкости или непосредственно под ним, что значительно снижает вероятность содержания газа в вытекающей через выходной трубопровод жидкости. 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Резервуар для жидкости, в том числе вспенивающейся, уровень которой в резервуаре изменяется, содержащий входной и выходной трубопроводы для жидкости, стенки и днище, а также устройство для подачи жидкости, расположенное внутри резервуара, соединенное с входным трубопроводом и содержащее средство сепарации жидкости и газа, выполненное в виде циклонного сепаратора, частично погруженного в находящуюся в резервуаре жидкость, и предназначенное для отделения газа от жидкости вблизи отверстия устройства для подачи жидкости, отличающийся тем, что резервуар снабжен средством перемещения выходного отверстия устройства для подачи жидкости в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре. 2. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что устройство для подачи жидкости снабжено средствами воздействия на течение жидкости, расположенными вблизи входа в циклонный сепаратор и выполненными с возможностью приложения центробежной силы к жидкости на входе в циклонный сепаратор, при этом устройство выполнено по меньшей мере с одним отверстием в верхней части для выпуска вверх газа, выделившегося из жидкости в циклонном сепараторе под действием центробежных сил. 3. Резервуар по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выходное отверстие устройства для подачи жидкости расположено на уровне поверхности жидкости или непосредственно под ним. 4. Резервуар по пп. 1 3, отличающийся тем, что часть входного трубопровода между точкой ее крепления и устройством для подачи жидкости выполнено с возможностью перемещения по меньшей мере в вертикальной плоскости. 5. Резервуар по п. 4, отличающийся тем, что перемещаемая часть входного трубопровода выполнена в виде жесткой трубы, подвижно соединенной с остальной частью входного трубопровода в точке ее крепления. 6. Резервуар по п. 5, отличающийся тем, что перемещаемая часть входного трубопровода выполнена в виде двух трубопроводов, в которых реактивные усилия текущей жидкости уравновешены. 7. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что средство перемещения выходного отверстия выполнено в виде вытесняющего жидкость тела, соединенного с этим отверстием и создающего подъемную силу, действующую на устройство для подачи жидкости. 8. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен герметизированным подвижным телескопическим устройством, расположенным между устройством для подачи жидкости и входным трубопроводом. 9. Резервуар по п. 8, отличающийся тем, что нижняя часть телескопического устройства закреплена в кожухе и соединена с входным трубопроводом, а верхняя его часть установлена с возможностью скользящего перемещения относительно нижней части и в ней расположено выходное отверстие устройства для подачи жидкости. 10. Резервуар по п. 8, отличающийся тем, что нижняя часть телескопического устройства выполнена со средствами завихрения. 11. Резервуар по п. 2, отличающийся тем, что средства воздействия на течение жидкости размещены в осесимметричном корпусе и выполнены невращающимися. 12. Резервуар по п. 11, отличающийся тем, что осесимметричный корпус выполнен с возможностью подачи в него вблизи дна жидкости и направления жидкости средствами воздействия для создания центробежной силы. 13. Резервуар по п. 11, отличающийся тем, что средства воздействия на течение жидкости размещены в осесимметричном корпусе нижним краем вблизи входа жидкости в циклонный сепаратор, а верхним краем под поверхностью жидкости. 14. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен расположенными между входным трубопроводом и циклонным сепаратором двумя параллельными жесткими трубопроводами, выходные концы которых загнуты к циклонному сепаратору и соединены с ним с противоположных боковых сторон вблизи дна сепаратора. 15. Резервуар по п. 14, отличающийся тем, что средства воздействия выполнены в нижней части сепаратора между выходными концами трубопроводов. 16. Резервуар по п. 14, отличающийся тем, что параллельные трубопроводы присоединены к входному трубопроводу и нижней части сепаратора с возможностью поворота. 17. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в верхней его части выполнено вентиляционное устройство с возможностью протекания через него газа, выделенного циклонным сепаратором и возникающего из-за переменного уровня жидкости. 18. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что выходной трубопровод установлен вблизи дна резервуара.