СПОСОБ ВОДОПОДГОТОВКИ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ РАБОЧИХ ОБЪЕМОВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/20 C02F9/00 

Область техники

Изобретение относится к системам водоподготовки и очистки воды для использования ее в качестве жидкого диэлектрика в ускорительных модулях электрофизической установки, в частности к технике отделения газа от потока сверхчистой воды.

Задачей, стоящей в данной области техники и на которое направлено изобретение, является обеспечение работоспособности электрофизической установки при большом количестве разноуровневых и протяженных водных магистралей системы водоподготовки, обеспечивающей получение деионизованной воды в рабочих объемах с удельным электрическим сопротивлением не более 18 МОм*см.

Уровень техники

Известен способ отделения жидкости от потока газа [Патент №2016629, «Устройство для отделения жидкости от потока газа», Украинский научно-исследовательский институт природных газов, опубл. 30.07.1994 г., МПК: B01D 45/06, авторы: Шарапов В.А.], который заключается в поступлении потока загрязненного газа через входной патрубок в полость корпуса, где происходит коагуляция частиц жидкости, отделение от газового потока основной крупнодисперсной массы и перевод ее в пленочное состояние. Очищенный от тяжелых фракций поток газа, проходя через зазоры и сепарационный пакет, освобождается от капельной жидкости более мелкого масштаба. Осажденные на разных поверхностях капли жидкости укрупняются, сливаясь между собой, и в виде пленки углеводородного конденсата перетекают в емкость. Очищенный газ выводится через выходной патрубок. После заполнения емкости отсепарированной жидкостью она удаляется в наземный резервуар для приема конденсата при помощи автоматической системы. Для реализации способа представлено устройство, представляющее собой корпус, установленный под углом в сторону сливного патрубка, имеющий входной и выходные патрубки для очищенного газа и жидкости, последние соединены с емкостью и автоматической системой для удаления собранной жидкости и содержащий внутри себя для более лучшего разделения жидкости от газа перегородки, козырьки, полки, полости, каплеотбойные пластины, изогнутые лопатки, поддоны обтекаемой формы, сепарационный пакет.

Известное решение используется в трубопроводном транспорте газа, а также на промысловых установках комплексной подготовки газа и не предназначено для получения и применения воды достаточного качества в виде диэлектрика в ускоряющих электрофизических установках.

Известен способ водоподготовки для заполнения рабочих объемов систем отопления и кондиционирования [Технический вестник. CALEFFI. Воздух в системах отопления и кондиционирования. Применяемые системы для удаления воздуха. - 2022. - URL:http://www.caleffi.com], заключающийся в организации циркуляции воды в замкнутом контуре и в стравливании воздуха из напорной и обратной водной магистрали, накопленного в верхней части приборов, на длинных горизонтальных участках, в верхней части стояков, на участках трубопроводов, которые должны огибать препятствие и т.д. Для стравливания воздуха используют самые простые клапаны для удаления воздуха, установленные в верхней части приборов, устройства для удаления воздушных мешков автоматического типа, снабженные поплавком, который управляет механизмом автоматического удаления воздуха, а также дегазаторы для удаления микропузырьков воздуха, растворенных в воде.

Представленный способ реализуется в системах климатизации и отопления, а устройства стравливания не предназначены для использования в электрофизических установках, так как не будут обеспечивать выпуск всего воздуха из водной обратной магистрали из-за длинной протяженности, перепадов высот водных магистралей по зданию и большого количества рабочих объемов, в которых следует чистить воду. Кроме этого, данную подсистему с клапанами необходимо будет масштабировать и настраивать вновь при увеличении количества рабочих объемов.

Известен способ водоподготовки для заполнения рабочих объемов электрофизической установки [Патент: RU №2712573, «Автоматизированная система водоподготовки», Госкорпорация «Росатом», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», опубл. 29.01.2020 г., бюл. №4. МПК: C02F 9/00, G05B 19/00. авторы: Гарин Д.Ю.,. Драчев А.Н., Зыков А.Н. и др.], который выбран по технической и физической сущности в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому способу, который включает в себя накопление предварительно очищенной воды в баке-накопителе в виде резервного бака объемом 5 м³, организацию циркуляции воды в замкнутом контуре по водным магистралям, осуществляя дегазацию и деионизацию воды, поступающей из рабочих объемов с помощью электронасоса, который забрав воду из дегазатора, осуществляет удаление газов с помощью разряжения, создаваемого вакуумным насосом, прокачивает через деионизаторы, загруженные смесью ионитов, на которых происходит деионизация воды. затем направляет ее по соответствующим трубопроводам в рабочие объемы в виде водозаполняемых резервуаров и снова в дегазатор. Первоначально замкнутый контур заполняется водой из резервного бака. Управление потоками воды осуществляется управляемой запорной арматурой в виде запорной арматуры и арматуры с угловой регулировкой.

Необходимость применения дегазатора и накопительного бака как отдельных устройств, увеличивает время и трудозатраты на систему водоподготовки, что усложняет сам технологический процесс и не позволяет минимизировать затраты на него. Кроме этого, в известном способе применена система малой производительности, ограниченная объемом резервного бака 5 м³. При больших количествах рабочих объемов применение дегазатора и накопительного бака как отдельных устройств является нецелесообразным, так как появляется необходимость использования оборудования с большей производительностью, что приводит к появлению дегазаторов и накопительного бака (баков) большого объема, увеличивающих требуемую площадь размещения, а также ведет к усложнению самого технологического процесса.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения заключается в упрощении технологического процесса и/или сокращении времени и трудозатрат на систему водоподготовки с сохранением на выходе качества полученной деионизованной воды с требуемым удельным электрическим сопротивлением.

Технический результат достигается тем, что в способе водоподготовки для заполнения рабочих объемов электрофизической установки, включающем накопление предварительно очищенной воды в баке-накопителе, организацию циркуляции воды посредством управляемой запорной арматуры в замкнутом контуре по водным магистралям, осуществляя дегазацию и деионизацию воды, поступающей из рабочих объемов, новым является то, что подачу воды из рабочих объемов, по крайней мере, в один бак-накопитель, включенного в контур циркуляции воды, осуществляют сверху для обеспечения процесса дегазации и последующего сбора газа в верхней части бака-накопителя с дальнейшим стравливанием с помощью запорного клапана, установленного в корпусе бака-накопителя, при этом из нижней части бака-накопителя дегазированную воду откачивают насосами в модули деионизации для возвращения ее в рабочие объемы, причем уровень забора воды в баке-накопителе размещен ниже накопленной воды в нем, а управление потоками воды бака-накопителя осуществляют управляемой запорной арматурой распределительного узла, размещенного на выходе нижней части бака-накопителя.

Части водной магистрали, подходящей к баку-накопителю сверху и снизу, могут быть выполнены из материалов под клеевое соединение.

Осуществление подачи воды из рабочих объемов, по крайней мере, в один бак-накопитель, включенного в контур циркуляции воды, позволяет совместить две функции в одном баке-накопителе: дегазацию и накопление воды. Таким образом, убирая корпус дегазатора из системы водоподготовки, уменьшаем требуемую площадь, упрощаем конструкцию системы водоподготовки. В связи с освободившейся площадью появляется другая возможность, связанная с увеличением бака-накопителя, который займет данную увеличенную площадь, и позволяющая применить оборудование с большей производительностью, которое в свою очередь уменьшит время процесса дегазации и процесса получения сверхчистой воды в рабочих объемах. Следует отметить, что применяя оборудование с большей производительностью в случае отдельного дегазатора и отдельного бака-накопителя, они оба увеличатся в размерах, что приведет к еще большему увеличению площади и усложнению системы водоподготовки.

Подвод воды сверху в бак-накопитель обеспечивает процесс дегазации и последующий сбор газа в верхней части бака-накопителя.

Последующее стравливание газа с помощью запорного клапана, установленного в корпусе бака-накопителя, обеспечивает дальнейшее поступление воды и процесс дегазации.

Откачка из нижней части бака-накопителя дегазированной воды насосами в модули деионизации для возвращения ее в рабочие объемы, позволяет получить необходимое значение удельного электрического сопротивления воды во всех рабочих объемах электрофизической установки в течение запланированного времени.

Уровень забора воды ниже накопленной воды в баке-накопителе позволяет забирать воду насосами без воздуха.

Распределительный узел, состоящий из управляемой запорной арматуры, управляет потоками воды для бака-накопителя.

Размещение распределительного узла на выходе в нижней части бака-накопителя позволяет протянуть линии управления для управляемой запорной арматуры только в одно место, что упрощает создание управления системы водоподготовки и уменьшает время на обслуживание управляемой запорной арматуры.

Выполнение части водной магистрали, подходящей к баку-накопителю сверху и снизу, из материалов под клеевое соединение также упрощает конструкцию по сравнению с применением магистралей из нержавеющей стали.

Таким образом, использование бака-накопителя воды в качестве дегазатора, позволяет при наличии большого количества рабочих объемов снизить трудозатраты, упростить и удешевить технологический процесс в целом. Расположение крупногабаритного бака-накопителя на освободившейся площади, уменьшит общее время получения сверхчистой воды из-за возможности применения оборудования большой производительности, водных магистралей большого диаметра.

Краткое описание чертежей

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа водоподготовки, представленного упрощенной схемой гидравлической функциональной на фиг. 1, где:

1 - бак-накопитель Б1;

2 - запорный клапан для выпуска газа из бака-накопителя Б1;

3 - распределительный узел;

4 - управляемая запорная арматура;

5 - насос подачи деионизованной воды;

6 - модули деионизации;

7 - бак-накопитель Б2;

8 - рабочий объем.

Стрелками показано направления движения воды, определяемые логикой работы управляемой запорной арматуры (4) в обвязке бака-накопителя Б1 (1) и системы водоподготовки в целом в режиме циркуляции воды через рабочие объемы (8) по водным магистралям. Предусмотренные фильтры, вакуумные водокольцевые насосы, другие установки для очистки воды, датчики, измерители удельного электрического сопротивления воды, линии дренажа и иная управляемая запорная арматура на фиг. не показаны.

На фиг. 2 для наглядности приведена обвязка бака-накопителя Б1 (1) объемом 40 м³ с распределительным узлом (3) и соответствующими узлами системы водоподготовки, где:

9 - крепления входной водной магистрали для бака-накопителя Б1 (1) в режиме циркуляции;

10 - входная водная магистраль для бака-накопителя Б1 в режиме циркуляции.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 и 2 представлен, выполненный из нержавеющей стати, бак-накопитель Б1 (1). На баке-накопителе В1 (1) в верхней части корпуса для выпуска газа предусмотрен запорный клапан (2), а на выходе нижней части корпуса - распределительный узел (3) с управляемой запорной арматурой (4). При этом запорный клапан (2) представляет собой кран шаровой тип 77 с электроприводом, распределительный узел (3) выполнен трубами, фитингами из материала ПВХ (поливинилхлорида), а в качестве управляемой запорной арматуры (4) выбраны затворы дисковые типа Z011A с электроприводами. Бак-накопитель Б1 (1) подсоединен к насосам деионизованной воды (5) типа Lowara e-SV, который соединен водными магистралями с рабочими объемами (8) через модули деионизации (6), представляющие собой модули электродеионизации типа ЭНЕРГО-ЭДИ-75-5/VNX-П-У. Рабочие объемы (8) - водозаполняемые резервуары ускорительных модулей электрофизической установки выполнены из нержавеющей стали. Бак-накопитель Б1 (1) и рабочие объемы (8) подсоединены к вакуумным водокольцевым насосам типа ВВН. Крепления и стойки (9) - из монтажной системы фирмы Hilti. Части водной магистрали (10), подходящие к бакам-накопителям сверху и снизу выполнены трубами, фитингами из материала ПВХ, которые склеены между собой клеем Tangit PVC-U, а их подсоединения к другим узлам произведены через фланцевые соединения.

Способ водоподготовки для заполнения рабочих объемов электрофизической установки реализуется следующим образом. Предварительно бак-накопитель Б1 (1) заполняется подготовленной водой, например, из установки обратного осмоса, входящей в систему очистки воды (на фиг. не показана). При включении насосов (5) и модулей деионизации (6) деионизованная вода поступает по напорной магистрали «Напор» в рабочие объемы (8), затем входная вода с газом из рабочих объемов (8), поступает в бак-накопитель Б1 (1) по обратной магистрали «Слив», включенный в контур циркуляции воды, сверху для обеспечения процесса дегазации и последующего сбора газа в верхней части бака-накопителя Б1 (1). После чего, с помощью запорного клапана (2), осуществляют стравливание образовавшегося газа. Вода без газа насосами (5) забирается из нижней части бака-накопителя Б1 (1), и попадает в модули деионизации (6) для поступления ее в рабочие объемы (8) по напорной магистрали «Напор», и возвращается по обратной магистрали «Слив» в бак-накопитель Б1 (1), замыкая контур циркуляции воды. Причем уровень забора воды должен быть ниже накопленной воды в баке-накопителе Б1 (1), что позволяет забирать воду насосами без воздуха. При этом управление потоками воды бака-накопителя Б1 (1) осуществляют управляемой запорной арматурой (4) распределительного узла (3). Вода циркулирует (чистится) до необходимого значения удельного электрического сопротивления воды во всех рабочих объемах (8) электрофизической установки, участвующих в режиме циркуляции воды. Процесс дегазации улучшают процессом вакуумирования бака-накопителя Б1 (1) и/или вакуумированием рабочих объемов (8) вакуумными водокольцевыми насосами, после окончания циркуляции воды.

С увеличением количества рабочих объемов необходим бак-накопитель Б2 (7), который выполнен и подключен как бак-накопитель Б1 (1).

На предприятии проведена конструкторская проработка и создана система, подтверждающая осуществимость представленного способа водоподготовки для заполнения всех рабочих объемов электрофизической установки водой с необходимым значением удельного электрического сопротивления в течение запланированного времени. Данное техническое решение позволило обеспечить безаварийное штатное функционирование насосов подачи деионизованной воды и системы водоподготовки установки в целом, а также упростило технологический процесс и/или сократило время и трудозатраты на систему водоподготовки.

Изобретение относится к системам водоподготовки и очистки воды для использования ее в качестве жидкого диэлектрика в ускорительных модулях электрофизической установки, в частности к технике отделения газа от потока сверхчистой воды. Способ включает накопление предварительно очищенной воды в баке-накопителе, организацию циркуляции воды посредством управляемой запорной арматуры в замкнутом контуре по водным магистралям, осуществляя дегазацию и деионизацию воды, поступающей из рабочих объемов. Подачу воды из рабочих объемов, по крайней мере, в один бак-накопитель, включенный в контур циркуляции воды, осуществляют сверху для обеспечения процесса дегазации и последующего сбора газа в верхней части бака-накопителя с дальнейшим стравливанием с помощью запорного клапана, установленного в корпусе бака-накопителя. Из нижней части бака-накопителя дегазированную воду откачивают насосами в модули деионизации для возвращения ее в рабочие объемы. Уровень забора воды в баке-накопителе размещен ниже накопленной воды в нем. Управление потоками воды бака-накопителя осуществляют управляемой запорной арматурой распределительного узла, размещенного на выходе нижней части бака-накопителя. Технический результат: упрощение и удешевление технологического процесса и/или сокращение времени и трудозатрат на систему водоподготовки с сохранением на выходе качества полученной деионизованной воды с требуемым удельным электрическим сопротивлением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ водоподготовки для заполнения рабочих объемов электрофизической установки, включающий накопление предварительно очищенной воды в баке-накопителе, организацию циркуляции воды посредством управляемой запорной арматуры в замкнутом контуре по водным магистралям, осуществляя дегазацию и деионизацию воды, поступающей из рабочих объемов, отличающийся тем, что подачу воды из рабочих объемов, по крайней мере, в один бак-накопитель, включенный в контур циркуляции воды, осуществляют сверху для обеспечения процесса дегазации и последующего сбора газа в верхней части бака-накопителя с дальнейшим стравливанием с помощью запорного клапана, установленного в корпусе бака-накопителя, при этом из нижней части бака-накопителя дегазированную воду откачивают насосами в модули деионизации для возвращения ее в рабочие объемы, причем уровень забора воды в баке-накопителе размещен ниже накопленной воды в нем, а управление потоками воды бака-накопителя осуществляют управляемой запорной арматурой распределительного узла, размещенного на выходе нижней части бака-накопителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что части водной магистрали, подходящей к баку-накопителю сверху и снизу, выполнены из материалов под клеевое соединение.