Дренажное устройство Советский патент 1981 года по МПК F23J11/00 

(54) ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО 1. Изобретение относится к машиностроению, преимущественно химическому нефтехимическому и криогенному, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где возникает необходимость дренажа (т.е. организованногр, упорядоченного сброса) больших количеств взрывоопасных, токсичных и других опасных газов (например водорода, метана, азота, кислорода, побочных продуктов химических производств), а также паров сжиженных криогенных продуктов (например жидких азота, кислорода, водорода, гелия и др.) в атмосферу. В зависимости от вида выбрасываемого газа для обеспечения безопасности современных промьшшенных объектов и предотвращения загрязнения окружающей среды в настоящее время используются разнообразные дренажные устройства, работа которых основана на принципах самопроизвольного рассеивания газов под действием атмосферной турбулентности, разбавления выбрасываемого опасного газа до предельно допустимых концентраций, сжигания выбрасываемого опасного газа, либо на их комбинации. Известны устройства для сброса газов, содержащие вертикально установленную дренажную трубу, по которой газ отводится на большую высоту и выбрасывается в атмосферу без дожигания либо с дожиганием, колпак, предназначенный для предотвращения загрязнения трубы от метеорологических осадков, песка,, пыли, либо огнепре- - , градитель, предназначенный для предотвращения проскока пламени внутрь трубы при малых расходах выбрасываемого горючего газа tl. Недостатком известных устройств. является существование очень больших факелов или зон опасных концентраций при выбросе с помощью них газов в атмосферу, соответственно, с дожиганием или без дожигания. Так, длина факела при выбросе водорода, метана и :других горючих газов составляет 220250 диаметров дренажной трубы при тур булентиом режиме выброса и может составлять при небольпшх диаметрах дренажных труб более 400 диаметром при ламинарных режимах выброса. Оценки длин зон опасных концентраций по известным закономерностям для случаев струйного выброса азота, кислорода и горючих газов без дожигания показыва ют, что длины зон опасных концентраций также могут достигать 200-400 диа метров дренажной трубы. Кроме того, при переменных расхо, .. i--- fr f-- . дах выбрасываемых газов указанные раф меры факелов и зон опасных концентраций становятся неконтролируемыми, что приводит к необходимости при назначении пожарных разрывов и безопасных расстояний ориентироваться на максииапьные значения указанных величин. Применение дренажных устройств подобного типа на современных промышленных объектах, где используются дренажные трубы диаметром до 400 мм и более, при водит к выборе безопасных расстояний к большим экономическим затратам, свя занным с нерациональным использовш1ием строительных площадей, а также расходами на проектирование и изготовление вспомогательных магистралей (трубопро водов, арматуры, каналов воздухозабора и т.п.). Известны также устройства зжекторного чипа, основанные на способе огра ничения зон опасных концентраций за счет разбавления струи выбрасываемого опасного газа нейтральным компонентом 2,. Недостаток подобных устройств состоит в необходимости запасов больших количеств нейтральных газов для разбавления выбрасываемых опасных газов. Наиболее близким к предлагаемому является ультракинематический диффузор, предназначенный для выброса водо рода с дожиганием. На конце вертикаль ной дренажной трубы диффузора укрепле на тарелка с центральным круглым отверстием, диаметр которого равен диаметру дренажной трубы. Тарелка может быть выполнена как плоской, так и в виде усеченного конуса с углом раствора от О до 360. Другим элементом, укрепленным на конце трубы,. является колпак в виде тела вращения. Колпак в нижней рабочей части имеет форму усеченного гиперболоида вращения, вер шина которого обращена к тарелке, при чем диаметр колпака равен или несколько превышает внутренний диаметр дренажной трубы и много меньше диаметра тарелки. В рабочем состоянии оба элемента устройства - тарелка и колпак - образуют с дренажной трубой сужающийся в виде конфузора кольцевой канал. Минимальный зазор в канале выбирается в зависимости от числа Маха истекающей струи водорода и до пустимых потерь давления. Для устойчивой работы устройства площадь наиболее узкой части кольцевого канала выбирается в 2 или более раз меньше -.- площади поперечного сечения дренажной трубы. В основу работы ультракинематического диффузора заложены 2 принципа: пространственное осесимметричное разделение потока и прилипание истекающего потока к Поверхности тарелки. Выбрасываемый газ на выходе из трубы распределяется по сужающемуся кольцевому каналу, ускоряется в нем до скоростей равных и более скорости звука И выбрасывается в виде горящего факела, при этом факел как бы прилипает к тарелке з. Основным недостатком указанного устройства является необходимость поддержания для устойчивой работы достаточно высокого избыточного давления в трубопроводах газосброса для обеспечения выброса заданного расхода газа через узкую щель с площадью поперечного сечения, в несколько раз меньшей площади поперечного сечения трубы. В случае же, если площадь поперечного сечения кольцевой щели в самом узком месте при рекомендованных в данном устройстве размерах холпака равна или превьш1ает площадь поперечного сечения трубы, длина факела и опасной зоны сравнимы с подобными длинами для устройств, описанных Bbmie. Кроме того. известное устройство не эффективно для случаев выброса низкотемпературных паров газов из испарителей и переохладителей, работающих при небольших избыточных давлениях (- 0,05 ати) , а также при выбросе больших количеств газов из магистралей низкого давления. Устройство не защищено от воздействия атмосферных осадков, а при угле тарелки i180° возможно прямое попадание влаги, снега, песка и пыли в дренажную трубу. Применение в устройстве нижней тарелки, диаметр которой значительно превышает диаметр центрального тела вращения в виде колпака, увеличивает размеры зон опасных концентраций и пламени, поскольку смешение и разбавление турбу лентной струи на выходе из щели до момента срыва с тарелки происходит только со стороны, противоположной е Цель изобретения - сокращение зон опасных концентраций и размеров факелов горючих газов. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем вертикальную трубу с укрепленными на ней тарелкой с отверстием, равным диаметру трубы, и колпаком в виде тела вра щения, установленном с зазором относительно торца трубы и соосно с ней, Колпак выполнен в виде полого усеченного прямого конуса, обращенного бол шим основанием к тарелке, причем диа метр этого основания равен наружному диаметру тарелки, а зазор между кону сом и тарелкой в периферийной зоне о ределяется соотношением сЛ, . где а ) - величина зазора между большим основанием усеченного к нуса и тарелкой в периферий ной зоне; Л - величина зазора между меньшим основанием усеченного к нуса и тарелкой; D - диаметр большого основания конуса; d - внутренний диаметр дренажно трубы. Кроме того, устройство снабжено турбулизирукнцим элементом, выполненным в виде кольцевой решетки, устано ленным между тарелкой и усеченным ко нусом. На чертеже изображено дренажное устройство, общий вид, Дренажное устройство состоит из нижней тарелки 1 и верхнего полого усеченного прямого кругового конуса концентрически расположенных и закре ленных на дренажной трубе 4, Между тарелкой и усеченным конусом по .всем периметру размещен турбулизируниций элемент 3, выполненный в виде решет:: й, закрепленной на тарелке. Усеченный конус устанавливается над тарелкой с зазорами о. и , выбранными из условия равенства площадей сечени «дренажной трубы и кольцевой щели в концентрических сечениях между тарел кой и конусом на входе в кольцевое пространство и выходе из него. При размерах щели (Л), Задаваемой приведенным соотношением, обеспечивается минимально допустимое избыточное давление в магистрали. Величина диаметра нижней тарелки выбирается исходя из требуемого ютнимального размера длины факела или зоны опасных концентраций, которые имеют место выброса газа через кольцевую щель в развитом турбулентном режиме истечения. Устройство работает следующим образом. Выбрасываемый газ по дренажной трубе 4 попадает в кольцевое пространство между тарелкой 1 и конусом 2, где меняет свое направление на 90 и, проходя через решетку 3 и кольцевую щель fl, на выходе из устройства, выбрасывается наружу турбулизированным потоком. При необходимости дожигания горючего газа он поджигается одним из известных устройств. Предлагаемое устройство Отличается простотой и надежностью в условиях эксплуатации. - Оно пригодно для выброса любых газов и их паров из коммуникаций с любым заданным избыточным давлением как с дожиганием, так и без дожигания, обеспечивает минимальные безопасные расстояния от объекта сброса, независящие от расхода газа, защищает окружающую среду от вредного воздействия выбрасываемых продуктов. Анализ геометрических соотношений размеров факела, образующегося при выбросе из трубы круглого сечения и из предлагаемого устройства, и результаты испытаний показывают, что применение дренажного устройства позвогт ляет уменьшить размер опасной зоны в 3-5 раз при соотношении Формула изобретения 1. Дренажное устройство для выброса токсичных или опасных газов и паров сжиженных криогенных продуктов, содержащее вертикальную трубу с укрепленными на ней тарелкой с отверстием, равным диаметру трубы, и колпаком в виде тела вращения, установленным с зазором относительно торца трубы и соосно с ней, отличающеес я тем, что, с целью сокращения зон опасных концентраций и размеров факелов горючих газов, колпак выполнен в виде полого усеченного прямого конуса, обращенного большим основанием к тарелке, причем диаметр основания равен наружному диаметру тарелки, а зазор между конусом и тарелкой в периферийной зоне определяется соотношением .

.l|где величина, зазора между большим основанием усеченного конуса и тарелкой в периферийной зоне;

с авеличина зазора между меньшим основанием усеченного конуса и тарелкой; диаметр большого основания

D конуса;

о1 - внутренний диаметр трубы, 2. Устройство по п. 1, отличаю ш е е с я тем, что, оно снабжено турбулизирующим элементом в виде кольцевой решетки, установленным между, тарелкой и усеченным конусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Баев В. К., Ясаков В. А. Физика горения и взрыва. 1974, с. 835.

2. Заявка ФРГ № 1900763, кл. 81 с 139, опублик. 1969.

3. Исследование условий сокращения безопасных расстояний при дренаже водорода. Отчет ГИПХ № 1775, 1975.