Дегазатор для гидрогазосъемки Советский патент 1990 года по МПК G01V9/02 

Изобретение относится к устройствам для извлечения из жидкостей растворенных, газов, может быть использо- ванс для определения исходного газо- содсржания жидкости по результатам анагиза газовых смесей, и является ycoi ершенствованием устройства по авт,св. -СССР № 807193.

Цель изобретения - повышение его точности за счет стабилизации объема циркулирующей в нем газовой фазы и производительности за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при ее . естественной убыли в условиях моною

тонного снижения общего газосодержания дегазируемой воды.

Предлах-аемын дегазатор относится к дегазаторам контурного типа, в ре

. альных конструкциях которых обеспечивается наибольшая стабильность давления в дегазационной камере, что необходимо для , повышения точности га- зотермии жвдкостей. Поэтому при наступлении фазового равновесия по мольным долям всех газовых компонентов-, находящихся в свободном и раст воре.нном состоянии, текущий объем

10

существенно более высокую стабильность давления газовой фазы в сравн нии с известным дегазатором. Соотве ственно достигается и более высокая инструментальная точность газометри

воды.

На фиг. 1 представлена схема дегазатора, снабженного компенсационн камерой; на фиг; 2 - вертикальное с чение компенсационной камеры.

На фиг. 1 и 2 заполненные водой полости выделены штрихами, направле потоков воды показано односторонним

воре.шюм -;:- . стрелками, направления реверсивных циркулирующей газовой фазы определя 15 ДВУСТОРОННИМИ. Пунк

ется главным образом текущим суммар- ijbiM газосодержанием дегазируемой воды. Следовательно, постоянство обтЬема циркулирующей газовой фазы сохраняется до тех пор, пока не изменится 20 cyMi-iapHoe газо содержание дегазируемой воды; с его увеличением пропорционально увеличится объем, и наоборот. Однако инструментальная точность газо- метрии воды остается неизменной, по- 25 скольку она не зависит от абсолютной величины объема циркулирующей газовой фазы. Это означает, что, если с помощью какого-либо приспособления, не изменяя давления в дегазационной зО камере, удалить из последней часть газа либо добавить любоеколичество газовой смеси идентичного компонентного состава, показания газового анализатора не изменяются. Компенсационная камера является именно таким приспособлением, принцип действия которого основан на выравнивании давления по обе стороны перегородки путем перепуска через имеющиеся в последней автоматические клапаны требуемого количества.газа в нужном направлении. При этом роль заслонки в клапане выполняет пленка стекающей по перегородке воды, а роль сопла - 45 отверстия в перегородке. В зависимости от количества газа, требуемого для выравнивания давления, одновременно могут открываться за счет прорыва пленки воды одно, несколько 50 или все имеющиеся в той или иной не- . регородке отверстия. После выравнивания давления движущаяся пленка вода немедленно закрывает ставшие ненужными отверстия. Поскольку для раз- . рыва пленки воды над отверстием требуется весьма незначительный перепад давлений, заявляемый дегазатор, снаб- женньш компенсационной камерой, имеет

35

40

потоков газа - двусторонними. Пунк тиром показано условное направлени ниспадающих струй воды.

Компенсационная камера 1 при по :щи газовой 2 и водяной 3 трубок со динена соответственно с внутренним 4 и наружным 5 сосудами дегазатора Во внутреннем сосуде размещены патрубок 6 для подвода дегазируемо воды с рассекателем 7 потока и аэр тор 8 с патрубком 9 для подвода га а в верхней части этого сосуда име ся патрубок 10 для отвода газа. Ве няя часть наружного сосуда дегазат имеет лабиринтную камеру 11 с газо водной трубкой 12. При-помощи всас вающего 13 и напорного 14 газопров дов дегазатор соединен с газовым к рессором 15 и газовым анализатором 16. Дегазатор установлен в сосуде с патрубком 18 слива воды, раковин На фиг. 2 представлена компенсацио ная камера, которая имеет корпус с расположенными в его верхней час газовым 20 и водяным 21 патрубками Внутри корпуса размещены перегород 22, снабженные патрубками 23, а та перегородки 24, снабженные юбками Конусообразные поверхности всех у мянутых перегородок имеют перфора онные отверстия 26. Взаимное расп жение перегородок образуют череду еся лабиринтные полости 27 и поло

28орошения. Перегородки, снабжен юбками, прикреплены к корпусу кам

29стержнями.

Дегазатор работает следующим о разом.

Первоначально весь внутренний ем устройства, включая соединител линии, заполнен атмосферным возд хом. При подаче дегазируемой воды водозаборного устройства в патруб 6 через рассекатель 7 вода в виде

существенно более высокую стабильность давления газовой фазы в сравнении с известным дегазатором. Соответственно достигается и более высокая инструментальная точность газометрии

воды.

На фиг. 1 представлена схема дегазатора, снабженного компенсационной камерой; на фиг; 2 - вертикальное сечение компенсационной камеры.

На фиг. 1 и 2 заполненные водой полости выделены штрихами, направление потоков воды показано односторонними

стрелками, направления реверсивных ДВУСТОРОННИМИ. Пунк

стрелками, направления реверсивных ДВУСТОРОННИМИ. Пунк

О 45 50 . .

5

0

потоков газа - двусторонними. Пунк тиром показано условное направление ниспадающих струй воды.

Компенсационная камера 1 при помо- :щи газовой 2 и водяной 3 трубок соединена соответственно с внутренним 4 и наружным 5 сосудами дегазатора. Во внутреннем сосуде размещены патрубок 6 для подвода дегазируемой воды с рассекателем 7 потока и аэратор 8 с патрубком 9 для подвода газа, а в верхней части этого сосуда имеется патрубок 10 для отвода газа. Верхняя часть наружного сосуда дегазатора имеет лабиринтную камеру 11 с газоотводной трубкой 12. При-помощи всасывающего 13 и напорного 14 газопроводов дегазатор соединен с газовым компрессором 15 и газовым анализатором 16. Дегазатор установлен в сосуде 17 с патрубком 18 слива воды, раковине. На фиг. 2 представлена компенсационная камера, которая имеет корпус 19 с расположенными в его верхней части газовым 20 и водяным 21 патрубками. Внутри корпуса размещены перегородки 22, снабженные патрубками 23, а также перегородки 24, снабженные юбками 25. Конусообразные поверхности всех упомянутых перегородок имеют перфорационные отверстия 26. Взаимное расположение перегородок образуют чередующиеся лабиринтные полости 27 и полости

28орошения. Перегородки, снабженные юбками, прикреплены к корпусу камеры

29стержнями.

Дегазатор работает следующим образом.

Первоначально весь внутренний объем устройства, включая соединительные линии, заполнен атмосферным воздухом. При подаче дегазируемой воды от водозаборного устройства в патрубок 6 через рассекатель 7 вода в виде

3 1

объе 4

верх

поел;

сосу I

ся

что

лена

суда

ступ1ет

нечетной

тонк

повеЬхность

ре го юдки

няет

над

тонкрх струй заполняет внутренний

, пока ее уровень не достигнет верхней кромки наружного сосуда 5,

г чего она свободно переливается 17 и через патрубок 18 удаляет борт. При. этом благодаря тому сомпенсационная камера 1 установ ниже верхней кромки наружного с 5, часть воды из последнего по-

.через водяную трубку 3 в. во- дяноi патрубок 21, заполняя самую верх пою полость камеры. Через перфор ционрые отверстия 26 самой верхней

перегородки 22 вода в виде ях струй омывает конусообразную

нижележащей (четной) пе- 24, стекает по ней, запол- нижележащую лабиринтную полость ечетной перегородкой, через ее перфррадионные отверстия 26 в виде : же струй омывает поверхность дной четной перегородки и т.д., в виде тонких струй из послед- самой нижней нечетной перего- не изливается в сосуд 1 7. Расход через компенсационную камеру 1 lie настройке подобран, таким, что п:)и заданной геометрии (диаметре ко41ичестве отверстий 26 в нечетных ородках 22, суммарной высоте от нижн кромки до вершины патрубка 23 воды переливалась через кромку бка 23, однако не перекрывала )стью все его живое сечение. Петаким образом вода исте в виде водяной трубки (прак- стенки такой трубки могут и не сплошными, соблюдение уссплОшности не обязательно), ующаяся на наружной конусообраз йоверхности перегородок 24 сплош гленка стекающей воды благодаря

поверхностного натяжения пере- ет перфорационные отверстия 26. Перекрытие всех отверстий обеспечиватем, что утонишение снизу вверх пленНи воды, первоначально о бразовав вблизи вершины четных перего- 24 от падающей на них трубки компенсируется стекающими стру число которых на каждом горизонтальном срезе конуса также увеличиблагодаря равномерному распре делеЦию отверстий 26 на нечетных пе22. Направление ниспада- струй и трубок воды показано н

2) пунктирными линиями. Таким ом, между нечетными 22 и четнытаки:очер пока ней,

родки

воды

при

бы

и

пере

нижн

часть

патр;

полн

релинающаяся

кает

тиче

быть

ловия

Обра

ной

ная

cилa

крыв

Пере

ется

плен:

шейс}

РОДО ВОДЫ)

ями

тал

ваетйя

делер И1

переюдках

ющих

(фиг.

обраг

15

20

в - ю

-

608609

ми 24 перегородками компенсационной камеры образуются чередующиеся лабиринтные полости 29 (заполненные водой) и полости 28 орошения Спро- низываемые струями воды). При этом лабиринт в полостях 27, образованный перекрывающимися по высоте стенками патрубков 23 и юбок 25 необходим для того, чтобы не допустить осушения нижних кромок четных перегородок 24 при отклонении оси компенсационной камеры 1 от вертикали в условиях качки судна, т.е. избежать прямого перетока газа, минуя перфорационные отверстия 26 этих перегородок.

После включения газового компрессора 15 сжатый в нем воздух через напорный газопровод 14 и патрубок 9 для подвода газа поступает в аэратор 8, с наружной поверхности которого отделяются и всплывают пузырьки воздуха, пронизывая встречный поток дегазируемой воды во внутреннем сосуде 4. 25 Достигнув поверхности воды (точнее, водогазовой эмульсии), пузырьки разрушаются и скапливаются в верхней части сосуда 4 в виде свободной газовой фазы, пронизанной ниспадающими струями воды. Далее газ через патрубок 10 для отвода газа и всасывающийся газопровод 13 снова поступает в газовый компрессор 15 и таким образом циркулирует по замкнутому кон1-уру. На пути от аэратора 8 к патрубку 10 первоначальный воздух, контактируя сначала с водой поверхностью своих пузырьков в нижней части сосуда 4, а затем с поверхностью водяных струй в верхней части этого сосуда, постепенно превращается в смесь газов, все компоненты которой, в соответствии с законом Генри находятся в фазовом равновесии с растворенными в воде газами. Аналогичный процесс превращения первоначального воздуха в га- зОвую смесь с равновесными концентрациями компонентов относительно растворенных в воде газов одновременно происходит в полостях орошения 28 компенсационной камеры 1. Этому способствует контакт воздуха со струями и брызгахми воды, а также с движущейся пленкой на поверхности перегородок 24. .Фазовое равновесие сначала устанавливается в самой верхней полости

30

35

40

45

50

55

орошения, а когда пронизывающие ее струи воды перестают участвовать в газообмене между фазами, равновесие

последовательно устанавливается но всех нижележащих полостях. Полости орошения изолированы друг от друга стенками перегородок 22 и 2А, водой в лабиринтных полостях 27 и сплошной пленкой воды, перекрывающей перфорационные отверстия 26 на четных перегородках 24. В случае наличия перепада давления над и под перего- родками 24, достаточного для преодоления сил поверхностного натяжения воды; пленка над одним, несколькими или всеми отверстиями разрушается для пропуска вверх либо вниз порции газа, потребной для снижения упомянутого перепада давлений.

При проведении гидрогазосъемки воз можны три ситуации.

В первой из них суммарное газосо- держание дегазируемой Боды (т-,е. общее количество растворенных газов) в процессе гидрогазосъемки остается неизменным либо флюктуирует с небольшими отклонениями от среднего. Если амплитуда, знак и продолжительность таких флуктуации сопровождаются со- ответствующими флуктуациями уровня газоводяиой эмульсии во внутреннем сосуде 4 дегазато ра, которые приво- дят к флзоктуациям перепада давления в упомянутом сосуде относительно атмосферного давления меньшим, чем это необходимо для разрыва пленки воды над отверстиями 26 перегородок 24, то движение газовой смеси через газовую трубку 2 отсутствует, и работа предлагаемого дегазатора происходит без участия компенсационной камеры, хотя в ее полостях при изменении концент- рации какого-либо из газовых микрокомпонентов продолжает вырабатыватьс газовая смесь соответствующего состава.

Во второй ситуации в процессе гид росъемки суммарное газосодержание газируемой воды монотонно возрастает В соответствии с законом Генри также возрастает количество циркулирующей через дегазатор газовой фазы (за счет возрастания количества перманенных газов), уровень газоводяной эмульсии во внутреннем сосуде 4 де газатора начинает понижаться, в дав шние - возрастать. Через газовую трубку 2 давление газа передается в самую верхнюю полость компенсационн камеры, прогибая вниз пленку воды н перфорационными отверстиями 26 пере

Q15

jo 25зО Q я- . нт- ой ад 8

городки 24 до тех пор, пока на одном или нескольких отверстиях не произойдет разрыв пленки и порция газа не перейдет в нижележащую полость орошения. Процесс повторяется до тех пор, пока излишки газа не выйдут в атмосферу через открытый снизу корпус 19 в компенсационной камере. При этом на каждой перегородке осколки разорванной пленки в виде капель воды свободно падают вниз, не нарущая ход описанного процесса.

В третьей ситуации, являющейся антиподом второй, при понижении давления во внутреннем сосуде дегазатора давление в самой верхней полости компенсационной камеры понижается относительно нижележащей полости, пока это не приведет к разрыву пленки воды над одним или несколькими отверстиями перегородки, вверх перетекает необходимая порция газа, которая пополняет объем циркулирующей в дегазаторе газовой фазы, ,а в компенсационной камере происходит последова- тельньш перепуск порций газа из полости в полость также снизу вверх. В самую нижнюю полость- засасывается атмосферньй воздух, который на своем пути через струи воды-и через пленку на отверстиях перегородки будет превращаться в газовую смесь с равновесными (относительно растворенных в воде газов) концентрациями компонентов. При каждом акте разрыва пленки воды ее осколки в виде брызг подбрасываются вверх, а затем падают вниз на ненарушенную пленку воды, совершенно не нарушая протекание описанных процессов .

В случае качки судна, сопровождающейся периодическими отклонениями оси дегазатора от вертикали, работа устройства существенно не изменяется. Благодаря коаксиальному расположению внутреннего 4 и наружного .5 сосудов средний уровень водогазовой эмульсии и воды в них остается неизменным. Применение ступенчатого сужения верхних частей обоих сосудов позволяет снизить массы воды вблизи раздела фаз, вследствие чего динамические колебания высот столбов жидкостей фазы под действием инерционных сил невелики и не оказывают существенного влияния на установившийся процесс дегазации. В компенсационной камере благодаря конусообразной форме перегородок 24.

на них сохраняется сплишность по рьшаю1цей водяной пленки. Взаимное пе закрытие по вертикали патрубков 23 и юбок 25 предотвращает сквозные прзтечки газа (минуя отверстия 26 в перегородках 24) из одной полости в другую. Лабиринт, образованный юбками и патрубками, способствует гашению колебаний воды в соответствующих полостях и снижает динамические колебания уровня воды в них.

Таким образом во всех рассмотрен- ньх ситуациях предлагаемый дегазатор Д1Я гродрогазосъемки обеспечивает по- С10ЯНСТВО объема циркулирующей в нем ггзовой -фазы, способствует повьшдению точности гидрогазосъемки и ее произ- всдительности за счет исключения потерь времени на периодическое пополнение естественной убыли этой фазы. В условиях монотонного снижения суммарного газосодержания дегазирующей

веды.

В результате макетных испытаний ус тройства определены следующие оптимальные соотношения: внутренних ди- анетров корпуса 19 компенсационной- клмеры и верхней части внутреннего сосуда 4 О,8...1,2; высот корпуса 19 и расширенной части наружного сосуда 5 О,5...О,8; диаметра отверстий 26 и толщины стенки перегородки 24 3...8; в 1утренних диаметров корпуса 19 и П1трубков 23 3...5; половинного угла кэнусности перегородок 22 и 24 и предельного угла крена 1,5:1; расходов дэгазируемой воды и через компенсаци камеру 4...10. Установлено, ч го для эффективной работы компенса- ционной камеры достаточно наличия-в ней пяти полостей (т.е. трех лабиринных, считая самую верхнюю, и двух полостей орошения). Однако упомянуты оптимальные соотношения позволяют увеличить число этих полостей до сем к даже до одиннадцати, что может пот

0

5

др д

0

5

30

35

ребоваться при создании конструкций прецизионных дегазаторов.

Формула изобретения

Дегазатор для гидрогазосъемки по авт.св. № 807193, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности за счет стабилизации объема циркулирующей в дегазаторе газовой фазы и производительности за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при монотонном снижении общего газосодержания дегазируемой воды, он снабжен компенсационной камерой, выполненной в виде вертикально открытого снизу сосуда с расположенными в его верхней части газовым и водяным патрубками, которые присоединены соответственно к внутреннему и наружному сосудам дегазатора, камера разделена поперечными конусообразными, установленными вершинами вверх перегородками, образующ1 ми чередующиеся осевые и периферийные каналы с лабиринтными полостями и полостями орошения, при этом каждая из нечетных перегородок, включая первую и последнюю, нижними кромками прилегает к стенкам камеры и имеет при вершине осевое отверстие с направленным вверх патрубком, а нижняя часть каждой четной перегородки, прикрепленной, к корпусу одним или более стержнями, выполнена в виде цилиндрической юб-- ки, образующей со стенками камеры, конусоо-бразной поверхностью и патрубком нижележащей нечетной перегородки, кольцевые и торцовый зазоры равного сечения, причем конусообразные части всех перегородок перфорированы, а упомянутые патрубки и юбки перегородок в лабиринтных полостях обеспечивают взаимное перекрытие по вертикали при кренах в условиях качки.

78

{

5 27

xv 1

l.r

IT I

и I

::/ i4VE

-/ , , /XJ

hxN.VVv/ /Ч l/x M

/

7

- - - -. 111

27

/

/

xv 1

l.r

IT I

и I

::/ i4VE

/XJ

/Ч M

/

Изобретение относится к устройствам для извлечения растворенных в жидкостях газов и может быть использовано для определения газосодержания жидкости по результатам анализа полученных газовых смесей. Цель изобретения - повышение точности гидрогазосъемки за счет стабилизации объема циркулирующей в дегазаторе газовой фазы и производительности дегазатора за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при монотонном снижении общего газосодержания дегазируемой воды. Дегазатор снабжен компенсационной камерой, синхронно вырабатывающей из атмосферного воздуха газовую смесь близкого к циркулирующей газовой фазе компонентного состава. Компенсационная камера в зависимости от величины и знака отклонения от номинального давления в дегазационной камере изолирует последнюю от атмосферы и либо сбрасывает из нее излишки газа в атмосферу в условиях монотонного увеличения суммарного газосодержания дегазируемой воды, либо восполняет дефицит объема циркулирующей газовой фазы (в альтернативной ситуации). Для этого компенсационная камера выполнена в виде вертикального открытого снизу сосуда с перегородками, образующими чередующиеся, заполненные водой лабиринтные полости и заполненные газом полости орошения. В последних стекающая по поверхности перфорационных перегородок сплошная пленка воды выполняет роль лепестков автоматических клапанов, которые, при наличии перепада давления газа над и под перегородками, разрываются для пропускания вверх или вниз требуемых для выравнивания давления порций газа. Вода в компенсационную камеру подается из наружного сосуда дегазатора. 2 ил.