ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХОЛОДНЫХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, ГОРЮЧИХ ГАЗОВ Российский патент 2003 года по МПК F23J11/00 

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=-107^oС, 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=-68^oС, 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.

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.

1. Дренажное устройство для холодных, преимущественно, горючих газов, содержащее подводящий и отводящий коллекторы и, по меньшей мере, две сбросные трубы, сообщенные с ними, отличающееся тем, что оно снабжено выпускной трубой, соединенной своим входом с отводящим коллектором, а выходом - с атмосферой, сбросные трубы выполнены с внутренним и внешним продольными оребрениями, причем 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, равном, соответственно, 0,1...2,0 МПа. 2. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что сбросные трубы установлены вертикально. 3. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что сбросные трубы установлены горизонтально. 4. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что сбросные трубы установлены под углом к горизонту. 5. Дренажное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены в виде прямых, сплошных продольных ребер. 6. Дренажное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены гофрированными. 7. Дренажное устройство по п. 6, отличающееся тем, что гофры имеют в поперечном сечении многоугольную форму. 8. Дренажное устройство по п. 6, отличающееся тем, что гофры имеют в поперечном сечении волнистую форму. 9. Дренажное устройство по п.1, отличающееся тем, что внешнее продольное оребрение выполнено полым, а полости оребрения сообщены со сбросными трубами. 10. Дренажное устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены заодно со сбросными трубами. 11. Дренажное устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения соединены со сбросными трубами сваркой или пайкой. 12. Дренажное устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что внешнее продольное оребрение соединено со сбросными трубами механически. 13. Дренажное устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что сбросные трубы, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металла. 14. Дренажное устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что сбросные трубы, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металлокерамики. 15. Дренажное устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что на выходе выпускной трубы установлен рассеиватель.