Настоящее изобретение относится к способу инертизации, в котором устанавливается и поддерживается в атмосфере закрытого помещения определенное заранее и сниженное в сравнении с обычным воздухом окружающей среды содержание кислорода, и в котором содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения можно быстро снизить дополнительно, если возникнет необходимость.
Дополнительно изобретение относится к соответствующей системе для снижения содержания кислорода.
Способ инертизации согласно изобретению или система инертизации согласно изобретению соответственно служит, например, для минимизации риска и для тушения пожаров в защищенном помещении, подлежащим мониторингу, при этом защищенное помещение непрерывно приводится в инертное состояние до различных сниженных уровней с целью предотвращения пожара или управления пожаром.
Примеры использования способа инертизации согласно изобретению включают в себя наличие режима гипоксической тренировки. В закрытом помещении, в котором содержание кислорода снижено. Такое помещение позволяет проводить тренировку в искусственно имитированных условиях большой высоты, также именуемых «нормобарическая гипоксическая тренировка». Другим примером использования является хранение продовольствия, предпочтительно семечковых фруктов, в регулируемой атмосфере (СА), в которой регулируется пропорциональное процентное содержание атмосферного кислорода, чтобы, среди прочего, замедлять процесс старения, воздействующий на скоропортящиеся товары.
Основной принцип технологии инертизации по предотвращению пожаров базируется на знании того, что в закрытых помещениях, в которые только случайно входят люди или животные, и в которых размещенное оборудование реагирует на действие воды, опасности пожара можно противостоять путем снижения концентрации кислорода на соответствующем участке до среднего значения, например, приблизительно, 15% по объему. При такой (сниженной) концентрации кислорода большинство огнеопасных материалов не могут больше воспламеняться. Соответственно, основными сферами применения технологии инертизации являются, в частности, IT сферы, помещения для коммутации и распределения электрической энергии, закрытые производственные помещения, а также складские помещения, в которых хранятся ценные промышленные товары. Превентивное действие, вытекающее из данного способа, основано на принципе замещения кислорода. Как известно, обычный воздух окружающей среды состоит из 21% по объему кислорода, 7 8% по объему азота и 1% по объему других газов. С целью предотвращения пожара, содержание кислорода в атмосфере окружающей среды в закрытом помещении снижается вводом газа, заменяющего кислород, например, азота. Известно, что превентивное действие начинается, как только процентное содержание кислорода снизится до 15% по объему. В зависимости от огнеопасных веществ, хранящихся в защищенном помещении, может возникнуть необходимость дополнительного снижения процентного содержания кислорода до, например, 12% по объему.
В принципе такой тип системы инертизации известен в предшествующем уровне техники. Например, в опубликованном документе DE 198 11 851 А1 описывается система инертизации, выполненная с возможностью снижения содержания кислорода в закрытом помещении (далее также именуется «защищенным помещением») до конкретного основного уровня инертизации и, в случае пожара, быстрого понижения содержания кислорода дополнительно до конкретного полного уровня инертизации.
Термин «основной уровень инертизации», используемый здесь, следует понимать, как уровень, относящийся к сниженному содержанию кислорода по сравнению с содержанием кислорода в обычном воздухе окружающей среды, при этом, однако, это сниженное содержание кислорода не представляет опасности для людей или животных, так что они все еще могут войти в защищенное помещение без всяких проблем (т.е., без специальных защитных средств, например, кислородной маски). Основной уровень инертизации соответствует содержанию кислорода в защищенном помещении, например, приблизительно от 15% до 17% по объему.
С другой стороны, термин «полный уровень инертизации» следует понимать, как уровень кислорода, который был дополнительно снижен по сравнению с содержанием кислорода основного уровня инертизации, чтобы воспламеняемость большинства материалов была уже снижена до уровня, при котором материалы не могут больше воспламеняться. В зависимости от пожарной нагрузки внутри соответствующего защищенного помещения полный уровень инертизации, в основном, составляет от 12% до 14% концентрации кислорода по объему.
В многоэтапном способе инертизации, известном из публикации DE 198 11 851 А1, в котором содержание кислорода постепенно снижается, следовательно, применяется технология инертизации для предотвращения пожара, при которой содержание кислорода в закрытом помещении сначала снижается до конкретного сниженного уровня (основной уровень инертизации), например, 17% по объему, при этом в случае пожара или если требуется по другим причинам, содержание кислорода дополнительно снижается до конкретного полного уровня, например, 13,8% по объему или меньше. Если генератор инертного газа, например, азотный генератор, используется в качестве источника инертного газа в таком двухэтапном способе инертизации для снижения содержания кислорода до первого пониженного уровня (основной уровень инертизации), можно сохранять низким количество газгольдеров высокого давления необходимое для полной инертизации, в которых газ, замещающий кислород, или газовая смесь (далее именуемая просто «инертный газ») хранится в сжатом виде.
Однако, требуются значительные капиталовложения, чтобы реализовать описанный выше и, по сути, известный двухэтапный способ инертизации, поскольку двухэтапный способ инертизации предъявляет конкретные требования к источникам инертного газа, необходимым для подачи инертного газа. Конкретно, обычные двухэтапные системы инертизации без исключения предусматривают два отдельных источника инертного газа, поскольку различие следует сделать при установке конкретного уровня инертизации (сниженного уровня), следует ли установить основной уровень инертизации или полный уровень инертизации в атмосфере помещения. При этом следует учитывать, что - начиная с предварительно установленного основного уровня инертизации снижение до полного уровня инертизации может произойти в соответствии с заданной последовательностью событий и, в частности, в течение заданного периода времени после подачи тревожного сигнала. В противоположность, нет необходимости устанавливать основной уровень инертизации в соответствии с заданной кривой инертизации.
Под используемым здесь термином «кривая инертизации» следует понимать временной градиент содержания кислорода, когда газ, замещающий кислород, вводится в атмосферу защищенного помещения.
Так как следует сделать различие при установке конкретного уровня инертизации (сниженного уровня), следует ли установить основной уровень инертизации или полный уровень инертизации в атмосфере помещения, к источникам инертного газа, необходимым для подачи соответствующего инертного газа для установки основного/полного уровня инертизации, предъявляются различные требования. В случае снижения до полного уровня инертизации используемые источники инертного газа должны обеспечивать соответственно достаточно большое количество инертного газа в единицу времени, чтобы установить полный уровень инертизации в атмосфере защищенного помещения в течение заданного периода времени. Соответственно, используемый источник инертного газа для снижения до полного уровня инертизации должен иметь соответствующую мощность.
Однако, к источнику инертного газа не предъявляется такое требование, если надо установить только основной уровень инертизации. Как уже объяснялось выше, при этом обычно необязательно следовать заданной кривой инертизации и, в частности, выдерживать заданный период времени при снижении до основного уровня инертизации. Соответственно, источник инертного газа, используемый для снижения до основного уровня инертизации, может иметь соответственно меньшие размеры с точки зрения его выходной мощности.
По этим причинам при практическом применении двухэтапного способа инертизации обычно используются два отдельных источника инертного газа: азотный генератор, поставляющий только сравнительно небольшое количество инертного газа (здесь: воздух, обогащенный азотом) в единицу времени и используемый для установки и поддержания основного уровня инертизации; и газгольдер высокого давления, в котором хранится в сжатом виде газ, заменяющий кислород, или газовая смесь с целью быстрого установления полного уровня инертизации в атмосфере закрытого помещения при необходимости.
Использование двух отдельных источников инертного газа для реализации двухэтапного способа инертизации связано с недостатком относительно высоких первоначальных капитальных затрат. В дополнение пространство, которое следует предусмотреть для хранения двух отдельных источников инертного газа (азотный генератор с одной стороны и газгольдер высокого давления с другой стороны) невозможно предоставить в некоторых сферах применения, не предприняв значительных конструктивных мер.
На основании этой изложенной проблемы настоящее изобретение ставит задачу уточнения способа инертизации или системы инертизации соответственно, при которых текущие эксплуатационные расходы и начальные инвестиции можно снизить в сравнении с обычными решениями, при этом не оказывается воздействие на эффективность системы.
Эта задача выполняется в отношении способа сущностью независимого пункта 1 и в отношении устройства (система для снижения содержания кислорода) сущностью дополнительного независимого пункта 10.
В отношении способа согласно изобретению предпочтительные дополнительные разработки конкретизированы в пунктах 2-10. Предпочтительные дополнительные разработки системы инертизации согласно изобретению конкретизированы в независимых пунктах 12-13.
Соответственно, в частности, предлагается система для снижения содержания кислорода, с помощью которой содержание кислорода, которое является определяемым заранее и сниженным по сравнению с обычным воздухом окружающей среды, устанавливается и поддерживается в атмосфере закрытого помещения. Система содержит систему компрессоров для сжатия исходной газовой смеси и систему газоразделения, соединенную с системой компрессоров, в которой отделяется, по меньшей мере, часть кислорода в сжатой исходной газовой смеси. Газоразделительная система выполнена с возможностью работы либо в режиме VPSA, либо в режиме PSA.
Используемый термин «исходная газовая смесь» относится в основном к смеси газов, которая в дополнение к содержащемуся кислороду, в частности, также содержит азот и дополнительные газы, применяемые как благородные газы, т.е., смесь газов, состоящая из 21% по объему кислорода, 78% по объему азота и 1% по объему других газов. Однако, также возможно использование части воздуха в закрытом помещении в качестве исходной газовой смеси, при этом свежий воздух предпочтительно добавляется к содержанию воздуха этого помещения.
В основном, под газоразделительной системой, работающей в режиме VPSA, понимается система для вырабатывания воздуха, обогащенного азотом, которая работает по принципу адсорбции с переменным вакуумметрическим давлением (VPSA). Такая система VPSA используется в качестве газоразделительной системы в системе инертизации согласно изобретению, хотя при необходимости система также может работать в режиме PSA. «PSA» - это аббревиатура адсорбции с переменным давлением, обычно именуемой технологией адсорбции с переменным давлением.
Чтобы переключить рабочий режим газоразделительной системы в решении согласно изобретению с VPSA на PSA, способ согласно изобретению соответственно предусматривает степень, до которой исходная газовая смесь сжимается системой компрессоров. В отношении способа инертизации согласно изобретению конкретно предусматривается первоначально предоставить исходную газовую смесь, содержащую кислород, азот и другие элементы, если это уместно. Поданная исходная газовая смесь последовательно соответствующим образом сжимается в системе компрессоров и затем подается в газоразделительную систему, в которой, по меньшей мере, часть кислорода, содержащаяся в сжатой исходной газовой смеси, отделяется, чтобы газовая смесь, обогащенная азотом, была подана на выходе газоразделительной системы. Упомянутая газовая смесь, обогащенная азотом, поданная на выходе газоразделительной системы, затем вводится в атмосферу закрытого помещения, чтобы установить и/или поддерживать содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения, которое является определенным заранее и имеет сниженное содержание кислорода по сравнению с обычным воздухом окружающей среды.
Согласно изобретению, в частности, предусматривается увеличение степени сжатия системой компрессоров, если количество газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемой в единицу времени на выходе газоразделительной системой, требуется увеличить, в частности, до величины, зависимой от количества газовой смеси, обогащенной азотом, предусмотренной в единицу времени. При этом рабочий режим газоразделительной системы можно изменить таким образом, чтобы объем газовой смеси, обогащенной азотом, в действительности предусмотренной на выходе газоразделительной системы в единицу времени, соответствовал количеству газовой смеси, обогащенной азотом, которую требуется подавать в единицу времени.
Повышение сжатия исходной газовой смеси системой компрессоров происходит, в частности, в случае пожара; т.е., например, когда характеристика пожарной опасности обнаруживается в атмосфере закрытого помещения, или когда содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения должно быть быстро снижено дополнительно по сравнению с предварительно установленным или поддерживаемым содержанием кислорода по другой причине.
Дополнительная особенность настоящего изобретения предусматривает увеличение степени сжатия исходной газовой смеси системой компрессора, если требуется увеличение количества газовой смеси, обогащенной азотом, предусмотренной в единицу времени на выходе газоразделительной системы в силу повышенного воздухообмена. Согласно дополнительной особенности настоящего изобретения степень сжатия исходной газовой смеси системой компрессоров повышается, если, в силу отсутствия дополнительного источника инертного газа, предназначенного для закрытого помещения, в частности, в силу отсутствия дополнительной газораспределительной системы, предназначенной для закрытого помещения, требуется увеличение количества газовой смеси, обогащенной азотом, которое должно быть предусмотрено на выходе газоразделительной системы в единицу времени.
В частности, в случае пожара или по другой причине содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения требуется быстро дополнительно снизить, степень, до которой система компрессоров сжимает исходную газовую смесь, повышается до величины, которая зависит от количества газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемой в единицу времени. В связи с этим возможно в одном примерном варианте повысить степень сжатия с первоначальных 1,5-2 бар до 7,0-9,0 бар. В других вариантах возможно повышение сжатия до 25,0 бар. Изобретение, в частности, не ограничивается установленными выше примерными величинами.
Решение согласно изобретению основано на знании того, что газоразделительная система, работающая в режиме PSA, может обеспечивать достаточно высокое количество газа, обогащенного азотом, в единицу времени, чтобы осуществлять снижение содержания кислорода в закрытом помещении с предварительно установленного основного уровня инертизации до полного уровня инертизации в течение наикратчайшего возможного времени при необходимости. С другой стороны, если газоразделительная система работает в режиме VPSA, предусматривается значительно меньшее количество газа, обогащенного азотом, на выходе
газоразделительной системы в единицу времени, чем, если бы газоразделительная система работала в режиме PSA. Однако, количество газа, обогащенного азотом, предусмотренное на выходе газоразделительной системы в единицу времени в режиме VPSA, в принципе достаточно, чтобы установить или соответственно поддержать основной уровень инертизации в закрытом помещении.
Следовательно, газоразделительная система, используемая в решении согласно изобретению, выполняет двойную функцию: если газоразделительная система работает в режиме VPSA, эта система выполняет функцию первого источника инертного газа в обычных системах для вырабатывания инертного газа, необходимого для установления и/или поддержания основного уровня инертизации. Однако, в режиме PSA выходная мощность газоразделительной системы соответствует выходной мощности газгольдера высокого давления, используемого в обычных двухэтапных системах инертизации, в качестве второго источника инертного газа для вырабатывания инертного газа, необходимого для установления полного уровня инертизации.
Чтобы избирательно повышать степень сжатия исходной газовой смеси, выполняемого системой компрессоров, система компрессоров может содержать первый компрессор и, по меньшей мере, один второй компрессор, при этом второй компрессор избирательно подсоединяется к первому компрессору, чтобы повысить полное достигаемое сжатие. В частности, в этом контексте первый компрессор и второй компрессор можно регулировать независимо друг от друга, при этом первый компрессор подсоединяется последовательно ко второму компрессору, чтобы активизация второго компрессора повышала степень сжатия исходной газовой смеси. Однако, также возможны другие варианты избирательно повышающейся степени сжатия.
Варианты способа инертизации согласно изобретению предусматривают предпочтительно постепенное повышение степени сжатия, выполняемого системой компрессоров, при необходимости, пока количество газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе газоразделительной системы в единицу времени, не будет соответствовать количеству газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемой в единицу времени. Таким образом, такой вариант предусматривает регулирование, которое гарантирует, что газоразделительная система все время будет точно подавать то количество газовой смеси, обогащенной азотом, которое фактически требуется.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предусматривается, что система компрессоров выполнена таким образом, чтобы сжимать подаваемую исходную газовую смесь до различных, предпочтительно определенных заранее или определяемых заранее, диапазонов давления, если необходимо. Следовательно, преимуществом является сжатие исходной газовой смеси предпочтительно автоматически, и даже более предпочтительно, избирательно автоматически, до одного из определенных заранее или определяемых заранее диапазонов давления в зависимости от причины и/или из-за необходимого увеличения газовой смеси, обогащенной азотом, которую требуется подать на выход газоразделительной системы.
Решение согласно изобретению имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными двухэтапными системами инертизации, известными из предшествующего уровня техники. Потому что только один источник инертного газа, выполненный в виде газоразделительной системы, способной переключать рабочие режимы, используется для установления/поддержания и основного уровня инертизации, а также и для установления/поддержания полного уровня инертизации, при этом начальные инвестиционные затраты явно снижаются по сравнению с обычными решениями, поскольку больше нет необходимости в наличии двух отдельных источников инертного газа. Требуемое пространство также уменьшается по тем же причинам, поскольку, из перспективы системной техники требуется предусмотреть только систему компрессоров и газоразделительную систему для подачи газовой смеси, обогащенной азотом, в соответствии с решением согласно изобретению.
С другой стороны, решение согласно изобретению, в частности, также отличается тем, что газоразделительная система, способная переключать рабочие режимы, является особенно энергосберегающей и, следовательно, экономичной с точки зрения текущих расходов. Газоразделительная система легко устанавливается, особенно в тесных пространствах, надежно работает, автоматически и без мониторинга на местах, что делает решение согласно изобретению особенно удобным для пользования. Эффективность использования энергии внедрена в газоразделительную систему, работающую с высокой эффективностью только с низкими энергетическими затратами в режиме VPSA, поскольку система компрессоров требует предусмотреть только относительно низкую степень сжатия. Только в исключительном случае, в частности, в случае пожара, или когда по другой причине требуется быстро дополнительно снизить содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения с заданного и поддерживаемого основного уровня инертизации до полного уровня инертизации, происходит переключение, выполняемое с энергосберегающего рабочего режима VPSA на рабочий режим PSA, в котором выход газоразделительной системы значительно повышается по сравнению с режимом VPSA.
Чтобы подать исходную газовую смесь, при одном предпочтительном осуществлении решении согласно изобретению предусматривается извлечение части воздуха закрытого помещения регулированным образом, при этом свежий воздух подается в упомянутую часть, извлеченную из воздуха помещения также предпочтительно регулированным образом. С этой целью предпочтительно, чтобы смесительная камера была предусмотрена перед системой компрессоров, при этом свежий воздух добавляется к извлеченной из помещения части воздуха в упомянутой камере. Таким образом, свежий воздух предпочтительно подается к извлеченной из помещения части воздуха регулированным образом.
В настоящем контексте «регулированным образом» означает, что только вот столько свежего воздуха подается к извлеченной из помещения части воздуха в смесительную камеру, что количество газа, обогащенного азотом, поданное на выходе газоразделительной системы в единицу времени будет предпочтительно находиться в соотношении с количеством воздуха, извлекаемого из закрытого помещения в единицу времени. При этом, таким образом, можно достигнуть постоянное давление в закрытом помещении и, в частности, избежать потерь из-за утечек или слишком большого количества газа, обогащенного азотом, подаваемого на выход газоразделительной системы, и подаваемого, соответственно, в помещение, что было бы неблагоприятно с точки зрения эффективности использования энергии.
При технической реализации газоразделительной системы, используемой в решении согласно изобретению, можно нанести сепарационный материал на наружные поверхности половолоконных мембран, через которые водяной пар и кислород могут очень легко диффундировать, в то время как азот имеет очень низкую скорость диффузии относительно этого сепарационного материала. Когда исходная газовая смесь проходит внутри полых волокон, приготовленных как таковых, водяной пар и кислород очень быстро диффундируют наружу через стенку полого волокна, в то время как азот по большей части улавливается внутри волокна, так что возникает высокая концентрация азота при упомянутом прохождении через полое волокно. Эффективность такого процесса разделения по существу зависит от скорости потока через волокно и разности давления на стенке полого волокна.
Возможны различные варианты в отношении газоразделительной системы, используемой в настоящем решении. При одном особенно простом осуществлении газоразделительная система выполнена в виде так называемой однослойной системы, в которой газоразделительная система содержит один адсорбер, содержащий адсорбирующее вещество. Адсорбирующим веществом (также иногда именуемым «слоем адсорбирующего вещества») предпочтительно является синтетический цеолит или углеродное молекулярное сито. При этом используются знание того, что различные газы диффундируют через материалы с различными скоростями. В предлагаемой газоразделительной системе различные скорости диффузии основных элементов исходной газовой смеси, т.е., азота, кислорода и водяного пара, при необходимости, в частности, технически используются для получения газовой смеси, обогащенной азотом.
При технической реализации газоразделительной системы, используемой в решении согласно изобретению, можно нанести сепарационный материал на наружные поверхности половолоконных мембран, через которые водяной пар и кислород могут очень легко диффундировать, в то время как азот имеет только одну скорость диффузии относительно этого сепарационного материала. Когда исходная газовая смесь проходит внутри полых волокон, приготовленных как таковых, водяной пар и кислород очень быстро диффундируют наружу через стенку полого волокна, в то время как азот по большей части улавливается внутри волокна, так что возникает высокая концентрация азота при упомянутом прохождении через полое волокно. Эффективность такого процесса разделения по существу зависит от скорости потока через волокно и разности давления на стенке полого волокна.
Как отмечено выше, одно простое осуществление предусматривает, чтобы газоразделительная система была выполнена в виде однослойной системы, при этом систему компрессоров можно присоединить к выходу (единственного) адсорбера, чтобы подавать сжатую исходную газовую смесь к адсорберу в фазе адсорбции упомянутого адсорбера, чтобы адсорбирующее вещество адсорбировало кислород из исходной газовой смеси, и на входе адсорбера подавалась газовая смесь, обогащенная азотом, которая затем подавалась в закрытое помещение. В этом случае адсорбирующее вещество можно регенерировать понижением давления до давления окружающей среды, чтобы кислород, ограниченный в адсорбирующем веществе, выходил в окружающую атмосферу. Поскольку воздух, обогащенный азотом, не будет подаваться на выходе газоразделительной системы во время регенерации; т.е., во время цикла десорбции адсорбирующего вещества, предпочтительно, чтобы был дополнительно предусмотрен уравнительный резервуар низкого давления, если газоразделительная система выполнена в виде однослойной системы, этот резервуар также позволяет непрерывную подачу газа, обогащенного азотом, в закрытое помещение.
Альтернативно этому, однако, можно использовать отрицательное давление для регенерации абсорбирующего вещества, если газоразделительная система выполнена в виде однослойной системы. В этом случае для регенерации используется вакуумный цикл, в котором источник сжатого воздуха присоединен к выходу адсорбера, чтобы удалить, по меньшей мере, часть предварительно поглощенного адсорбирующим веществом кислорода через вход адсорбера с целью регенерации и, при этом, регенерировать адсорбирующее вещество.
Чтобы непрерывно снабжать закрытое помещение газом, обогащенным азотом (инертным газом), без уравнительного резервуара низкого давления, альтернативный вариант решения согласно изобретению предусматривает газоразделительную систему, выполненную в виде двухслойной системы. В этом случае газоразделительная система содержит первый и второй адсорберы, каждый адсорбер снабжен адсорбирующим слоем или адсорбирующим веществом, соответственно. По меньшей мере, во время обычной работы системы инертизации; т.е., когда пожар вспыхивает в закрытом помещении, предпочтительно, два адсорбера работают в противофазе, чтобы один из двух адсорберов находился в фазе адсорбции, во время которой адсорбирующее вещество соответствующего адсорбера поглощало, по меньшей мере, часть кислорода из подаваемой исходной газовой смеси. При этом другой из двух адсорберов находится в фазе регенерации, во время которой регенерируется адсорбирующее вещество другого адсорбера. Благодаря последовательно чередующимся стадиям процесса, один из двух адсорберов всегда поглощает кислород, в то время как другой адсорбер прочищается десорбцией. Газ, обогащенный азотом, под фактически постоянным давлением и фактически постоянной чистоты, таким образом, имеется на выходе газоразделительной системы.
Как подтверждается выше, газоразделительная система, обычно работающая в режиме VPSA, является предпочтительной в отношении эффективности использования энергии и наименьших текущих эксплуатационных расходов, при этом газоразделительная система должна работать в режиме PSA только в случае пожара или, если по другой причине содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения необходимо быстро дополнительно снизить по сравнению с установленным заранее или поддерживаемым содержанием кислорода.
При этом, в частности, возможно, чтобы в рабочем режиме VPSA газоразделительная система управляла системой компрессоров, чтобы исходная газовая смесь сжималась до атмосферного положительного давления от 1,5 до 2,0 бар. Согласно принципу VPSA разделение газов возможно при относительно низком атмосферном положительном давлении. В этом случае цикл адсорбции и цикл десорбции предпочтительно используются, если газоразделительная система выполнена в виде двухслойной системы, при этом два адсорбера поочередно работают в цикле адсорбции и десорбции посредством технологии переменного давления между атмосферным положительным давлением от 1,5 до 2,0 бар и атмосферным отрицательным давлением от 0,2 до 0,85 бар.
Чтобы быстро увеличить количество газа, обогащенного азотом, подаваемого в единицу времени на выходе газоразделительной системы в случае - пожара или по другой причине, газоразделительная система переключается с рабочего режима VPSA на рабочий режим PSA, это делается подачей исходной газовой смеси на выходе газоразделительной системы при атмосферном положительном давлении от 7,0 до 9,0 бар.
Однако, конечно, также возможно, чтобы один из двух адсорберов работал в цикле десорбции, в то время как другой из двух адсорберов одновременно работал в цикле адсорбции, также, если газоразделительная система работает в рабочем режиме PSA.
Чтобы оптимизировать эффективность газоразделительной системы, предпочтительно умерить температуру исходной газовой смеси до 10°С - 30°С и более предпочтительно до 15°С - 25°С. Чтобы реализовать, в частности, энергосберегающее ослабление температуры исходной газовой смеси, одна предпочтительная дополнительная разработка решения согласно изобретению предусматривает систему теплообменника, выполненную с возможностью передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии (потеря тепла), освобождаемой в газоразделительной системе и/или системе компрессоров во время работы, к исходной газовой смеси.
Дополнительно или альтернативно этому, одна дополнительная разработка решения согласно изобретению предусматривает также нагревание газовой смеси, поданной на выходе газоразделительной системы и обогащенной азотом, по меньшей мере, частью тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе и/или системе компрессоров во время работы. В частности, можно предусмотреть дополнительную систему теплообменника. Нагревание газовой смеси, поданной на выходе газоразделительной системы, и обогащение азотом перед вводом ее в атмосферу закрытого помещения возможно для достижения относительно быстрого распределения газовой смеси, обогащенной азотом, в атмосфере закрытого помещения в силу тепловой конвекции, чтобы можно было реализовать абсолютно однородный уровень вытяжки. В частности, нет необходимости вводить газовую смесь, обогащенную азотом, в закрытое помещение при относительно высоком давлении, чтобы обеспечить тщательное смешивание в атмосфере закрытого помещения. Введение газа под высоким давлением является недостатком с точки зрения эффективности использования энергии и может быть потенциально связано с другими недостатками, в частности, в отношении предполагаемого сброса давления.
Чтобы полный уровень инертизации можно было установить быстрее в закрытом помещении при необходимости, одно предпочтительное осуществление решения согласно изобретению предусматривает систему катализатора в дополнение к газоразделительной системе. Упомянутая система катализатора выполнена с возможностью вырабатывания смеси инертных газов путем химической конверсии восстановителя. При этом, в частности, возможно, чтобы, по меньшей мере, часть газовой смеси, поданной на выходе газоразделительной системы, и обогащенной азотом, и/или часть воздуха окружающей среды в закрытом помещении подавалась, при необходимости, в систему катализатора, чтобы вырабатывать смесь инертных газов в системе катализатора путем химической конверсии восстановителя. Затем упомянутая смесь вводится атмосферу закрытого помещения.
В одном предпочтительном осуществлении последнего варианта, в котором используется система катализатора в дополнение к газоразделительной системе для вырабатывания инертного газа, при необходимости, огнеопасное вещество, в частности, горючий газ, предпочтительно, окись углерода, используется в качестве восстановителя для химической конверсии в системе катализатора.
При описании различных вариантов решения согласно изобретению будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 схематичный вид первого примерного варианта системы инертизации согласно изобретению;
Фиг. 2 схематичный вид второго примерного варианта системы инертизации согласно изобретению;
Фиг. 3 схематичный вид третьего примерного варианта системы инертизации согласно изобретению;
Фиг. 4 схематичный вид четвертого примерного варианта системы инертизации согласно изобретению;
Фиг. 5 схематичный вид дополнительного примерного варианта системы инертизации согласно изобретению;
На фиг. 1 показан первый примерный вариант системы 1 инертизации согласно настоящему изобретению в схематическом изображении. Представленная система 1 инертизации служит для установления и поддержания определяемого заранее уровня вытяжки (уровня инертизации) в атмосфере закрытого помещения 2. Закрытым помещением 2 может быть, например, склад, в котором содержание кислорода в окружающем воздухе помещения снижено и поддерживается на определенном (основном) уровне инертизации, например, 15% по объему, например, в качестве предупредительной меры защиты от пожара.
Система 1 инертизации в варианте, показанном на фиг. 1, содержит систему 3 компрессоров, вход За присоединен к закрытому помещению 2 по текучей среде, чтобы систему 3 компрессоров можно было использовать для вытягивания воздуха из внутренней части закрытого помещения 2. Выход 3b системы 3 компрессоров должен быть и может быть присоединен к входу 10а газоразделительной системы 10 по текучей среде. При этом система 3 компрессоров может содействовать подаче воздуха, предварительно выпущенного из закрытого помещения 2 в газоразделительную систему 10 в сжатом виде.
Однако, конечно, также возможно, что газовой смесью, подаваемой на вход За системы 3 компрессоров, является исключительно свежий воздух, чтобы не было необходимости в системе обратного трубопровода между закрытым помещением и входом За системы 3 компрессоров. Обеспечение сброса давления в закрытом помещении, например, в виде одного или более створок сброса давления, является преимуществом данного варианта.
Чтобы внутреннее давление закрытого помещения 2 не изменялось, когда воздух удаляется из помещения,
пространственный каркас 2а закрытого помещения предпочтительно снабжен вентиляционными отверстиями (не показаны на фиг. 1). Вентиляционные отверстия естественно могут быть причиной утечек в пространственном каркасе 2а закрытого помещения, но также соответственно расположенные вентиляционные отверстия для сброса давления.
Газоразделительная система 10, только схематично показанная на фиг. 1, служит для подачи газовой смеси, обогащенной азотом, на выходе 10b газоразделительной системы 10. Подробно, газоразделительная система 10 предназначена для отделения, по меньшей мере, части кислорода, содержащегося в сжатой исходной газовой смеси, подаваемой от системы 3 компрессоров. Кислород, отделенный от исходной газовой смеси, выводится в окружающую среду через отводную трубу 11.
Затем газовая смесь, обогащенная азотом, поданная на выходе 10b газоразделительной системы 10, вводится предпочтительно регулированным образом в атмосферу закрытого помещения 2, чтобы определяемое заранее содержание кислорода, которое снижено по сравнению с обычным воздухом окружающей среды, можно было установить и/или поддерживать в атмосфере закрытого помещения 2.
Соответствующим образом регулируемые компоненты системы 1 инертизации регулируются вариантом блока 4 управления, как схематично показано на фиг. 1, чтобы достаточное количество газовой смеси, обогащенной азотом, способное установить или поддержать определенный заранее уровень вытяжки в закрытом помещении 2, был всегда в наличии на выходе 10b газоразделительной системы 10. С этой целью устройство 5 для измерения содержания кислорода также предусматривается для измерения превалирующего содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения 2 на постоянной основе или через заранее определенные промежутки времени или при возникновении заранее определенных событий. Соответствующие показания измерений подаются на блок 4 управления и сравниваются там с соответствующими заданными значениями. Если концентрация кислорода в атмосфере закрытого помещения, определяемая устройством 5 для измерения содержания кислорода, превышает заданное значение, хранимое в блоке 4 управления, блок 4 управления включает систему 3 компрессоров, предпочтительно, автоматически, даже еще предпочтительнее, избирательно автоматически, для вырабатывания сжатой исходной газовой смеси. При этом газ, обогащенный азотом, подается на выходе 10b газоразделительной системы 10, чтобы содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения могло быть соответственно снижено дополнительно, когда газовая смесь, обогащенная азотом, поданная на выходе 10b газоразделительной системы 10, вводится в атмосферу помещения.
Однако, если измеренная концентрация кислорода в зависимости от сравнения с заданным значением, выполненного блоком 4 управления, приводит к значению, которое уже не соответствует заданному значению, блок 4 управления выключает систему компрессоров, чтобы дополнительный газ, обогащенный азотом, не подавался на выходе 10b газоразделительной системы 10. Во время обычной работы системы 1 инертизации, т.е., когда основной уровень инертизации должен быть установлен или поддержан соответственно, в закрытом помещении 2, газоразделительная система 10 снабжается исходной газовой смесью при атмосферном давлении, например, от 1.5 до 2.0 бар. Это относительно низкое давление на входе вырабатывается системой 3 компрессоров.
Как показано на фиг. 1, система 1 инертизации согласно изобретению дополнительно предпочтительно снабжена аспирационной системой обнаружения пожара, содержащей, по меньшей мере, один датчик 6 характеристик пожарной опасности. Этот датчик 6 характеристик пожарной опасности присоединен к блоку 4 управления по линии управления в показанном варианте. Система обнаружения пожара проверяет, вспыхивает ли пожар в закрытом помещении непрерывно или через заранее определенные промежутки времени или при возникновении заранее определенных событий. Когда датчик 6 характеристик пожарной опасности обнаруживает характеристики пожарной опасности, он подает соответствующий сигнал на блок 4 управления. Затем блок 4 управления предпочтительно автоматически инициирует полную инертизацию закрытого помещения, при этом содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения 2 снижается до полного уровня инертизации в зависимости от пожарной нагрузки помещения 2, например, 12% по объему в течение наикратчайшего возможного периода времени и согласно заданной кривой инертизации.
Решение согласно изобретению отличается системой 1 инертизации, использующей только один источник инертного газа (здесь: газоразделительная система 10 с расположенной впереди системой 3 компрессоров), при этом мощность газоразделительной системы 10 можно при необходимости соответственно увеличить, чтобы, как можно быстрее предоставить количество воздуха, обогащенное азотом, необходимое для полной инертизации на выход 10b газоразделительной системы 10.
Как будет описано ниже более подробно со ссылкой на фиг. 2-4, газоразделительная система 10 является предпочтительно однослойным азотным генератором (см. фиг. 4) или двухслойным азотным генератором (см. фиг 2 и фиг. 3), при этом эти азотные генераторы могут селективно работать в режиме PSA или в режиме VPSA. В рабочем режиме PSA исходная газовая смесь, сжатая до, например, 7,0-9,0 бар, подается в газоразделительную систему, вследствие чего количество газа, обогащенного азотом, который может быть подан на выходе 10b газоразделительной системы 10 в единицу времени, явно выше при сравнении с рабочим режимом VPSA. В рабочем режиме VPSA степень сжатия исходной газовой смеси составляет только, например, от 1,5 до 2,0 бар.
На фиг. 2 схематично показан один примерный вариант системы 1 инертизации, в которой двухслойный азотный генератор используется в качестве газоразделительной системы 10. Двухслойная система отличается наличием первого и второго адсорберов 12, 13, каждый адсорбер имеет слой адсорбирующего вещества или адсорбирующее вещество, соответственно. Когда исходная газовая смесь направляется через адсорбирующее вещество адсорберов 12, 13, адсорбирующее вещество адсорбирует, по меньшей мере, часть кислорода, содержащегося в исходной газовой смеси, чтобы газовая смесь, обогащенная азотом, была подана на выходе 12b, 13b соответствующих адсорберов 12, 13.
В двухслойной системе согласно примерному варианту, показанному на фиг. 2, два адсорбера 12, 13 расположены параллельно друг другу, чтобы они могли работать в противофазе. Работа в противофазе означает, что один из двух адсорберов 12, 13 находится в одной фазе адсорбции, в которой адсорбирующее вещество соответствующих адсорберов 12, 13 адсорбирует, по меньшей мере, часть кислорода из подаваемой исходной газовой смеси. При этом другой из двух адсорберов 13, 12 находится в фазе регенерации, во время которой регенерируется адсорбирующее вещество упомянутого второго адсорбера 13, 12. Благодаря последовательно чередующимся стадиям процесса, один из двух адсорберов всегда адсорбирует кислород, в то время как другой прочищается десорбцией. При этом газ, обогащенный азотом, фактически под постоянным давлением и фактически постоянной чистоты непрерывно подается на выход 10b газоразделительной системы 10.
Подробно, из пневматики согласно фиг. 2 можно видеть, что вход 12а первого адсорбера 12 можно подсоединить к выходу 3b системы 3 компрессоров со стороны нагнетания клапаном V1, а выход 12b первого адсорбера 12 можно подсоединить к выходу 10b газоразделительной системы 10 клапаном V2. Подобным образом, вход 13а второго адсорбера 13 можно подсоединить к выходу 3b системы 3 компрессоров со стороны нагнетания клапаном V4, и выход 13b второго адсорбера 13 - к выходу 10b газоразделительной системы клапаном V5.
Более того, вход 12а первого адсорбера 12 можно подсоединить через клапан V3, а вход 13а второго адсорбера 13 можно подсоединить через клапан V6 к входу 7а источника 7 вакуума со стороны всасывания.
Чтобы можно было изменить степень сжатия исходной газовой смеси, достигаемой в системе 3 компрессоров, можно использовать регулируемый по частоте компрессор в качестве системы 3 компрессоров. Однако, в варианте, показанном на фиг. 2, система 3 компрессоров состоит из множества (здесь: двух) отдельных компрессоров 3.1, 3.2, соединенных последовательно. Когда оба компрессора 3.1, 3.2 включены, исходная газовая смесь подается на выходе 3b системы 3 компрессоров в сильно сжатом состоянии, а когда включен только один из двух компрессоров 3.1, 3.2, степень сжатия исходной газовой смеси соответственно уменьшается. Однако, конечно, также возможно применить множество отдельных компрессоров, которые не соединены последовательно, при этом присоединение дополнительных компрессоров может повысить степень сжатия.
Кроме того, дополнительный нагнетательный вентилятор 20 расположен в системе 19 обратного трубопровода между закрытым помещением 2 и входом 3а системы 3 компрессоров в варианте, показанном на фиг. 2.
В рабочем режиме VPSA газоразделительной системы 10 согласно варианту системы 1 инертизации, показанной на фиг. 2, один из двух адсорберов 12, 13 работает в цикле адсорбции, а другой из двух адсорберов 12, 13 одновременно работает в вакуумном цикле, чтобы достигнуть регенерации соответствующего адсорбирующего вещества. Клапан V1 открыт во время цикла адсорбции первого адсорбера 12, чтобы выход 3b со стороны нагнетания системы 3 компрессоров был присоединен по текучей среде к входу 12а упомянутого первого адсорбера 12. Следовательно, сжатая исходная газовая смесь в системе 3 компрессоров подается на первый адсорбер 12. Клапан V2, предусмотренный на выходе 12b первого адсорбера 12, открыт во время цикла адсорбции первого адсорбера 12, чтобы газовая смесь, обогащенная азотом, была подана на выходе 12b упомянутого первого адсорбера 12.
Когда второй адсорбер 13 работает в вакуумном цикле, клапан V5, предусмотренный на выходе 13b второго адсорбера 13, закрыт. Клапан V4, предусмотренный на входе 13а второго адсорбера 13, также закрыт, чтобы второй адсорбер 13 не был присоединен по текучей среде к выходу 13b системы 3 компрессоров со стороны нагнетания. Однако, клапан V6, предусмотренный на входе 13а второго адсорбера 13, открыт, а клапан V3, предусмотренный на входе 12а первого адсорбера 12, а также клапан V4, предусмотренный на входе 13а второго адсорбера 13, закрыт.
При этом, вход 13а второго адсорбера 13 присоединен по текучей среде к входу 7а источника 7 вакуума со стороны всасывания, чтобы, по меньшей мере, часть кислорода, адсорбируемого адсорбирующим веществом, размещенным во втором адсорбере 13, десорбировалась и удалялась из второго адсорбера источником 7 вакуума и выпускалась в окружающую среду через выход 7b источника вакуума 7.
После регенерации адсорбирующего вещества второго адсорбера 13, второй адсорбер 13 работает в цикле адсорбции, а первый адсорбер 12 включается в цикл десорбции. При этом клапаны V1, V2 и V6 закрываются, а клапаны V3, V4 и V5 открываются для этой цели. Затем исходная газовая смесь, сжатая в системе 3 компрессоров, проходит через адсорбирующее вещество второго адсорбера 13, вследствие чего газ, обогащенный азотом, подается на выходе 13b упомянутого второго адсорбера 13. С другой стороны, по меньшей мере, часть кислорода, предварительно адсорбированного в первом адсорбере, отсасывается источником 7 вакуума и выпускается в окружающую среду, чтобы происходила регенерация адсорбирующего вещества первого адсорбера 12.
Особенно предпочтительно, чтобы вход 12а первого адсорбера 12 был присоединен непосредственно к входу 13а второго адсорбера 13 по текучей среде через клапан V7, выход 12b первого адсорбера 12 - к выходу 13b второго адсорбера 13 через клапан V8. Наличие упомянутых клапанов V7 и V8 особенно дает возможность на короткое время связать (предпочтительно от 0,5 до 2 секунд) соответствующие входы 12а, 13а и одновременно соответствующие выходы 12b, 13b двух адсорберов 12, 13 перед переключением между фазой адсорбции и фазой регенерации. Это позволяет выравнивать давление между двумя адсорберами 12, 13, чтобы адсорбция кислорода в адсорбере, находящемся в фазе адсорбции, и регенерация адсорбирующего вещества адсорбера 13, 12, находящегося в фазе регенерации, начиналась немедленно после переключения между фазой адсорбции и фазой регенерации. Эта мера оптимизирует эффективность системы 10 газоразделения.
Отдельные регулируемые компоненты системы 1 инертизации согласно фиг. 2 соответственно регулируются блоком 4 управления, В частности, этими компонентами являются клапаны V1 - V9, система 3 компрессоров, источник 7 вакуума и вентиляционный нагнетатель 20.
Если становится необходимым в случае пожара или по другой причине на короткое время дополнительно снизить содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения 2 по сравнению с предварительно установленным или поддерживаемым сниженным содержанием кислорода, более высокое количество газа, обогащенного азотом, необходимо предоставить в единицу времени на выходе 10b газоразделительной системы 10.
Чтобы это осуществить с помощью газоразделительной системы 10 согласно фиг. 2, блок 4 управления дает указание системе 3 компрессоров увеличить степень сжатия исходной газовой смеси. При этом следует учитывать, что исходная газовая смесь была предварительно сжата до атмосферного положительного давления, например, от 1,5 до 2,0 бар в представленном выше рабочем режиме VPSA. Источник 7 вакуума вырабатывает отрицательное давление, например, от 0,2 до 0,85 бар по сравнению с атмосферным давлением. Повышение степени сжатия системы 3 компрессоров до атмосферного положительного давления, например, от 7,0 до 9,0 бар повышает количество газа, направляемого через адсорберы 12, 13 в единицу времени, вследствие чего значительно большее количество газа, обогащенного азотом, также подается на выходе 10b газоразделительной системы 10 в единицу времени.
В рабочем режиме VPSA, в котором система 3 компрессоров сжимает исходную газовую смесь до приведенного примерного давления от 7,0 до 9,0 бар по сравнению с атмосферным давлением, в принципе также можно альтернативно оперировать двумя адсорберами в режиме адсорбции и регенерации. Если первый адсорбер 12 работает в цикле адсорбции в рабочем режиме VPSA, клапаны V1 и V2 открыты, а клапан V3 закрыт.Затем исходная газовая смесь, сжатая до высокого атмосферного положительного давления, проходит через адсорбирующее вещество первого адсорбера 12, чтобы соответственно высокое количество газа, обогащенного азотом, было подано на выходе 12b первого адсорбера 12 в единицу времени.
В цикле десорбции второго адсорбера клапаны V4 и V5 закрыты, а клапан V6 открыт. Кроме того, источник 7 вакуума выключается, чтобы кислород, предварительно ограниченный в адсорбирующем веществе, выпускался и проходил через вход 13а второго адсорбера 13 и через подсоединенный клапан V6 на вход 7b источника 7 вакуума, откуда выпускался в окружающую среду.
Вариант системы 1 инертизации согласно изобретению, представленный на фиг. 2, предусматривает подачу исходной газовой смеси на выход За системы 3 компрессоров со стороны всасывания частью окружающего воздуха, содержащегося внутри закрытого помещения 2, извлекаемого из помещения регулированным образом, и свежим воздухом, добавляемым к упомянутой подаваемой части окружающего воздуха регулированным образом.
Вентиляционный нагнетатель 8 свежего воздуха предусмотрен для этой цели, выход можно регулировать блоком 4 управления. Вентиляционный нагнетатель 8 свежего воздуха дает возможность свежему воздуху проникнуть в смесительную камеру 9, в которой свежий воздух смешивается с воздухом помещения. Исходная газовая смесь откачивается из смесительной камеры 9 системой 3 компрессоров.
Блок 4 управления содействует в выборе количества свежего воздуха, которое следует добавить к воздуху, извлекаемому из помещения 2, чтобы количество окружающего воздуха, извлекаемого из помещения 2 в единицу времени, было идентичным количеству газовой смеси, обогащенной азотом, вводимой в атмосферу помещения 2.
В варианте системы 1 инертизации согласно изобретению, показанном на фиг. 2, используется первая система 14 теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе 10 и/или системе 3 компрессоров во время работы, в исходную газовую смесь. Конкретно, первая система 14 теплообменника выполнена и размерена, чтобы температуру исходной газовой смеси можно было ослабить до температуры от 10°С до 30°С и предпочтительнее, от 15°С до 25°С. При таких температурах адсорбирующее вещество газоразделительной системы 10 работает более эффективно.
В варианте системы 1 инертизации согласно изобретению, показанном на фиг. 2, используется вторая система 15 теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе 10 и/или системе 3 компрессоров, в исходную газовую смесь, обогащенную азотом и поданную на выход 10b газоразделительной системы 10. Так как при этом предварительно нагретая газовая смесь, обогащенная азотом, вводится в закрытое помещение 2, предпочтительным конечным результатом является то, что упомянутая подаваемая и обогащаемая азотом газовая смесь, тщательно и быстро смешивается благодаря естественной конвекции внутри закрытого помещения 2. В частности, ослабление температуры газовой смеси, которую следует подавать, позволяет распределение при вводе под давлением.
Система 1 инертизации, показанная на фиг. 3 по существу соответствует системе, описанной со ссылкой на фиг. 2, но с применением первой системы 16 катализатора дополнительно к газоразделительной системе 10. Первая система 16 катализатора служит для вырабатывания газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе 10b газоразделительной системы 10, если необходимо, путем химической конверсии восстановителя смеси инертных газов. Подробно, химическая конверсия в катализаторе преобразует восстановитель, в частности, огнеопасное вещество, например, окись углерода, газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе 10b газоразделительной системы 10, в смесь инертных газов.
Вторая система 17 катализатора также предусмотрена в варианте системы 1 инертизации, показанной на фиг. 3. В противоположность первой системы 16 катализатора, вторая система 17 катализатора непосредственно направляет часть окружающего воздуха в закрытое помещение, при этом дополнительный воздушный нагнетатель 21, регулируемый блоком 4 управления, расположен между закрытым помещением 2 и системой 17 катализатора. Химическая конверсия восстановителя, в частности, окиси углерода, в системе 17 катализатора, вырабатывает смесь инертных газов, которая затем вводится в атмосферу закрытого помещения 2.
Соответствующие системы 16, 17 катализатора включаются, когда количество газа, обогащенного азотом, которое газоразделительная система 10 может предоставить в единицу времени, достаточно, чтобы установить и/или поддерживать конкретный уровень вытяжки в атмосфере закрытого помещения 2.
Система 1 инертизации, показанная на фиг. 4, по существу соответствует системе, описанной со ссылкой на фиг. 3, однако, с однослойной системой, используемой в качестве газоразделительной системы 10. Другими словами, газоразделительная система 10 системы 1 инертизации согласно фиг. 4 содержит один адсорбер 12, который можно подсоединить со стороны входа к выходу 3b системы 3 компрессоров со стороны нагнетания клапаном V1. Выход адсорбера 12 можно подсоединить к выходу 10b газоразделительной системы 10 клапаном V2. Клапан V3 дополнительно предусмотрен на входе 12а, чтобы присоединить вход 12а адсорбера 12 к стороне всасывания источника 7 вакуума при необходимости.
Также в случае с системой 1 инертизации, описанной выше со ссылкой на фиг. 2 и 3, вариант газоразделительной системы 10, показанной на фиг. 4, может работать в цикле адсорбции и в цикле регенерации/вакуума. В цикле адсорбции клапаны V1 и V2 открыты, а клапан V3 закрыт.При регенерации адсорбирующего вещества клапаны V2 и V1 закрыты, а клапан V3 открыт.Источник 7 вакуума используется затем для удаления кислорода, предварительно адсорбированного в адсорбирующем веществе.
Чтобы увеличить выходную мощность газоразделительной системы 10, блок 4 управления используется для увеличения степени сжатия, обеспечиваемой системой 3 компрессоров, показанной в варианте на фиг. 4, например, с первоначальной степени 1,5-2,0 бар до 7,0-9,0 бар положительного атмосферного давления.
Чтобы обеспечить непрерывную подачу газа, обогащенного азотом, однослойной системой, показанной на фиг. 4, предусмотрен уравнительный резервуар 18 низкого давления, который при необходимости можно присоединить к выходу 12b адсорбера 12 клапаном V9, чтобы наполнить уравнительный резервуар 18 низкого давления газом, обогащенным азотом. Если это требуется, уравнительный резервуар 18 низкого давления может подавать упомянутый газ, обогащенный азотом, в помещение 2 через клапан V9, который был бы необходим, например, если бы адсорбер 12 находился в цикле регенерации, или если требуется быстро увеличить количество газа, обогащенного азотом, который следует вводить в атмосферу закрытого помещения в единицу времени.
Ниже следует описание дополнительного варианта системы 1 инертизации со ссылкой на схематическое изображение фиг. 5.
Согласно этому дополнительному варианту настоящего изобретения, предусматривается снабдить закрытое помещение 2 первой газоразделительной системой 10 и, по меньшей мере, дополнительной газоразделительной системой 10′, при этом эти две газоразделительные системы 10, 10′ в каждом случае выполнены в виде газоразделительных систем 10, используемых в вариантах, представленных на фиг. 1-4. В частности, каждая из двух газоразделительных систем 10, 10′ служит для подачи газовой смеси, обогащенной азотом, на соответствующих выходах 10b, 10b′ соответствующих газоразделительных систем 10, 10′.
В варианте согласно фиг. 5, каждая из двух газоразделительных систем 10, 10′ имеет свою систему 3, 3′ компрессоров, причем эти две системы 3, 3′ компрессоров регулируются независимо. Каждая система 3, 3′ компрессоров служит для обеспечения действующей совместно газоразделительной системы 10, 10′ сжатой исходной смесью. Затем соответствующая газоразделительная система 10, 10′ отделяет, по меньшей мере, часть кислорода, содержащегося в подаваемой исходной газовой смеси. Затем кислород, отделенный от исходной газовой смеси, выпускается в окружающую среду через соответствующие отводные трубопроводы 11, 11′.
Затем газовая смесь, обогащенная азотом, поданная на соответствующем выходе 10b, 10b′ газоразделительных систем 10, 10′ подается, предпочтительно регулированным образом, в атмосферу закрытого помещения 2, в частности, чтобы установить и/или поддержать заранее определяемое содержание кислорода, и содержание, которое снижено по сравнению с обычным воздухом окружающей среды, в атмосферу закрытого помещения.
Как показано на фиг. 5, газоразделительная система 10 и, по меньшей мере, одна дополнительная газоразделительная система 10′ соединены параллельно, причем соответствующий выход 10b, 10b′ присоединен по текучей среде к закрытому помещению 2. Каждая газоразделительная система 10, 10′, применяемая в варианте, схематично изображенном на фиг. 5, выполнена с возможностью поочередной работы в режиме VPSA и в режиме PSA.
Блок 4 управления также предусмотрен в варианте решения согласно изобретению, показанному схематично на фиг. 5, блок 4 управления выполнен с возможностью управления, по меньшей мере, одной газоразделительной системой 10, 10′, связанной с газоразделительными системами 10, 10′ закрытого помещения 2, чтобы рабочий режим соответствующей газоразделительной системы 10, 10′ переключался с режима VPSA на режим PSA, если необходимо. Это особенно происходит, когда недостаточно однородное смешивание определяется в атмосфере закрытого помещения 2.
Другими словами, когда соответствующий датчик обнаруживает, что газ наслаивается в закрытом помещении или когда датчик соответственно определяет, что смешивание недостаточно однородное, блок 4 управления вызывает переключение, по меньшей мере, одной из двух газоразделительных систем 10, 10′ в режим PSA. Так как соответствующая газоразделительная система 10, 10′ может предоставить больший объем газовой смеси, обогащенной азотом, на соответствующий выход 10b, 10b′ в единицу времени в режиме PSA, следовательно, можно гарантировать более тщательное смешивание в атмосфере закрытого помещения.
Изобретение не ограничивается вариантами, представленными на чертежах, но получается из комплексного всеобъемлющего рассмотрения всех изложенных здесь признаков.
В частности, возможно, чтобы в системе размещались множество предпочтительно независимо работающих газоразделительных систем. Блок 4 управления этой дополнительной разработки выполнен так, что, если одна из газоразделительных систем выходит из строя или если одна из газоразделительных систем не может предоставить газовую смесь, обогащенную азотом, по какой-то другой причине, или количество газовой смеси, обогащенной азотом, которое может быть подано одной из газоразделительных систем в единицу времени, ниже заданного значения для упомянутой газоразделительной системы, блок будет переключать, по меньшей мере, одну из оставшихся газоразделительных систем 10 с режима VPSA на режим PSA. Это переключение с режима VPSA на режим PSA предпочтительно происходит автоматически, как только определяется, что объем газовой смеси, обогащенной азотом, который можно подавать в единицу времени одной из газоразделительных систем, ниже заданного значения для упомянутой газоразделительной системы.
Список позиций
Изобретение относится к системе инертизации и способу инертизации для снижения кислорода, в способе конкретное и, по сравнению с обычным воздухом окружающей среды, сниженное содержание кислорода регулируется и поддерживается в атмосфере закрытой камеры (2). С этой целью система (1) инертизации имеет систему (3) компрессоров для сжатия исходной газовой смеси и газоразделительную систему (10), присоединенную к системе (3) компрессоров. В газоразделительной системе (10) отделяется, по меньшей мере, часть кислорода, содержащегося в сжатой исходной смеси. Газоразделительная система (10) выполнена с возможностью работы в режиме VPSA и в режиме PSA, если необходимо. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ инертизации, в котором содержание кислорода, определенное заранее и сниженное в сравнении с обычным воздухом окружающей среды, устанавливают и поддерживают в атмосфере закрытого помещения (2), при этом способ содержит следующие процедурные этапы, на которых:
i) подают исходную газовую смесь из кислорода, азота и дополнительных элементов, если необходимо;
ii) производят сжатие исходной газовой смеси, поданной в систему (3) компрессоров;
iii) подают сжатую исходную газовую смесь в газоразделительную систему (10) и отделяют по меньшей мере часть кислорода, содержащегося в сжатой исходной смеси, чтобы подать газовую смесь, обогащенную азотом, на выход (10b) газоразделительной системы (10); и
iv) вводят по меньшей мере часть газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выход (10b) газоразделительной системы (10), в атмосферу закрытого помещения (2), чтобы установить и/или поддерживать содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения (2), которое заранее определено и снижено в сравнении с обычным воздухом окружающей среды,
при этом, если количество газовой смеси, обогащенной азотом, поданной в единицу времени на выход (10b) газоразделительной системы (10), требуется увеличить, степень сжатия, выполняемого на этапе ii) способа, повышают, в частности, до величины, зависящей от количества газовой смеси, обогащенной азотом, которую следует подавать в единицу времени,
при этом газоразделительная система (10) содержит первый и второй адсорбер (12, 13), каждый содержащий адсорбирующее вещество, причем адсорберы (12, 13) работают в противофазе, чтобы один из двух адсорберов (12, 13) находился в фазе адсорбции, во время которой адсорбирующее вещество адсорбера (12, 13) адсорбирует по меньшей мере часть кислорода из исходной газовой смеси, подаваемой на этапе iii) способа, а другой из двух адсорберов (13, 12) находился в фазе регенерации, во время которой кислород десорбируется из адсорбирующего вещества другого адсорбера (13, 12), при этом, в частности, предусматривается, что соответствующие выходы (12а, 13а) и соответствующие входы (12b, 13b) адсорберов (12, 13) на короткое время связаны по текучей среде при переключении между фазой адсорбции и фазой регенерации,
при этом газоразделительная система (10) работает в режиме PSA, если количество газовой смеси, обогащенной азотом, которое следует подавать в единицу времени на выход (10b) газоразделительной системы (10), требуется увеличить, и при этом, в противном случае, газоразделительная система (10) работает в режиме VPSA,
причем режим PSA соответствует режиму адсорбции с переменным давлением, а режим VPSA соответствует режиму адсорбции с переменным вакуумметрическим давлением.
2. Способ инертизации по п. 1,
в котором степень сжатия, выполняемого на этапе ii) способа, повышают в случае пожара или если содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения (2) должно быть дополнительно быстро снижено по сравнению с содержанием кислорода, установленного и/или поддерживаемого на этапе iv) способа по другой причине, или если количество газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемое в единицу времени на выход (10b) газоразделительной системы (10), требуется увеличить в силу повышения воздухообмена, или в силу отсутствия дополнительного источника инертного газа, размещенного в закрытом помещении (2), в частности, отсутствия дополнительной газоразделительной системы, размещенной в закрытом помещении (2); и/или
при этом степень сжатия, выполняемого на этапе ii) способа, предпочтительно постепенно повышают при необходимости, пока количество газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе (10b) газоразделительной системы 10 в единицу времени, соответствует количеству газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемой в единицу времени; и/или при этом система (3) компрессоров выполнена с возможностью сжатия подаваемой исходной газовой смеси до различных, предпочтительно заранее определенных или определяемых диапазонов давления на этапе ii) способа, причем исходная газовая смесь предпочтительно сжимается автоматически, и более предпочтительно, избирательно автоматически, до одного из заранее определенных или определяемых диапазонов давления на этапе ii) способа, в зависимости от повода или причины необходимого увеличения газовой смеси, обогащенной азотом, которую следует подавать в единицу времени на выход (10b) газоразделительной системы (10).
3. Способ инертизации по любому из пп. 1 или 2,
в котором, чтобы подать исходную газовую смесь на этапе i) способа, часть воздуха окружающей среды внутри закрытого помещения (2) извлекают из помещения (2) регулируемым образом, и свежий воздух направляют регулируемым образом в извлеченную часть воздуха помещения,
при этом количество свежего воздуха, которое следует добавить к воздуху окружающей среды, извлеченному из помещения (2), предпочтительно выбирается, чтобы количество воздуха окружающей среды, извлеченного из помещения (2), в единицу времени, было идентичным количеству газовой смеси, обогащенной азотом, вводимой в атмосферу помещения (2) на этапе iv) способа.
4. Способ инертизации по любому из пп. 1 или 2,
в котором газоразделительная система (10) содержит по меньшей мере один адсорбер (12, 13), содержащий адсорбирующее вещество, при этом система (3) компрессоров присоединена к входу (12а, 13а) адсорбера (12, 13), чтобы подавать сжатую исходную газовую смесь на адсорбер (12, 13) в фазе адсорбции упомянутого адсорбера (12, 13), чтобы адсорбирующее вещество адсорбировало кислород из исходной газовой смеси, и газовая смесь, обогащенная азотом, подавалась на выходе (12b, 13b) адсорбера (12, 13), при этом источник (7) вакуума предпочтительно избирательно присоединен к входу (12а, 13а) адсорбера (12, 13), или источник сжатого воздуха предпочтительно избирательно присоединен к выходу (12b, 13b) адсорбера (12, 13), чтобы удалить по меньшей мере часть кислорода, поглощенного адсорбирующим веществом через вход (12а, 13а) адсорбера (12, 13) в фазе регенерации адсорбера (12, 13) и, следовательно, регенерировать адсорбирующее вещество.
5. Способ инертизации по п. 3,
в котором газоразделительная система (10) содержит по меньшей мере один адсорбер (12, 13), содержащий адсорбирующее вещество, при этом система (3) компрессоров присоединена к входу (12а, 13а) адсорбера (12, 13), чтобы подавать сжатую исходную газовую смесь на адсорбер (12, 13) в фазе адсорбции упомянутого адсорбера (12, 13), чтобы адсорбирующее вещество адсорбировало кислород из исходной газовой смеси, и газовая смесь, обогащенная азотом, подавалась на выходе (12b, 13b) адсорбера (12, 13),
при этом источник (7) вакуума предпочтительно избирательно присоединен к входу (12а, 13а) адсорбера (12, 13), или источник сжатого воздуха предпочтительно избирательно присоединен к выходу (12b, 13b) адсорбера (12, 13), чтобы удалить по меньшей мере часть кислорода, поглощенного адсорбирующим веществом через вход (12а, 13а) адсорбера (12, 13) в фазе регенерации адсорбера (12, 13) и, следовательно, регенерировать адсорбирующее вещество.
6. Способ инертизации по любому из пп. 1 или 2, в котором способ дополнительно содержит следующие этапы, на которых:
- подают сжатую исходную газовую смесь на дополнительную газоразделительную систему и отделяют по меньшей мере часть кислорода, содержащегося в сжатой исходной газовой смеси, чтобы предоставить газовую смесь, обогащенную азотом, на выход дополнительной газоразделительной системы; и
- вводят по меньшей мере часть газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выход дополнительной газоразделительной системы, в атмосферу закрытого помещения (2),
при этом газоразделительная система (10) работает в режиме PSA, если газоразделительная система выходит из строя или если по какой-то другой причине газовая смесь, обогащенная азотом, не может быть подана на выход дополнительной газоразделительной системы или количество газовой смеси, обогащенной азотом, которое может быть подано на выход дополнительной газоразделительной системы в единицу времени, ниже заданного значения для упомянутой дополнительной газоразделительной системы, причем газоразделительная система (10) в противном случае работает в режиме VPSA, при этом переключение газоразделительной системы (10) из режима VPSA в режим PSA предпочтительно происходит автоматически, как только определяется, что количество газовой смеси, обогащенной азотом, которую можно подавать в единицу времени на выход дополнительной газоразделительной системы, ниже заданного значения для упомянутой дополнительной газоразделительной системы,
причем режим PSA соответствует режиму адсорбции с переменным давлением, а режим VPSA соответствует режиму адсорбции с переменным вакуумметрическим давлением.
7. Способ инертизации по любому из пп. 1 или 2,
в котором по меньшей мере часть тепловой энергии, освобождаемая в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, используется для нагревания исходной газовой смеси, предпочтительно, чтобы исходная газовая смесь имела температуру от 10°С до 30°С и даже более предпочтительно от 15°С до 25°С.; и/или
при этом по меньшей мере часть тепловой энергии, освобождаемая в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, используется для нагревания газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе (10b) газоразделительной системы (10).
8. Способ инертизации по любому из пп.1 или 2,
в котором система (3) компрессоров содержит первый компрессор (3.1) и по меньшей мере один второй компрессор (3.2), причем присоединение второго компрессора (3.2) к первому компрессору (3.1) повышает степень сжатия, выполняемого на этапе ii) способа.
9. Способ инертизации по любому из пп. 1 или 2,
в котором, если количество газовой смеси, обогащенной азотом, подаваемой в единицу времени, нужно увеличить, по меньшей мере часть газовой смеси, поданной на этапе iii) способа на выходе (10b) газоразделительной системы (10), и обогащенной азотом, и/или часть воздуха окружающей среды, содержащегося в закрытом помещении (2), направляется в катализатор (16, 17), в котором смесь инертных газов вырабатывается из смеси, обогащенной азотом, или, соответственно, из части подаваемого в помещение воздуха, путем химической конверсии восстановителя, причем смесь инертных газов, вырабатываемая в катализаторе (16, 17), затем вводится в атмосферу закрытого помещения (2), причем восстановителем предпочтительно является горючее вещество, в частности горючий газ, предпочтительно окись углерода.
10. Система (1), в которой содержание кислорода, определенное заранее и сниженное в сравнении с обычным воздухом окружающей среды, устанавливается и поддерживается в атмосфере закрытого помещения (2), при этом система (1) содержит систему (3) компрессоров для сжатия исходной газовой смеси и газоразделительную систему (10), присоединенную к системе (3) компрессоров, в которой отделяется по меньшей мере часть кислорода, содержащегося в сжатой исходной газовой смеси,
отличающаяся тем, что
газоразделительная система (10) выполнена с возможностью избирательной работы либо в режиме VPSA, либо в режиме PSA,
при этом блок (4) управления предпочтительно предусмотрен для селективного автоматического переключения газоразделительной системы (10) из режима VPSA в режим PSA, если требуется увеличить количество газовой смеси, обогащенной азотом, поданной в единицу времени на выходе (10b) газоразделительной системы (10),
при этом отношение сжатия системы (3) компрессоров предпочтительно является регулируемым, чтобы исходную газовую смесь можно было избирательно сжимать в системе (3) компрессоров до первого низкого значения давления или до второго высокого значения давления, в частности, до давления 1,5-2,0 бар или 7,0-9,0 бар, и причем блок (4) управления выполнен с возможностью избирательной автоматической активизации системы (3) компрессоров, чтобы исходная газовая смесь сжималась до второго высокого значения давления в упомянутой системе (3) компрессоров, если требуется увеличить объем газовой смеси, обогащенной азотом, в единицу времени,
причем система компрессоров предпочтительно содержит первый компрессор (3.1) и по меньшей мере один второй компрессор (3.2), управляемый независимо от первого компрессора (3.1), причем первый и второй компрессоры (3.1, 3.2) выполнены таким образом, чтобы степень сжатия увеличивалась при присоединении упомянутого второго компрессора (3.2),
причем режим PSA соответствует режиму адсорбции с переменным давлением, а режим VPSA соответствует режиму адсорбции с переменным вакуумметрическим давлением.
11. Система (1) по п. 10,
причем система (1) содержит по меньшей мере одну дополнительную газоразделительную систему для подачи газовой смеси, обогащенной азотом, при этом блок (4) управления выполнен с возможностью переключения газоразделительной системы (10) из режима VPSA в режим PSA, если дополнительная газоразделительная система выходит из строя или если по какой-то другой причине газовая смесь, обогащенная азотом, не может быть подана дополнительной газоразделительной системой или количество газовой смеси, обогащенной азотом, которая может быть подана дополнительной газоразделительной системой в единицу времени, ниже заданного значения для упомянутой дополнительной газоразделительной системы, при этом переключение из режима VPSA в режим PSA предпочтительно происходит автоматически, как только определяется, что количество газовой смеси, обогащенной азотом, которую можно подавать в единицу времени дополнительной газоразделительной системой, ниже заданного значения для упомянутой дополнительной газоразделительной системы.
12. Система (1) по любому из пп. 10 или 11,
в которой газоразделительная система (10) содержит следующее:
- вход (10а), присоединенный или присоединяемый к выходу (3b) системы (3) компрессоров для подачи сжатой исходной газовой смеси;
- первый выход (10b), присоединенный или присоединяемый к закрытому помещению (2) для подачи газовой смеси, обогащенной азотом в атмосферу закрытого помещения (2);
- второй выход (11) для удаления газовой смеси, обогащенной кислородом, из газоразделительной системы (10); и
- по меньшей мере один первый и один второй адсорбер (12, 13), каждый содержащий адсорбирующее вещество, соответственно присоединяемые к входу (10а), первому выходу (10b) и/или второму выходу (11) газоразделительной системы (10) независимо друг о друга через систему клапанов (V1-V9), и причем второй выход (11) газоразделительной системы (10) избирательно присоединен к стороне (7а) всасывания источника (7) вакуума,
при этом предпочтительно предусмотрен блок (4) управления, выполненный с возможностью избирательного автоматического присоединения второго выхода (11) газоразделительной системы (10) к стороне (7а) всасывания источника (7) вакуума, если газоразделительная система (10) работает в режиме VPSA.
13. Система (1) по любому из пп. 10 или 11,
в которой дополнительно предусмотрена система (14) теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, в исходную газовую смесь для нагревания исходной газовой смеси предпочтительно до температуры от 10°С до 30°С и даже более предпочтительно, от 15°С до 25°С; и/или
причем дополнительно предусмотрена система (15) теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, в газовую смесь, обогащенную азотом, поданную на выходе (10b) газоразделительной системы (10); и/или
причем дополнительно предусмотрена система (16, 17) катализатора, которая может быть снабжена, при необходимости, по меньшей мере частью газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе (10b) газоразделительной системы (10) и/или частью воздуха окружающей среды закрытого помещения (2), чтобы вырабатывать смесь инертных газов путем химической конверсии восстановителя, причем выход системы (16, 17) катализатора присоединен или может быть присоединен к закрытому помещению (2), чтобы вводить смесь инертных газов, вырабатываемую в упомянутой системе (16, 17) катализатора, в атмосферу закрытого помещения (2).
14. Система (1) по п. 12,
в которой дополнительно предусмотрена система (14) теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, в исходную газовую смесь для нагревания исходной газовой смеси предпочтительно до температуры от 10°С до 30°С и даже более предпочтительно, от 15°С до 25°С; и/или
причем дополнительно предусмотрена система (15) теплообменника для передачи, по меньшей мере, части тепловой энергии, освобождаемой в газоразделительной системе (10) и/или в системе (3) компрессоров, в газовую смесь, обогащенную азотом, поданную на выходе (10b) газоразделительной системы (10); и/или
причем дополнительно предусмотрена система (16, 17) катализатора, которая может быть снабжена, при необходимости, по меньшей мере частью газовой смеси, обогащенной азотом, поданной на выходе (10b) газоразделительной системы (10) и/или частью воздуха окружающей среды закрытого помещения (2), чтобы вырабатывать смесь инертных газов путем химической конверсии восстановителя, причем выход системы (16, 17) катализатора присоединен или может быть присоединен к закрытому помещению (2), чтобы вводить смесь инертных газов, вырабатываемую в упомянутой системе (16, 17) катализатора, в атмосферу закрытого помещения (2).
| WO 2012076721 A1, 14.06.2014 | |||
| US 5496388 A, 05.03.1996 | |||
| 0 |
|
SU163242A1 | |
| DE 10343342 A1, 03.02.2005. | |||
