ХОЛОДНАЯ СВЕЧА 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, 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= -107^oС, 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=-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 5 на выходе сбросной трубы 1 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, 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.

1. Холодная свеча для, преимущественно, горючих газов, содержащая сбросную трубу с входным патрубком, отличающаяся тем, что сбросная труба выполнена с внутренним и внешним продольными оребрениями, в качестве горючего газа используют метан, при этом отношение площади F внешней поверхности теплообмена сбросной трубы к площади S ее проходного сечения составляет F/S=4200 .. . 2000 при давлении, равном, соответственно, 0,1 ... 2,0 МПа. 2. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что сбросная труба установлена вертикально. 3. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что сбросная труба установлена горизонтально. 4. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что сбросная труба установлена под углом к горизонту. 5. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены в виде прямых, сплошных продольных ребер. 6. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены гофрированными. 7. Холодная свеча по п.6, отличающаяся тем, что гофры имеют в поперечном сечении многоугольную форму. 8. Холодная свеча по п.6, отличающаяся тем, что гофры имеют в поперечном сечении волнистую форму. 9. Холодная свеча по п.1, отличающаяся тем, что внешнее продольное оребрение выполнено полым, а полость оребрения сообщена со сбросной трубой. 10. Холодная свеча по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены заодно со сбросной трубой. 11. Холодная свеча по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что внутреннее и внешнее продольные оребрения соединены со сбросной трубой сваркой или пайкой. 12. Холодная свеча по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что внешнее продольное оребрение соединено со сбросной трубой механически. 13. Холодная свеча по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что сбросная труба, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металла. 14. Холодная свеча по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что сбросная труба, а также внутреннее и внешнее продольные оребрения выполнены из металлокерамики. 15. Холодная свеча по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что на выходе сбросной трубы установлен рассеиватель.