СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ В ПОТОКЕ ГАЗА В ХОДЕ КРИОГЕННОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА Российский патент 2017 года по МПК G01N22/02 

Изобретение относится к способу обнаружения движущихся объектов в потоке газа в ходе криогенной сепарации газа.

В устройствах прямого контакта, например, колоннах или насадочных колоннах, а также в процессах кипения, газовые и жидкие фазы находятся в непосредственном контакте. Это может приводить к капельному уносу, иными словами, переносу малых капель или тумана потоком газа. Это отделение жидкой фазы, в общем случае, нежелательно. Для предотвращения капельного уноса используются каплеотделители, например, мембранные сепараторы, такие как ламельные сепараторы, сетчатые сепараторы, гравитационные сепараторы или циклонные сепараторы. Если каплеотделитель работает неправильно, происходит капельный унос. Это может приводить к серьезному повреждению нижерасположенных частей установки, которые возникают из-за течения газа без жидкой фракции.

Регулярный мониторинг сепаратора, иными словами, обнаружение капельного уноса, обычно можно использовать в случае сетчатых сепараторов. Это предусматривает использование свойства проволочной сетки, состоящего в том, что заметному увеличению уноса воды из сетки предшествует формирование слоя барботируемой воды в нижнем участке сетки. Этот слой барботируемой воды увеличивает потерю давления воздуха при его прохождении через сетку долонально высоте барботируемого слоя.

Непрямой мониторинг уноса воды посредством потери давления имеет тот недостаток, что пена, которую нельзя сдерживать в случае сетчатого сепаратора, не приводит к сколько-нибудь заметному увеличению потери давления. Поэтому, если пена вырабатывается, то мониторинг оказывается неадекватным. Кроме того, с течением времени на сетке могут осаждаться загрязнения, например, водоросли или накипь, если используется вода. Таким образом, потеря давления на сетке увеличивается медленно и непрерывно. Темп уноса увеличивается с увеличением загрязнения сетки, поэтому предельное значение сигнала предупреждения о потере давления можно задавать лишь на некоторое время.

В случае сепараторов других типов, выводы в отношении возможного капельного уноса можно получать на основании других параметров процесса, например, температуры на выходе сепаратора или поведение среды на дальнейших этапах процесса. Однако эти способы весьма подвержены ошибкам, поскольку упомянутые отклонения параметров процесса также могут быть обусловлены многими другими причинами.

Для непосредственного обнаружения капельного уноса в потоке газа, до сих пор были коммерчески доступны только трудоемкие способы и устройства оптического измерения с помощью компьютерного распознавания образов.

В US 2008/0295609 A1 описан возможный способ определения текучести многофазной смеси (в частности, капель жидкости, которые уносятся в газе), протекающей через трубопровод. С этой целью, сверхвысокочастотный сигнал испускается через трубопровод, и принимаются два сигнала с доплеровским сдвигом. Из этих принятых сигналов определяется текучесть, например, скорость газовой фазы или жидкой фазы.

Согласно GB 2322987 A, обнаруживаются объекты, которые движутся в газовую турбину или из газовой турбины. С этой целью, испускается электромагнитный сигнал, и отраженный электромагнитный сигнал обнаруживается и оценивается. Объекты обнаруживаются по доплеровскому сдвигу отраженного сигнала.

В GB 2026276 A описан возможный способ обнаружения агломерированной пыли в отработавшем газе в фабричной трубе с помощью доплеровского радара.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства, позволяющие надежно и легко обнаруживать движущиеся объекты, в частности, капли жидкости, в потоке газа.

Эта задача решается посредством способов и устройства с признаками независимых пунктов формулы изобретения.

Способы согласно изобретению пригодны для обнаружения движущихся объектов в потоке газа. Здесь и в дальнейшем предполагается, что движущиеся объекты полностью или частично окружены потоком газа, независимо от того, движутся ли объекты с потоком газа или относительно него. В дальнейшем, под движущимися объектами в потоке газа будем понимать, в частности, капли жидкости или соответственно туман в потоке газа. Движущиеся объекты в потоке газа, соответственно, описывают, в частности, капельный унос в потоке газа. Выражение "движущиеся объекты" или соответственно "перемещенные объекты" применяется в дальнейшем как в случае отдельного объекта, так и в случае нескольких объектов.

Обнаружение этих движущихся объектов в потоке газа и, следовательно, обнаружение капельного уноса, охватывает в рамках изобретения облучение потока газа электромагнитно испущенным излучением в микроволновом или терагерцевом диапазоне и обнаружение результирующего рассеянного излучения. Это происходит вследствие рассеяния или соответственно отражения испущенного излучения на, по меньшей мере, одном объекте, находящемся в потоке газа или увлеченном им. Способ согласно изобретению дополнительно содержит обнаружение различия в частоте между испущенным излучением и рассеянным излучением. Вывод о присутствии движущегося объекта или нескольких движущихся объектов в потоке газа делают на основе этого различия в частоте. Присутствие, количество и/или доля движущихся объектов в потоке газа определяется, таким образом, из различия в частоте и из амплитуды, в частности, амплитуды рассеянного излучения или отраженного испущенного излучения.

Это обнаружение движущихся объектов в потоке газа используется в рамках изобретения для сепарации газов, в частности, для криогенной сепарации газа.

Согласно первому способу согласно изобретению, обнаружение движущихся объектов в потоке газа используется в ходе способа сепарации газов газовой смеси. Газовая смесь в этом случае транспортируется в форме потока газа, например через соответствующую установку для сепарации газа. Выводы в отношении того, присутствует ли движущийся объект в потоке газа, можно, в итоге, использовать для определения присутствия, количества и/или доли движущихся объектов в потоке газа. Сепарация газов газовой смеси осуществляется с учетом этих движущихся объектов в потоке газа, которые определяются таким образом.

Термины "сепарация газа" или соответственно "криогенная сепарация газа" или соответственно "сепарация газов" следует толковать в данной заявке, в частности, в значении полного процесса сепарации газов, в частности, исходя из того, что применяются все этапы этого процесса. В частности, процесс сепарации газов начинается в этом случае с первого этапа, на котором газовая смесь, подлежащая разделению, всасывается, и заканчивается завершающим этапом, на котором отдельные разделенные газы газовой смеси удаляются. В частности, процесс сепарации газов содержит (предварительную) очистку или соответственно промывку газовой смеси, для отфильтровывания пыли и других твердых частиц. Кроме того, отдельные этапы процесса сепарации газов содержат, в частности, многократное нагревание и охлаждение газовой смеси или соответственно многократное сжатие и расширение газовой смеси.

В случае воздушной сепарации, процесс сепарации газов, в частности, может быть низкотемпературной сепарацией воздуха. В частности, этапы процесса сепарации газов в случае воздушной сепарации содержат, в частности, первоначально предварительную очистку воздуха, в частности, посредством молекулярного сита, в частности, для фильтрации водяного пара, пыли, углеводородов, оксида азота и диоксида углерода из воздуха. Дальнейшие этапы содержат, в частности, предварительное охлаждение до определенной температуры, сжатие и расширение воздуха, охлаждение до точки росы, удаление отдельных разделенных газов воздуха и, при необходимости, нагревание разделенных газов.

Согласно второму способу согласно изобретению, мониторинг и/или контроль элементов или соответственно компонентов, которые используются, в частности, в ходе операции криогенной сепарации газа, осуществляется посредством обнаружения движущихся объектов в потоке газа. Такие элементы могут быть сформированы в виде каплеотделителя, охладителя непосредственного контакта, испарителя, инерционного сепаратора, циклонного сепаратора, электрофильтра или газоочистителя.

Если не только капли жидкости или соответственно туман, но и, например, твердые частицы (например, частицы золы, пыль, лед) обнаруживаются посредством способа согласно изобретению как движущиеся объекты в потоке газа, такие элементы или соответственно компоненты также, в частности, могут быть сформированы в виде фильтра твердых веществ или сажевого фильтра.

Такие элементы используются в ходе криогенной сепарации газа, в частности, для процессов осаждения, для предотвращения капельного уноса. Тем не менее на этих элементах может происходить капельный унос. Например, в случае испарителя, неполное испарение может приводить к уносу капель.

Мониторинг таких элементов может осуществляться путем обнаружения движущихся объектов в потоке газа. В частности, обнаружение движущихся объектов в этом случае может осуществляться по потоку ниже соответствующего элемента, для мониторинга правильного функционирования этого элемента и предотвращения капельного уноса.

Альтернативно или дополнительно, соответствующий элемент также можно контролировать. В этом случае, обнаружение движущихся объектов может осуществляться, в частности, перед элементом. Если в потоке газа обнаруживаются движущиеся объекты, элемент можно информировать об этом и активировать соответственно, например, для отфильтровывания объектов и предотвращения дальнейшего капельного уноса.

Таким образом, в двух способах согласно изобретению, капельный унос обнаруживается в ходе криогенной сепарации газа. Это позволяет препятствовать повреждению вследствие капельного уноса в ходе криогенной сепарации газа. Выражение "криогенная сепарация газа" в дальнейшем включает в себя криогенную сепарацию газа согласно первому способу согласно изобретению и также согласно второму способу согласно изобретению.

По аналогии с двумя способами согласно изобретению, изобретение также содержит два устройства. По аналогии с первым способом согласно изобретению, первое устройство согласно изобретению служит для сепарации газов газовой смеси в потоке газа.

"Устройство для сепарации газов" или соответственно "устройство для сепарации газа" или соответственно "устройство для криогенной сепарации газа" сформировано, в частности, как установка. Эта установка имеет, в частности, одну или более холодильных камер. В такие холодильные камеры могут интегрироваться, например, такие компоненты или соответственно части установки, как колонны, пластинчатые теплообменники, резервуары высокого давления, сепараторы, соответствующий трубопровод, приборы для измерения температуры и давления, индикаторы перепада давлений и уровня жидкости и также фитинги корпуса и арматура.

В случае разделения воздуха, установка для сепарации газов сформирована, в частности, как воздухоразделительная установка. Такие воздухоразделительные установки имеют, в частности, системы дистилляционных колонн, которые могут быть сформированы, например, как двухколонные системы, в частности, как классические двухколонные системы Линде, а также как трех- или многоколонные системы. Кроме того, можно обеспечить устройства для получения дополнительных компонентов воздуха, в частности, благородных газов, таких как криптон, ксенон и/или аргон.

Первое устройство согласно изобретению имеет в этом случае элементы, которые предназначены для осуществления обнаружения движущихся объектов в потоке газа. В частности, первое устройство согласно изобретению содержит трубу или резервуар, через которую/ый может проходить поток газа. Оно также содержит, по меньшей мере, один излучатель, пригодный для облучения потока газа электромагнитно испущенным излучением в микроволновом или терагерцевом диапазоне. Устройство дополнительно имеет, по меньшей мере, один приемник. Он предусмотрен для обнаружения рассеянного излучения (в частности, отраженного излучения), которое происходит, если испущенное излучение рассеивается (или даже отражается) на, по меньшей мере, одном объекте. Наконец, устройство согласно изобретению содержит средство, пригодное для обнаружения различия в частоте между испущенным излучением и обнаруженным рассеянным излучением (отраженным излучением).

Средства в этом случае также содержат средство обработки данных для оценивания одного или более параметров рассеянного излучения, для заключения из различия в частоте, присутствуют ли движущиеся объекты в потоке газа. По аналогии с первым способом согласно изобретению, это заключение используется для определения, в частности, присутствия, количества и/или доли перемещенных объектов в потоке газа.

Первое устройство согласно изобретению предназначено для осуществления сепарации газов газовой смеси с учетом выводов, сделанных средством для обнаружения различия в частоте.

Сепарация газов газовой смеси с учетом определенных движущихся объектов в потоке газа может содержать, в частности меры для защиты компонентов или соответственно элементов, которые чувствительны к капельному уносу и могут повреждаться им. Альтернативно или дополнительно, могут быть задействованы меры, позволяющие более эффективно осуществлять сепарацию газов газовой смеси в зависимости от доли движущихся объектов в потоке газа. Например, параметры отдельных компонентов или соответственно элементов могут в этом случае специфично устанавливаться и адаптироваться к доли движущихся объектов в потоке газа.

В частности, контроль или соответственно мониторинг осуществляется таким образом. Контроль или соответственно мониторинг в этом случае могут аналогично осуществляться средствами или дополнительным элементом, например контроллером. По аналогии со вторым способом согласно изобретению, второе устройство согласно изобретению служит для мониторинга и/или контроля каплеотделителя, охладителя непосредственного контакта, испарителя, инерционного сепаратора, циклонного сепаратора, электрофильтра и/или газоочистителя. В этом случае, второе устройство согласно изобретению содержит трубу или резервуар, через которую/ый может проходить поток газа. По аналогии с первым устройством согласно изобретению, второе устройство согласно изобретению также содержит, по меньшей мере, один излучатель, по меньшей мере, один приемник и средство для обнаружения различия в частоте и для заключения, присутствуют ли движущиеся объекты в потоке газа.

Таим образом, в рамках изобретения, отдельные компоненты или соответственно элементы криогенной сепарации газа можно защищать от капельного уноса. Обнаружение движущихся объектов в потоке газа в этом случае может осуществляться один раз или многократно в ходе криогенной сепарации газа. В частности, обнаружение движущихся объектов в потоке газа осуществляется до прохождения потока газа через компоненты или соответственно элементы, которые чувствительны к капельному уносу и могут повреждаться им. Следовательно, в ходе изобретения, капельный унос обнаруживается заранее, и могут быть предприняты соответствующие меры для защиты соответствующих компонентов или элементов.

Нижеследующие варианты осуществления изобретения и представленные преимущества применяются аналогичным образом к двум способам согласно изобретению и также к двум устройствам согласно изобретению.

Испаритель в этом случае может быть сформирован, например, как ванный испаритель, как теплообменник со "встраиваемым котлом", как спиральный теплообменник, как кожухотрубчатый теплообменник или как пластинчатый теплообменник. В контексте изобретения можно, таким образом, обнаруживать унос испарителя. Унос описывает, в общем случае, поглощение частиц в текучей среде. В контексте изобретения, унос описывает, в частности, поглощение объектов в потоке газа. Например, испаритель может использоваться, в частности, для ожижения природного газа или для стадии охлаждения пропана. По аналогии, первый способ согласно изобретению также может использоваться для ожижения природного газа или стадии охлаждения пропана.

Для обнаружения движущихся объектов в потоке газа и, следовательно, для обнаружения капельного уноса, в настоящем изобретении предполагается использование доплер-эффекта, который позволяет определять относительную скорость или соответственно распределение относительной скорости рассеивающего/отражающего объекта из возможно обнаруженного частотного сдвига обратнорассеянного или соответственно отраженного сигнала по отношению к первоначально испущенному сигналу. В случае сравнительно большого количества рассеивающих/отражающих объектов и, следовательно, сравнительно большого количества центров рассеяния, заключение относится, в частности, только к распределению относительной скорости.

По меньшей мере, одним рассеивающим или соответственно отражающим объектом может быть, например, неподвижная стенка трубы или резервуара (в этом случае частотный сдвиг не обнаруживается) или частица или объект, движущийся с потоком газа, например, капля жидкости или твердая частица (например, в частности, частица золы).

Принцип измерения способов согласно изобретению и устройств согласно изобретению имеет преимущество в том, что его также можно использовать в случае сепараторов, которые не позволяют обнаруживать движущиеся объекты по потере давления. Для обнаружения, труба или соответственно резервуар должен быть доступен хотя бы с одной стороны. Поскольку принцип базируется на прямом порядке действий, дополнительно достигается высокая степень достоверности в обнаружении объектов, движущихся в потоке газа. При использовании совместно с охладителем непосредственного контакта, изобретение позволяет осуществлять измерение дальше от сепаратора, например, непосредственно перед компонентом, чувствительным к воде. В отличие от коммерчески доступных датчиков дождя, в случае метода объемов, на котором базируется изобретение, можно дискриминировать и/или игнорировать граничные эффекты, например, конденсацию жидкости на стенке трубки или резервуара. Так как можно отказаться от подвижных механических частей, устройство согласно изобретению имеет длительный срок службы.

Способ согласно изобретению и устройство согласно изобретению кроме того практически нечувствительны к отложениям на стенках трубы или резервуара. В частности, отложения накипи или слои мокрых водорослей в достаточной степени пропускают электромагнитно испущенное излучение, поэтому они не оказывают негативного влияния на функциональные способности.

Преимущественные конфигурации настоящего изобретения отражены в зависимых пунктах формулы изобретения, этом описании и фигуре.

В преимущественном варианте осуществления способа согласно изобретению, этап обнаружения различия в частоте содержит выявление такого рассеянного (например, отраженного) излучение, которое было рассеяно (или соответственно отражено) по меньшей мере, одним неподвижным объектом, например, каплями на стенке трубы или резервуара или самой стенкой. Выявление может осуществляться, например, с помощью подходящего фильтра. Альтернативно или дополнительно, в ходе оценивания частот рассеянного излучения (например, с помощью подходящего программного обеспечения анализа), можно обнаруживать рассеянное излучение, которое было рассеяно, по меньшей мере, одним неподвижным объектом.

Посредством подходящей подготовки данных можно анализировать рассеянное излучение или, альтернативно, непосредственно результирующий доплеровский сигнал. Измеренная относительная скорость, временная модуляция рассеянного излучения, вносимая отдельными перемещенными объектами и/или абсолютная интенсивность сигнала могут быть включены при этом в подготовку и анализ данных. Это позволяет повысит достоверность обнаружения.

В предпочтительном варианте осуществления, зависящие от вещества переменные магнитная проницаемость μ и диэлектрическая проницаемость ε наблюдаемых перемещенных объектов и газа включены в анализ данных. Они влияют на рассеяние или соответственно отражение испущенного излучения. В случае воды и воздуха, относительные диэлектрические проницаемости (диэлектрические постоянные) составляют примерно ε=77 и ε=1, соответственно.

В предпочтительном варианте осуществления оцениваются один или более параметров рассеянного излучения; устройство может содержать пригодное для этого средство обработки данных. Например, определение, присутствуют ли движущиеся объекты в потоке газа, может содержать сравнение, по меньшей мере, одного параметра обнаруженного рассеянного излучения с одним или более заранее определенными пороговыми значениями. Параметром или параметрами могут быть, например, одна или более частот или амплитуд рассеянного излучения. Пороговое значение или значения могут разграничивать один или более интервалов, которые являются диапазонами допуска для параметра или параметров в отношении указания движущихся объектов в потоке газа.

Этот вариант осуществления допускает гибкое применение способа. Например, определение может включать в себя обнаружение непредусмотренной минимальной амплитуды рассеянного излучения. Если амплитуда лежит ниже этого минимума, можно предположить ошибку измерения или пренебрежимо малое количество движущихся объектов. Какое количество считать незначительным в соответствующем случае, можно задавать по-разному посредством фиксации порогового значения.

Информацию, касающуюся движущихся объектов, можно получать из параметра или параметров рассеянного излучения. Например, относительная скорость движущихся объектов в направлении испущенного излучения можно вывести из частоты рассеянного излучения. Альтернативно или дополнительно, верхняя или нижняя граница количества объектов на единицу объема в потоке газа и/или средний размер объекта можно получать из интенсивности сигнала (т.е. амплитуды) рассеянного излучения. В частности, интегральное поперечное сечение рассеяния можно вычислить из амплитуды рассеянного излучения, иными словами, характеристической переменной, которая соответствует среднему размеру и/или количеству движущихся объектов на единицу объема в потоке газа. Это позволяет получить информацию о процессах происходящих в трубе или резервуаре.

Получение величины или количества или доли объектов или (среднего) размера объектов в потоке газа, прежде всего, возможно при этом только посредством интенсивности доплеровского сигнала или соответственно рассеянного излучения.

Поскольку размер объектов (в частности, в субмиллиметровом диапазоне) иногда может быть значительно меньше длины волны испущенного излучения (если, например, в качестве испущенного излучения используется излучение радара, длина волны испущенного излучения находится в сантиметровом диапазоне), обратное рассеяние испущенного излучения придется описывать как излучение Ми или излучение Релея. В этом случае, обычно задается эффективное поперечное сечение. Поскольку, в объеме изобретения, длина волны и угол обратного рассеяния или угол наблюдения, под которым испускается обратнорассеянное излучение, постоянны, описание является аналогичным описанию непосредственному рассеянию на отдельных частицах.

Ниже для вклада отдельного объекта или соответственно капли в интенсивность доплеровского сигнала или рассеянного излучения справедливо:

, где I - интенсивность, d - расстояние между объектами, A - площадь поперечного сечения и r - радиус объектов. Следовательно, при одинаковом расстоянии d, небольшое количество крупных объектов или соответственно капель обеспечивает более высокий перенос воды, чем большое количество малых объектов или соответственно капель.

Можно предположить, что объекты в потоке газа в надлежащем объеме распределяются равномерно или, по меньшей мере, распределяются постоянно по времени. Следовательно, расстояние не оказывает влияния, в результате чего, существует только зависимость от размера объектов.

Чтобы, таким образом, количественно определить величину объектов, соответственно, распределение по размеру объектов также должно быть известно, или, по меньшей мере, постоянно. Это можно предполагать для капель в форме капельного уноса в потоке газа. Следовательно, систему согласно изобретению можно калибровать экспериментально на основании датчиков.

Преимущественный вариант осуществления настоящего изобретения содержит объединение данных информации, полученной из обнаруженного рассеянного излучения, причем данные были получены на основании других принципов измерения, например, оптических или акустических методов. Таким образом, соответствующий анализ может обеспечивать еще более полные и более надежные результаты, касающиеся движущихся объектов в потоке газа.

Облучение потока газа испущенным излучением предпочтительно осуществлять наклонно относительно направления течения потока газа и/или под разными углами облучения (одновременно или попеременно) и/или на разных частотах (одновременно или попеременно). В частности, таким образом, могут возникать избыточности, что позволяет увеличить достоверность. Альтернативно или дополнительно, облучение можно направлять одновременно на разные линии течения газа в трубе или резервуаре, благодаря тому, что, например несколько излучателей распределены вокруг трубы или соответственно резервуара или размещены в разных позициях вдоль трубы или резервуара. Таким образом, можно получить информацию, касающуюся распределения движущихся объектов в трубе или резервуаре.

По меньшей мере, один излучатель и, по меньшей мере, один приемник могут интегрироваться в общий датчик или располагаться отдельно друг от друга. В первом случае, датчик, предпочтительно, содержит смеситель, который накладывает испущенное излучение и рассеянное излучение друг на друга и из этого формирует и выводит интегрированный сигнал (т.е. доплеровский сигнал); такие датчики коммерчески доступны с низкими затратами и в надежной форме. С помощью частотной фильтрации можно исключать непригодные частоты, например, доплеровские частоты, которые являются слишком низкими или помеховыми частотами. Этап обнаружения различия в частоте согласно изобретению можно осуществлять только с учетом интегрированного сигнала. Например, доплеровская частота в случае обычных скоростей течения, наблюдаемых в воздухоотделительных установках, находиться в пределах от 10 Гц до 100 Гц. Особенно пригодными для облучения потока газа испущенным излучением и/или для приема рассеянного излучения являются одно или более радарных устройств.

Испущенное излучение, предпочтительно, является импульсным излучением радара или излучением радара FMCW. Способ может содержать определение расстояния движущихся объектов от заранее определенного опорного значения (например, выбранной позиции, в частности, позиции излучателя). Например, интервал времени между передачей импульса радара и обнаружением его рассеянного излучения можно обнаруживать и использовать для такого вычисления, или частотную модуляцию можно использовать для маркировки испущенного излучения и, следовательно, для определения расстояния.

Особенно предпочтительным является вариант осуществления, в котором труба или резервуар входит в состав охладителя непосредственного контакта. Движущимися объектами, в этом случае, предпочтительно, являются капли воды. В случае обычных диаметров резервуара приблизительно от 0,1 м до 5 м, пригоден, в частности, радарный датчик, который облучает на частоте 24 ГГц под углом 45° относительно продольной оси резервуара или относительно направления потока газа.

Особенно преимущественно, если труба или резервуар выполнен/а из электрически непроводящего материала. Затем испущенное излучение может излучаться снаружи через стенку трубы или резервуара, и соответствующее средство излучения, таким образом, может быть присоединено к наружной части трубы или резервуара, и, в частности, может раздаваться с помощью фланца и т.п. Это позволяет модернизировать с невысокими затратами соответствующую установку, например, охладитель непосредственного контакта. Альтернативно, по меньшей мере, один излучатель и/или, по меньшей мере, один приемник могут располагаться внутри трубы или резервуара.

В частности, устройства согласно изобретению (или соответственно способы согласно изобретению) могут использоваться для обнаружения твердые частицы (например, частицы золы) в газовых фазах, например, если они используются, как упомянуто, для мониторинга и/или контроля упомянутых фильтров.

Согласно изобретению, газовая смесь в форме потока газа сжимается в процессе сжатия и расширяется в процессе расширения. Этот процесс сжатия и этот процесс расширения составляют часть криогенной сепарации газа. Обнаружение движущихся объектов в потоке газа целесообразно осуществлять до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения. В зависимости от конфигурации криогенной сепарации газа, используемых элементов и любой чувствительностью отдельных элементов к капельному уносу, целесообразно осуществлять обнаружение движущихся объектов в потоке газа до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения.

В ходе криогенной сепарации газа, (по меньшей мере, частично) сжиженная газовая смесь также может испаряться в процессе испарения и возвращаться в газообразное состояние в форме потока газа. Кроме того, газовая смесь в форме потока газа может снова сжижаться (по меньшей мере, частично) в процессе конденсации. В этом случае, обнаружение движущихся объектов в потоке газа может осуществляться особенно целесообразно до и/или после процесса испарения и/или процесса конденсации. Например, особенно целесообразно в этом отношении осуществлять обнаружение движущихся объектов в потоке газа после процесса испарения. Следовательно, можно обнаруживать, все ли еще капли жидкости присутствуют в потоке газа в ходе процесса испарения. Кроме того, может быть особенно целесообразно осуществлять обнаружение движущихся объектов в потоке газа до процесса конденсации. Следовательно, можно обнаруживать, присутствует ли в потоке газа капельный унос, который может повреждать элементы для конденсации потока газа.

Альтернативно или дополнительно, обнаружение движущихся объектов может осуществляться до и/или после процесса осаждения в потоке газа.

Предпочтительно газовую смесь расширяют посредством дроссельного клапана, турбодетандера, потери давления на трубопроводе и/или колене. Также предпочтительно, газовая смесь сжимается и охлаждается в многоступенчатом компрессоре, в частности, с помощью охладителей. Альтернативно или дополнительно, предпочтительно отслеживать точку росы газовой смеси. Изобретение обеспечивает защиту различных стадий процесса сжатия и/или процесса расширения.

Преимущественно, движущиеся объекты отфильтровываются из потока газа с учетом определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа. Движущиеся объекты также можно отфильтровывать только когда определенное присутствие, определенное количество и/или определенная доля достигает порогового значения. В качестве этого порогового значения можно выбирать, например, предельное значение, после которого может происходить повреждение элемента криогенной сепарации газа. Альтернативно или дополнительно, дальнейшие надлежащие меры также можно осуществлять в зависимости от определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа. Определенное присутствие, определенное количество и/или определенную долю движущихся объектов в потоке газа также можно использовать для определения чистоты или степени загрязнения разделенных газов газовой смеси.

В частности, эта конфигурация пригодна для сепаратора, в частности, для сепаратора, расположенного после устройств непосредственного контакта. В частности, такой сепаратор может использоваться в первом способе согласно изобретению или первом устройстве согласно изобретению для сепарации газов газовой смеси. Отфильтровывание движущихся объектов в этом случае осуществляется посредством сепаратора. Возможен мониторинг и/или контроль сепаратора посредством определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа.

Особенно предпочтительно, изобретение сформировано для охладителей непосредственного контакта или для устройств непосредственного контакта для воздухоразделительной установки или в качестве самой воздухоразделительной установки. В этом случае, второе устройство согласно изобретению сформировано, в частности, как охладитель непосредственного контакта воздухоразделительной установки. По аналогии, второй способ согласно изобретению осуществляется в частности в охладителе непосредственного контакта воздухоразделительной установки. В этом случае первое устройство согласно изобретению сформировано, в частности, в качестве воздухоразделительной установки, или первый способ согласно изобретению осуществляется в воздухоразделительной установке. В частности, в объеме изобретения целесообразно осуществлять обнаружение движущихся объектов в потоке газа в воздухоразделительной установке между молекулярным ситом и холодильной камерой.

Описание фигур

Фиг. 1 демонстрирует вариант осуществления устройства согласно изобретению, приведенного в порядке примера.

На фиг. 1 схематически представлено устройство 1 для обнаружения движущихся объектов в потоке газа. Устройство содержит трубу 2, через которую поток 10 газа протекает со скоростью v снизу вверх (в представленном случае). Объекты 11, например, капли воды или твердые частицы, уносятся потоком газа.

Труба 2 в этом случае сформирована, в частности, как часть воздухоразделительной установки. В воздухоразделительной установке, газы газовой смеси в форме потока газа разделяются. Например, поток газа в трубе 2 может поступать на компрессор, для сжатия в процессе сжатия. Например, поток газа в трубе 2 также может поступать на дроссельный клапан, позволяющий ему расширяться в процессе расширения. В частности, труба 2 также может располагаться между молекулярным ситом и холодильной камерой воздухоразделительной установки.

Вне трубы 2 предусмотрено радарное устройство 14, которое содержит излучатель 18 для электромагнитно испущенного излучения 12 в микроволновом или терагерцевом диапазоне. Под углом α облучения, излучатель облучает поток газа испущенным излучением. В приведенном примере, угол облучения измеряется относительно направления течения газа, но также может определяться относительно любому желаемому направлению для сравнения, которое выбирается как неподвижное, например, относительно горизонтального или вертикального (которое в приведенном примере совпадает с направлением течения газа).

Объекты 11, движущиеся с потоком 10 газа, отражают испущенное излучение. Таким образом, движение объектов приводит к образованию доплеровского сигнала, частота которого зависит от относительной скорости объектов 11 в направлении излучения 12 радара и, следовательно, от скорости течения.

Рассеянное излучение 13 обнаруживается радарным устройством 14, которое имеет пригодный приемник (не показан). К радарному устройству подключен блок 15 вычисления, которой предназначен для обнаружения различия в частоте между испущенным излучением 12 и обнаруженным рассеянным излучением 13. Это представлено на фигуре схематическими графиками 16a волны (для испущенного излучения) и 16b (для рассеянного излучения) расположенными один за другим. Различие можно использовать для определения присутствия объектов 11 движущихся в потоке газа и их скорости или их распределение скоростей. Оценивание амплитуды 17 рассеянного излучения позволяет делать выводы в отношении количества перемещенных объектов в потоке газа (на единицу объема).

На основании этого количества перемещенных объектов в потоке газа (на единицу объема) определяется доля перемещенных объектов в потоке газа. Эта определенная доля учитывается для воздушной сепарации в воздухоразделительной установке. Блок 15 вычисления может передавать эту определенную долю, например, устройству управления воздухоразделительной установки. Устройство управления активирует отдельные элементы или компоненты воздухоразделительной установки в зависимости от этой определенной доли.

Альтернативно или дополнительно, труба 2 может входить в состав одного из следующих элементов: каплеотделителя, охладителя непосредственного контакта, испарителя, инерционного сепаратора, циклонного сепаратора, электрофильтра или газоочистителя. Тогда этот соответствующий элемент является составной частью воздухоразделительной установки. Блок 15 вычисления управляет соответствующим элементом согласно определенной доли перемещенных объектов в потоке газа.

Перечень условных обозначений

1 устройство для обнаружения перемещенных объектов в потоке газа

2 труба

10 поток газа

11 перемещенные объекты

12 испущенное излучение

13 рассеянное излучение

14 радарное устройство

15 блок вычисления

16a график испущенного излучения

16b график рассеянного излучения

17 амплитуда рассеянного излучения

α угол облучения.

Изобретение относится к способу обнаружения движущихся объектов в потоке газа в ходе криогенной сепарации газа. Поток газа облучается электромагнитно испущенным излучением (12) в микроволновом или терагерцевом диапазоне, обнаруживается рассеянное излучение (13), причем рассеянное излучение возникает вследствие рассеяния испущенного излучения на, по меньшей мере, одном объекте (11) в потоке газа, обнаруживается различие в частоте между рассеянным излучением и испущенным излучением, определяется присутствие, количество и/или доля движущихся объектов в потоке газа из различия в частоте и сепарация газов газовой смеси осуществляется с учетом определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа. Изобретение позволяет надежно и легко обнаруживать движущиеся объекты. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сепарации газов газовой смеси в форме потока газа,

в котором

газовую смесь в форме потока газа сжимают в процессе сжатия и подвергают расширению в процессе расширения,

поток газа облучают электромагнитно испущенным излучением (12) в микроволновом или терагерцевом диапазоне,

обнаруживают рассеянное излучение (13), причем рассеянное излучение возникает вследствие рассеяния испущенного излучения на, по меньшей мере, одном объекте (11) в потоке газа,

обнаруживают различие в частоте между рассеянным излучением и испущенным излучением,

отличающийся тем, что

присутствие, количество и/или долю движущихся объектов в потоке газа определяют из различия в частоте до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения и

сепарацию газов газовой смеси осуществляют с учетом определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа, меры для защиты элементов, которые могут быть повреждены движущимися объектами в потоке газа, осуществляют в зависимости от определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли.

2. Способ мониторинга и/или контроля элементов, которые используются в ходе криогенной сепарации газа, в котором, в ходе криогенной сепарации газа, газовую смесь в форме потока (10) газа сжимают в процессе сжатия и подвергают расширению в процессе расширения,

отличающийся тем, что

для обнаружения движущихся объектов (11) в потоке (10) газа

поток газа облучают электромагнитно испущенным излучением (12) в микроволновом или терагерцевом диапазоне,

обнаруживают рассеянное излучение (13), которое происходит вследствие рассеяния испущенного излучения на, по меньшей мере,

одном объекте (11) в потоке газа,

обнаруживают различие в частоте между рассеянным излучением и испущенным излучением и

определяют присутствие, количество и/или долю движущихся объектов в потоке газа из различия в частоте до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения.

3. Способ по п. 2, в котором элементы, которые используют в ходе криогенной сепарации газа, сформированы в виде каплеотделителя, охладителя непосредственного контакта, испарителя, с помощью которого капли уносятся в случае неполного испарения, инерционного сепаратора, циклонного сепаратора, электрофильтра или газоочистителя.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором газовая смесь расширяется посредством дроссельного клапана, турбодетандера, потери давления на трубопроводе и/или колене.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором газовая смесь сжимается и охлаждается в многоступенчатом компрессоре и/или отслеживается точка росы газовой смеси.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором движущиеся объекты отфильтровываются из потока газа с учетом определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли движущихся объектов в потоке газа.

7. Способ по п. 1 или 2, в котором определение присутствия, количества и/или доли движущихся объектов в потоке газа содержит этапы, на которых:

сравнивают один или более параметров (17) обнаруженного рассеянного излучения с одним или более заранее определенными пороговыми значениями; и

устанавливают, что параметр или параметры, соответственно, лежит/лежат внутри или вне интервала сравнения, заданного пороговым значением или значениями.

8. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

определяют частоту рассеянного излучения и/или частоту доплеровского сигнала, обусловленного испущенным излучением и рассеянным излучением;

определяют из частоты рассеянного излучения или доплеровского сигнала относительную скорость движущихся объектов в направлении испущенного излучения и/или скорость течения движущихся объектов в направлении потока газа.

9. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

определяют интенсивность (17) сигнала рассеянного излучения и/или интенсивность сигнала доплеровского сигнала, обусловленного испущенным излучением и рассеянным излучением;

определяют из интенсивности сигнала рассеянного излучения или доплеровского сигнала характеристическую переменную, которая соответствует среднему размеру движущихся объектов и/или количеству движущихся объектов на единицу объема в потоке газа.

10. Способ по п. 1 или 2, в котором испущенное излучение испускается наклонно или параллельно или перпендикулярно относительно направления потока газа и/или под изменяющимися углами (α) облучения и/или с изменяющимися частотами излучения.

11. Способ по п. 1 или 2, в котором испущенное излучение испускается одним или более радарными устройствами (14),

причем способ содержит этап, на котором определяют расстояние или диапазон расстояний движущихся объектов от заранее определенного опорного значения.

12. Способ по п. 1 или 2, содержащий этап, на котором определяют скорость течения потока газа.

13. Способ по п. 1 или 2, в котором движущиеся объекты являются твердыми веществами или каплями жидкости.

14. Устройство для сепарации газов газовой смеси в потоке газа, имеющее

устройство, выполненное с возможностью сжатия газовой смеси в форме потока газа в процессе сжатия и предоставления возможности расширения в процессе расширения,

по меньшей мере, один излучатель (18) для облучения потока газа электромагнитно испущенным излучением (12) в микроволновом или терагерцевом диапазоне,

по меньшей мере, один приемник для обнаружения рассеянного

излучения (13), когда последнее происходит вследствие рассеяния испущенного излучения на, по меньшей мере, одном объекте (11) в или на потоке газа, и

средство (15) для обнаружения различия в частоте между рассеянным излучением и испущенным излучением,

отличающееся тем, что

средство предназначено для определения присутствия, количества и/или доли движущихся объектов (11) в потоке газа из обнаруженного различия в частоте до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения,

причем устройство предназначено для осуществления сепарации газов газовой смеси с учетом определения средства (15) для обнаружения различия в частоте, причем устройство предназначено для осуществления меры для защиты элементов, которые могут быть повреждены движущимися объектами (11) в потоке газа в зависимости от определенного присутствия, определенного количества и/или определенной доли.

15. Устройство (1) для мониторинга и/или контроля элементов, которые используются в ходе криогенной сепарации газа, в котором, в ходе криогенной сепарации газа, газовая смесь в форме потока (10) газа сжимается в процессе сжатия и подвергается расширению в процессе расширения, причем устройство имеет:

трубу (2) или резервуар для пропускания потока газа;

отличающееся тем, что

устройство (1) также имеет:

по меньшей мере, один излучатель (18) для облучения потока газа электромагнитно испущенным излучением (12) в микроволновом или терагерцевом диапазоне;

по меньшей мере, один приемник для обнаружения рассеянного излучения (13), когда последнее происходит вследствие рассеяния испущенного излучения на, по меньшей мере, одном объекте (11) в или на потоке газа; и

средство (15) для обнаружения различия в частоте между рассеянным излучением и испущенным излучением до и/или после процесса сжатия и/или процесса расширения, причем средство (15)

содержит средство обработки данных для оценивания одного или более параметров (17) рассеянного излучения, для определения присутствия, количества и/или доли движущихся объектов (11) в потоке газа из различия в частоте.

16. Устройство по п. 14 или 15, по меньшей мере, один излучатель и, по меньшей мере, один приемник являются компонентами одного или более радарных устройств (14).

17. Устройство по п. 14 или 15, в котором излучатель или излучатели предназначены для облучения потока газа наклонно или параллельно или перпендикулярно относительно направления течения.

18. Устройство по п. 14 или 15, в котором излучатель или излучатели предназначены для облучения потока газа наклонно переменно с разных направлений и/или одновременно с нескольких направлений.

19. Устройство по п. 14 или 15, в котором средство (15) для обнаружения различия в частоте содержит средство обработки данных для оценивания одного или более параметров (17) испущенного излучения и/или сформировано

для сравнения одного или более параметров обнаруженного рассеянного излучения (13) с одним или более заранее определенными пороговыми значениями и для установления, что параметр или параметры, соответственно, лежит/лежат в интервале сравнения заданным пороговым значением или значениями; и/или

для определения частоты рассеянного излучения и/или частоты доплеровского сигнала, обусловленного испущенным излучением и рассеянным излучением, и для определения из частоты рассеянного излучения или доплеровского сигнала относительной скорости движущихся объектов в направлении испущенного излучения; и/или

для определения интенсивности (17) сигнала рассеянного излучения и/или интенсивности сигнала доплеровского сигнала, обусловленного испущенным излучением и рассеянным излучением, и для определения из интенсивности сигнала рассеянного излучения или доплеровского сигнала характеристической переменной, которая соответствует среднему размеру движущихся объектов и/или количеству движущихся объектов на единицу объема в потоке газа;

и/или

для определения расстояния движущихся объектов от приемника (14); и/или

для определения скорости течения потока газа; и/или

для объединения параметра или параметров с данными, поступающими от одного или более внешних датчиков, причем внешний датчик или датчики опираются на другие принципы измерения, чем доплеровский радар.

20. Устройство по п. 14 или 15, которое также содержит фильтр, пригодный для выявления излучения, которое происходит вследствие рассеяния испущенного излучения на неподвижных объектах (2).

21. Устройство по п. 14 или 15, которое сформировано в виде охладителя непосредственного контакта для воздухоразделительной установки или в виде воздухоразделительной установки.