Предохранительное устройство Советский патент 1981 года по МПК F16K17/16 F16K47/00 F16L55/02 

(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаек€ое изобретение отвюсится к мембранным предохранительным устройсгвам, используемым для зашиты технологического оборудования от опасных перегрузог давлением, особенно в условиях возникновения гидразлического удара, в нефтяной, нефтеперерабатывающей и не4 технмической промышленности. Известно предохранительное устройство, содержащее разрушающуюся при заданном давлении мембрану, установленную на патрубке, сообщающем защищаемый аппарат со сбросной системой til. Известное устройство обладает тем недостатком, что часто повторяюагався гидравлические удары небольшой амплитуды и длительности снижают циклическую iq3O4иость мембран и приводят к преждевремен ному их разрущению при нормальном рабочем режиме. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что патрубок между мембраной и системой сброса содержит завесу из пузырь ков газа малого размера. Пузырьковая завеса содержит газ, нейтральный по отношению к рабочей среде. В патрубке может быть установлен распылитель, выполненный в виде диска или полукольца из пористого материала. Устройство может иметь выполненные в стенках патрубка отверстия, сообщенные с емкостью с нейтральным газом. Диаметр пор пористого материала и диаметр отверстий для ввода газа, образующего завесу, равен 0,9-1,0 диаметра пузырьков газовой завесы. Устройство может быть снабжено сборником пузырьков, выполненным в виде тонкостенной оболочки, например, конической или цилиндрической формы, полость которой сообщена через насос с независимой емкостью. На фиг. 1 изображена общая схема устройства; на фиг. 2-9 - различные варианты исполнения пористых распылителей; на фиг. 10 - устройство со сборником пузьфьков в виде тонкостенной оболочки. 366 Устройство содержит предохранительную мембрану 1, установленную в патрубке 2, сообщающим с защищаемой системой (аппаратом) 3 сборочный трубопровод 4 после срабатывания мембраны. В патрубке 2 установлен распылитель 5 иэ пористого материала, создающий пузырьковую завесу 6. Распылитель сообщен с I независимой емкостью 7, через редуктор 8 сообщена с источником давле ния 9, а через насос 10 - с полостью патрубка 2 у мембраны.. Трубка 11 подведена непосредственно под купол мембраны. Устройство MojiceT быть снабжено сборником пузырьков в виде тонкостенной оболочки 12. Устройство работает следующим o6piEiзом. При нормальном рабочем давлении в защищаемом аппарате 3 выходящий из распылителя 5 газ создает пузырьковую завесу 6. Пузырьки отрываются от поверхности пористого материала и распылителя и поднимаются до мембраны 1 . Скапливающийся газ насосом 10 малой производительности отсасывается через трубку 11 в независимую емкость 7. Заданное давление в этой емкости поддерживается с помощью редуктора 8 за счет источника давления 9 (баллона со схсатым газом). При возникновении гидравлического удара в защищаемом аппарате 3 ударная волна воздействует на предохранительную мембрану 1 и разрущает ее, освобож дая сечение патрубка 2 для сброса технологической среды из защищаемого аппа рата в сбросной трубопровод 4. Использование пузырьковой завесы растворимого газа, а также паров жидко фазы связано с тем, что в такой пузырь ковой среде при наложении давления име ет место куммулятивный эффект. Этот эф фект заключается в там, что в среде про исходит значительное повышение давлени причем амплитуда повыщения давления м жет превысить амплитуду наложенного да лекия на порядок или ёольше. Одним из физических объяснений этог явления является следующее. При наложении давления на смесь, для размеров пузырьков, удовлетворяющих условшо где Pg - амплитуда ударной волны до завесы |в жидкости) беэ пузырьков;Р - ПЛОТНОСТЬ жидкости; С - теплоемкость жидкости; -j(, - теплопроводность жидкости; RJJ - радиус пузырьков, узырьки схлопываются. Во время схлопыания, за счет работы давления пузырьки иобретают кинетическую энергию вследтвие радиального движения жидкости. А в омент схлопывания происходит сферичесий микро гидроудар. Приобретенная пуырьком при сжатии кинетическая i энерия переходит в потенциальную энергию жатия жидкости. Амплитуда увеличения авления при этом определяется по формуеdL(Pe-Po)P% -а Гс L - скорость звука жидкости без пузырьков; oL - объемная доля пузырьков; Рд - давление в защищаемой системе. Если пузырьковая газовая завеса содержит растворимый газ или пар жидкости, то радиус пузырьков лежит в интервале от 0,1 до 1 мм и определяется соотношениемV(,)() Суммарный объем пузырьков газовой завесы определяется из соотнощения (f--d., где V, - суммарный объем пузырьков газовой завесы; А - сечение патрубка; сА - ширина пузырьковой завесы в направлении воздействия гидроудара;t - объемная доля пузырьков, которая может изменяться преимущественно от 0,01 до О,05. Протяженность пузырьковой газовой завесы в направлении гидравлического удара, воздействукицего на мембрану, определяется соотношением , ао-йо При использовании растворимого газа для создания пузырьковой завесы газа (пара) предпочтительно осуществлять через отверстия в стенке патрубка со сверх{фитическим перепадом давления. При быстронарастающем фронте ударной волны (характерное время дарастания давления гораздо меньше времени срабатывания мембраны) пузырьковая завеса содержит газ, нерастворимый в рабочей среде защищаемой системы, при этом размеры пузырьков газа определяются из соотношения. Суммарный объем пузырьков опредепг ется F3 уравнения V А cL , где d лежит в интервале от 0,01 до 0,05, а протяженность пузырьковой газовой за-, весы в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, определяется из соотношения . Lf -dL{4-cL)J где Ро - давление перед ударной волной t - необходимое время нарастания давления во фронте ударной во ны, равное времени срабатыва:ния предохранительной мембраТехнико-экономический эффект от использования газовой завесы заключается в том, что благодаря повыщению чувствительности мембраны к гидроударам снижа ются требования к прочности и металлоемкости оборудования, ресурс их работы увеличивается. Формула изобретения 1. Предохранительное устройство, содержащее разрущающуюся при заданном давлении мембрану, установленную на пат рубке, сообщающем защищаемую систему со сбросной, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия срабатывания и чувствительности устройства патрубок между мембраной и защищаемым аппаратом содержит завесу из пузьфьков газа, нейтрального к рабоче среде, например, азота, при этом размер радиуса пузырьков определяется соотношением/аар о- ,43Г/ где Rn -радиус пузырьков иерастворимого газа; -объемная доля пузырьков газ которая .изменяется преимуще ственно в интервале О,010,О5, причем протяженность пузырько&ой завесы в направ лении гидравлического удара, воздействующего на мембрану определяется из соотнощения Ре -РО P.cL(l-d) где Pg - давление на (онте ударной ; волньг; PQ - давлсэние перед фронтом ударной волны; Р - плотность жидкости; f - допустимое время нарастания давления во фронте ударной волны в завесе, равное времени срабатывания предохранительного устройства. 2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что пузырьковая завеса содержит газ, раствсфимый в рабочей среде, защищаемого аппарата, например, углекислый газ, при этом радиус пузырьков газа определяется соотнощением - - /ср Ао: . / где Ц -радиус пузырьков растворимого газа/ -теплопроводность жидкой рабочей среды, C-sii - теплоемкость жидкости, а протяженность пузырьковой завесы в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, определяется со- отнощением: айо чгде d - объемная для пузырьков-растворимого газа, которая изменяется в интервале от О,О1 до 0,5. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л нающееся тем, что в патрубке пеед мембраной установлен распылитель аза, выполненный в виде диска для попуольца из пористого материала, который ообщен с независимой екжостью, содеращей газ под заданным давлением. 4.Устройство по пп. 1 и 2, о т п иающееся тем, что патру к зашщаемой емкости снабжен кожухсм, о&азующим с ним iftMiocTH наддува и поость приема газа, связанную через Вйое с независимой емкостью. 5.Устройство пп. 1-4, отпиаюшееся тем, что отверстия япя оры, через которые истекает газ, имет диаметр, равный 0,9-1,0 диаметра узырька газовой завесы. 6.Устройство по ш1,1-5, отлиающееся тем, что оно снабжено орником пузырьков, выполненным в вяде° тонкостенной оболочки конической вля цилиндрической формы, полость которой сообщена через насос с незавясимой емюстью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Put.S

Фи9.§

Фаг. 8