Подводный дегазатор Советский патент 1981 года по МПК G01V9/00 

(54) ПОДВОДНЫЙ ДЕГАЗАТОР

Изобретение относится к отбора проб газа из жидкости и предназначено для проведения геохимически поисков полезных ископаег-шк на шельфах морей и океанов, например, для поисковых работ на нефтегазовые мес.торождения, но может быть использовано и в других областях техники, например, для проведения газового каротажа нефтяных и газовых сквазкин, в том числе и вертикального. i Известен дегазатор, содержащий натнетательный и приемный газопроводы, дегазационную емкость с газоприемной камерой и подвод для исследуемой жидкости, причем приемный газопровод под соединен к верхней части газоприемной камеры. Дегазационная емкость вьшолнена герметичной, подвод для исследуемой жидкости выполнен в виде трубопровода, нижний конец которого, размещен на уровне информатлвного слоя, а верхний конец подсоединен к дегазационной емкости. Нагнетательный газопровод через .нижний торец дегазационной емкости также соединен с последней. В нижнем же торце дегазационной емкости закреплен патрубок для слива отдегазированной жидкости. Подаваемая по нагнетательному газопроводу газовоздушная смесь рассеивается кольцевым аэратором на мелкие пузырьки, пронизывающие исследуемую жидкость. Пузырьки обогащаются при своем всплытии газами, растворенными в исследуемой жидкости, и переходят на поверхности жидкости в свободный газ, собираясь в газоприемной камере, из которой они поступают в приемный газопровод 13. Недостатком этого дегазатора является невозможность отбора им газа из исследуемой жидкости на уровне информативного слоя, что требует перекачки всей массы исследуемой жидкости на борт исследовательского судна. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является подводныи дегазатор, содержащий нагнетательный и приемный газопроводы, дегазационную емкость с газоприемной камерой и подвод для исследуемой жидкости, причем приемный газопровод подсоединен к верхней части газоприемной камеры. Нагнетательный газопровод связан с аэратором из эластичной резины с микроотверстиями, при чем аэратор и газоприемная камера разнесены друг относительно друга по длине дегазационной емкости дегазатора, выполненной открытой с обеих торцов, образуя подвод для исследуемой жидкости. Сама дегазационная емкость расположена горизонтально. При подаче сжатого газа из нагнетательного газопровода в аэратор, газ выходя из михроотверстий аэратора в виде мельчайших пузырьков, пронизывает находящуюся в дегазационной емкости исследуемую жидкость, обогащаясь газами, pacTBOpenHbnviH в исследуемой жидкости. При этом пузырьки увеличиваются в объеме и, всплывая, превращаются в в свободный газ, попадающий в газоприемную камеру, а затем в приемный газопровод 2.

Недостатком известного дегазатора является малое количество газа, извлекаемого из единицы объема исследуемой жидкости на уровне информативного слоя, присущий всем дегазаторам аэрационного типа. Кроме того, цедостатком известного дегазатора является необходимость строгого выдерживания скорости перемещения дегазатора, так как при увеличении скорости перемещения дегазатора относительно жидкости извлекаемый из жидкости газ будет увлекаться потоком жидкости за пределы дегазатора; снижение же скорости движения дегазатора в жидкости меньше оптимальной приводит к снижению и без того малого количества газа, извлекаемого из единицы объема жидкости.

Цель изобретения - повышение степени извлечения растворенного в исследуемой жидкости газа.

Поставленная цель достигается тем, что известный подводный дегазатор, содержащий нагнетательный и приемный газопроводы, дегазационную емкость с газоприемной камерой, расположенной в верхней части дегазационной емкости, и подвод для исследуемой жидкости, дополнительно содержит два запорных органа и средство управления ими, подвод для исследуемой

жидкости расположен в нижней -части дегазационной емкости, а каждый газопровод подсоединен к дегазационной емкости через запорный орган. Дегазационная емкость может быть выполнена в виде вертикального цилиндра с днищем, в котором расположен подвод для исследуемой жидкости. Днище может быть вьтолнено подO вижным. Подвижное днище может быть выполнено откидным.

Подвижное днище может быть выполнено в виде поршня, а боковая поверхность дегазационной емкости может

5 быть снабжена окнами для выброса отдегазированной жидкости.

Подвод для исследуемой жидкости может быть выполнен в виДе патрубка, конец которого, расположенный внутри

дегазационной емкости, приподнят над подвижным днищем.

Днище со стороны внутренней полости дегазационной емкости может быть вьтолнено вогнутым.

5 Днище со стороны внутренней полости дегазационной емкости может быть выполнено выпуклым.

Над подводом для исследуемой жидкости может быть установлен отбойнораспылительный элемент, а площадь окон для выброса отдегазированной жидкости может быть выполнена регулируемой .

Сущность предложенного .технического решения состоит в том, что при jведенная совокупность признаков обес(печивает резкое приложение к газу, растворенному в жидкости на уровне исследуемогр слоя, при вводе исследуемой жидкости в дегазационную емкость, давления, отрицательного по отнощению к естественному давлению газа в жидкости, что приводит к интенсивному вьщелению газа из исследуемой жидкости при поступлении последней в дегазационную емкость. Введение в известный дегазатор двух запорных органов со средством для управления ими и подсоединение каждого газопровода к дегазационной емкости через запорный орган необходимо для создания в дегазационной емкости отрицательного перепада давления для извлечения газа, растворенного в жидкости, и положительного перепада давления для удаления из дегазационной емкости отдегазированной жидкости. Расположение подвода для исследуемой жидкости в нижней части дегазационной емкости необходимо как для соединения условий для извлечения газа из исследуемой жидкости, так и для полного удаления из дегазационной емкости отдегазированной жидкости. Вьтолнение дегазационной емкости в виде вертикального цилиндра с днищем, в котором расположен подвод для исследуемой жидкости, позволяет за счет уменьшения поперечного сечения подвода для исследуемой жидкости регули ровать время извлечения газа из исследуемой жидкости и производить извлечение газа из жидкостей с разной вязкостью. Выполнение днш:1а подвижным позволяет сократить время выброса отдегазированной лсидкости по отношению к времени извлечения газа из жидкости. Вьшолнение подвода для исследуемой жидкости в виде патрубка, конец которого, расположенный внутри дегазационной емкости, приподнят над подвижным днищем, позволяет создать одинаковые условия для извлечения газа из всех порций исследуемой жидкости, поступающей в дегазационную емкость. Выполнение поверхности днищ выпуклыми или вогнутыми необходимо для наиболее полного удаления из дегазационной емкости отдегазированной ;сидкости. Установка в дегазационной емкости отбойно-распьшительного элемента необходима как для предупреждения попадания исследуемой жидкости в приемный газопровод, так и для увеличения степени извлечения газа в исследуемой жидкости путем дробления ее. Вьшолнение площади окон для выбр са отдегазированной жидкости регулир емой необходимо для регулирования в време1Ш удаления отдегазированной жи кости из дегазационной емкости. Приведенная совокупность признако достаточна для повьшения степени изв чения растворенного в исследуемой жи кости газа. На фиг. 1 представлен подводный д газатор с дегазационной емкостью сфе ческой формы в момент окончания отбо проб газа из исследуемой жидкости; н фиг. 2 - то же в момент вытеснения отдегазированной жидкости из дегазац онной емкости; на фиг. 3 - то же, но при полном вытеснении отдегазированной жи|),кости из дегазационной емкост на фиг. 4 - то же, в момент начала о бора проб газа из жидкости; на фиг. 74 подводный дегазатор с дегазационной емкостью в виде вертикального цили1адра с подвижным откидным днищем в закрытом состоянии; на фиг. 6 - то же, с откидным днищем в открытом состоянии; на фиг. 7 - то же, с дегазационной емкостью в виде вертикального цилиндра с подвижным в виде поршня, в момент начала удаления отдегазированной жидкости из дегазационной емкости; на фиг. 8 - то же, в момент окончания удаления отдегазированной жидкости из дегазационной емкости; на фиг. 9то же, в начале отбора проб газа из исследуемой жидкости; на фиг. 10 - то же, в конце отбора пррб газа из жидкости; на фиг. 11 - подводный дегазатор с подвижным поршнем, в котором подводдля исследуемой жидкости выполнен в виде наклонных отверстий в патрубке, в процессе извлечения проб газа из исследуемой жидкости; нл фиг. 12 - то же, но в процессе удаления отдегазированной жидкости из дегазационной емкости; на фиг. 13 подводный дегазатор с механическим средством управления запорными органами в момент начала удаления отдегазированной жидкости из дегазационной емкости; на фиг. 14 - то же, в процессе удаления отдегазированной жидкости из дегазационной емкости; на фиг. 15 - то же, в начале процесса отбора проб газа из исследуемой жидкости; на фиг. 16 - -то же, в конце отбора пррб газа из исследуемой жидкости. Подводный дегазатор (фиг. 1-4) состоит из нагнетательного 1 и приемного 2 газопроводов, дегазационной емкости 3 сферической формы с газоприемной камерой 4, расположенной в верхней части дегазационной емкости. В нижней части дегазационной емкости расположен подвод 5 для исследуемой жидкости, вьтолненный в виде отверстия в днище сферы. Нагнетательный газопровод подсоединен к дегазационной емкости через запорный орган 6, а - через запорный орган 7; запорные органы соединены со средством для управления ими (не показано). Внутри дегазационной емкости размещен отбойно-распьитательный элемент 8, вьтолненный з сечении в данном случае треугольной формы. Запорные органы в предложенном варианте исполнения могут быть выполнень1, например, в виде электромагнитиых клапанов, подключенных к соответ ствующей электрической схеме для поочередного управления ими.

Изображенный на фиг. 1-4 подводный дегазатор работает следующим образом.

В момент, соответствующий окончанию процесса извлечения газа из исследуемой жидкости, запорный орган приемного 2 газопровода переводится при помощи средства управления (не показано) в положение закрыто ; при этом запорный орган 6 нагнетательного 1 газопровода также находится Е положении закрыто. Затем средство управления переводит запорный орган 6 нагнетательного газопровода 1 в положение открыто, и газ, поступающий под давлением из нагнетательного газопровода 1, начинает вытеснять через отверстие 5 отдегазированную жидкость из дегазационной емкости 3 (так как давле|ние газа в нагнетательном газопроводе 1 выше давления, создаваемого столбом жидкости в точке отбора). Вытеснение отдегазирозанной жидкости из дегазационной емкости происходит до тех пор, пока вся отдегазировапная жидкость не покидает дегазационную емкость 3. При этом сама дегазационная емкость 3 перемещается в слое исследуемой жидкости, как это показано на фигурах стрелками. После вытеснения из.дегазационной емкости отдегазированной жидкости средство управления переводит запорный орган 6 нагнетательного газопровода 1 в положение закрыто, а запорный орган 7 приемного газопровода 2 в положение открыто. Так как давление газа в приемном газопроводе 2 значительно ниже давления гидростатического столба жидкости в точке отбора из нее проб газа (например, в приемном газопроводе 2 мот жет быть создан вакуум), то внутри дегазационной емкости в этом случае создается перепад давления, отрицательный по отношению к давлению, создаваемому гидростатическим столбом жидкости (под этим же давлением находится и растворенный в исследуемой жидкости газ. Под действием созданного перепада давления жидкость исследуемого слоя поступает в дегазационную емкость 3 через подэод 5. Так как давление в дегазационной емкости 3 значительно меньше

946578

давления растворенного в исследуемой жидкости газа, то последний начинает интенсивно выделяться из исследуемой жидкости. Выделившийся газ собираетJ ся в газоприемной камере 4, из которой поступает в приемный газопровод 2 и по нему подается на поверхность. Наличие в дегазационной емкости 3 отбойно-распылительного элемента 8,

10 вьшолнемного в виде конуса вращения, установленного по оси подвода 5 и под приемным газопроводом 2 способствует более полному извлечению газа из жидкости за счет дробления

fj последней и предупреждает попадание ЖИДК9СТИ в приемный газопровод 2. При необходимости ось подвода 5 для исследуемой жидкости может быть отклонена от вертикали (не показано).

20 этом случае роль отбойно-распьшительного элемента вьтолняет внутренняя боковая поверхность дегазационной емкости.

После извлечения газа из опреде-

2J ленного объема жидкости запорный орган 7 приемного газопровода 2 переводится в положение закрыто, а запорный орган 6 нагнетательного газопровода 1 переводится в положение

- открыто, и начинают выстеснение из дегазационной емкости 3 отдегазированной жидкости (так как давление газа в нагнетательном газопроводе 1 больше да,зления гидростатического столба жидкости в точке отбора проб

газа) через подвод 5, после чего цикл отбора газа повторяют.

Выполнение дегазационной емкости сферической формы наиболее рационально при отборе проб газа из исследуемой жидкости на больших глубинах.

Подводный дегазатор (фиг. 5-10) также состоит из нагнетательного 1 и приемного 2 газопроводов, дегазационной емкости 3, выполненной в де вертикального цилиндра, с газоприемной камерой 4, подвода 5 для исследуемой лсидкости, выполненного в виде патрубка. Нагнетательный газопровод подсоединен к дегазационной емкости через запорный орган 6, а приемный - через запорный орган 7. Отбойно-распыпительный элемент 8 вы полней в виде пластины, расположенной над патрубком подвода 5, устаSS новленным в подвижном днище 9. Подвижное днище может быть выполнено как откидным (фиг. 5 и 6), так и в виде поршня (фиг. 7-10). В этом случае в теле дегазационной емкости выполняются окна 10 для удаления от дегазированной жидкости. Подводный дегазатор (фиг. 510) работает аналогично описанному вьше дегазатору, но время поступления исследуемой жидкости в дегазационную емкость 3 и, следовательно, время отбора проб газа из исследуемой жидкости и время удаления отдега зированной жидкости значительно отли чаются друг о.т друга: удаление, отдегазированной жидкости происходит практически мгновенно за счет образования канала для удаления отдегазированной жидкости с поперечным сечением, во много раз Превышающем сечение подвода 5 для исследуемой жидкости. Время же поступления исследуемой жидкости в дегазационную емкость 3 при прочих равных условиях определяется гидравлическим сопротив лением подв.ода 5. Преимуществом подводного дегазатора (фиг. 7-10) является как более четкая работа дегазатора за счет отсекания равных объемов исследуемой жидкости в каждом цикле отбора проб газа и простота уплотнения поршня 9, так и возможность регулирования площади окон 10 для удаления отдегазированной жидкости, например, при помощи перемещения по высоте ленты, перекрываннцей окна 1 , (не показана) и площади поперечного сечения подвода 5 для исследуемой жидкости (патру бок подвода 5 может бать выполнен сменным с разными площадями поперечного сечения). Выполнение подводного дегазатора (фиг. 11 и 12) характеризуется умень шенным расходом газа при выбросе из дегазационной емкости 3 отдегазированной жидкости за счет выполнения патрубка в виде тела больщого объема с размещенными в нем наклонными отверстиями, образующими подвод для исследуемой жидкости. Работа указанного дегазатора не отличается от работы дегазаторов, описанных выше. Приведенные выше конструкции дегазаторов предполагают управление запорными органами с поверхности, например, при помощи электрической линии при выполнении самих запорных органов в виде клапанов с электромагнитным управлением, а средство управЗ|ения - в виде электрического {устройства, например, в виде симметричного или несимметричного мультивибратора. Однако управление запорным органом может быть осуществлено и непосредственно от поршня дегазатора, что значительно упрощает конс- рукцию всего устройства. Один из возможных вариантов такого дегазатора представлен на фиг. 13-16, Подводный дегазатор (фиг. 13-16) ; содержит нагнетательный 1 и приемный 2 газопроводы, дегазационную емкость 3 с газоприемной камерой А, подвод 5 для исследуемой жидкости, выполненный в виде патрубка с отогнутым верхним концом. Нагнетательный газопровод подсоединен к дегазационной емкости через запорный орган 6, выполненный в виде золотника, а приемш)1й газопровод - через запорный орган 7, выполненный в виде отсеченного клапана. Otбoйнo-pacпьшитeльный элемент 8 выполнен в виде верхней стенки дегазационной емкости. Внут-; ри дегазационной емкости установлен поршень 9, сама емкость снабжена окнами 10 для удаления отдегазированной жидкости. Дегазатор содерхшт также вал 11 с маховиком 12, и коленами 13 и 14, тягу 15 с выступом 16, тягу 17 и тягу 18, заведенную вовнутрь распределительной коробки 19 и снабженную накладкой 20, размещённой в полости 21 золотника, и тягу 22. Две последние тяги соединены между собой при помощи шарнира 23.Дегазатор имеет также козырек 24,выступы 25 и 26 и отверстие 27. « Подвод 5, вьшолненный в виде патрубка с отогнутым верхним концом и с размещенными на нем выступами 25 и 26, установлен на верхней части поршня 9 с нижней частью поршня 9 связан один конец тяги 17, второй конец которой связан с коленом 13 веша 11. Тяга 15 с выступом 16 связана с запорным органом 7 приемного газопровода 2. Тяга 22 связана одним своим концом с коленом 14 вала 11, а вторым концом при помощи тарнкра 23 с тягой 18, пропущенной через уплотнение (не показано) внутрь корпуса распределительной коробки 19. Второй конец тяги 18 заведен внутрь полости 21 золотника 6. Отверстие 27, перекрьшаемое в процессе работы дегазатора золотником 6, служит для подачи сжатого газа от нагнетательного газопроводу 1 в камеру 4 дегазационной емкости 3. Козырек 24 служит для предупреждения попадания капель жидкости при ее дегазации в полость распределительной коробки 19. .Колена 1 3 и 14 вала 11 лежат в одной плоскости, а насаженный на вал 11 маховик I2 служит для накопления кинетической энергии при работе дегазатора. Тяга 15 с выступом 16, чыступы 25 и 26, поршень 9, вал II с маховиком 12 и коленами 13 и 14, тяги 22 и 18 с накладкой 20 образуют средство для управления запорными органами 6 и 7. Пpeдлaгae в.й дегазатор работает следукнчим образом. При закрытом запорном органе 7 запор шй орган 6 находится в.положении открыто. Это происходит всегда при спуске подводного дегазатора под уровень водоема, так как давление воды, действуя на поршень 9, перемещает его в крайнее верхнее положение. При подаче сжатого газа по нагнетательному газопроводу 1 давледаге в дегазационной емкости 3 начинает возрастать и при достижении зна чения, большего давления гидростатического столба жидкости в точке отбо ра из нее газа, поршень 9 (фиг, 13) начинает перемещаться из крайнего верхнего положения вниз, проворачивая вал I1 с коленами 13 и 14 и махо вик 12. При этом тяга 18 с накладкой 20 свободно перемещается относительно золотника запорного органа 6 благодаря наличию полости 2I. При угл% поворота вала 11 в 90 накладка 20 располагается на некотором расстоянии от верхнего торца полости 21 (фиг. 14), и при угле поворота вала 11 большего 90 накладка 20 упирается в верхний торец полости 21, начиная перемещать золотник запорного органа 6 вверх с последуюа 1м перекрытием отверстия 27. Несколько ран ше поршень 9 открывает окна 10, через которые производится выброс жидкости из дегазационной емкости 3. (так как давление внутри дегазацион ной емкости вьше давления гидростат ческого столба жидкости), При Повороте вала 11 на окна 10 оказываются полностью открытыми (фиг. 15 отверстие 27 полностью перекрыто, а выступ 25, взаимодействуя с выступом 16 тяги 15, открывает запорньй орган 7, соединяя дегазационную ем7 .12 кость 3 с приемным газопроводом 2, давление в котором меньше давления гидростатического столба жидкости в точке отбора из нее проб газа (при необходимости в приемном газопроводе может быть создан и вакуум). При соединении камеры 4 дегазационной емкости 3 с приемным газопроводом 2 давление внутри дегазационной емкости 3 резко падает, и к поршню 9 оказывается приложенной внешняя сила, определяемая произведением площади поршня 9 на разность давлений снаружи и внутри дегазационной емкости 3. Эта же разность давлений резко, прикладывается как к исследуемой жидкости, так и к газу, растворенному в ней. Поршень 9 под действием приложенной СИЛБ1 начинает перемещаться вверх, а исследуемая жидкость начинает поступать в дегазационную емкость 3 как через окна IО (пока они не перекрыты поршнем 9), так и через патрубок подвода 5. Поступление исследуемой жидкости в дегазационную емкость 3 сопровождается интенсивным вьзделением из нее газа, усиливаемое за счет дробления и распыления жидкости на стенке 3 дегазационной емкости. Вьщалившийся при этом из жидкости газ собирается в газоприемной камере 4, из которой он по газопроводу 2 поступает на поверхность, поддерживая требуемьй перепад давления в дегазационной емкости 3. При дальнейшем движе1ши поршня 9 вверх происходит введение в дегазационную емкость 3 новых порций исследуемой жидкости и отбор из нее газа (фиг. 16) и происходит дальнейший поворот вала 11; при повороте вала 11 на угол, больший 270 , золотник запорного органа 6 при взаимодействии накладки 20 тяги 18 с нижним торцом полости 21 начинает перемещаться вниз. В это ие время выступ 26 при своем перемещении вместе с поршнем 9 вверх, взаимодействуя с выступом 16 тяги 13, перемещает запорный орган 7 приемного газопровода 2 в крайнее верхнее положение, разобщая .дегазационную емкость 3 от приемного газопровода 2. После перекрытия приемного газопровода 2 золотник запорного органа 6 нагнетательного газопровода 1 открывает отверстие 27, ив дегазационную емкость 3 начинает пос13тупать сжатый газ из нагнетательного газопровода 2 (фиг. 13), и процесс повторяется. Предлагаемый подводный дегазатор, повышая степень извлечения растворен ного под естественным давлением в исследуемой жидкости газа, обеспечивает увеличение количества газа, по- даваемого на поверхность для последующего анализа, создает возможность для определения всех газовых составляющих, позволяет упростить аппаратуру анализа. Отбор газа из жидкости не зависит от скорости исследователь ского судна, что обеспечивает как его отбор на повышенных скорюстях, что приводит к сокращению времени исследования акваторий, так и производство вертикального профилирования толщи водоема. Формула изобретения 1.Подводный дегазатор, содержащий нагнетательный и приемный газопроводы, дегазационную емкость с газоприемной камерой, расположенной в верхней части дегазационной емкости, и подвод для исследуемой жидкости, причем приемный газопровод подсоединен к верхней части газоприемной камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения растворенного в исследуемой жидкости газа, он дополнительно содержит два запорных органа и средство управления ими, подвод для исследуемой жидкости расположен в нижней части дегазационной емкости, а каждый газопровод подсое динен к дегазационной емкости через запорный орган, 2.Дегазатор по п. 1, отличающийся тем, что, дегазационная емкость выполнена в виде вертикального цилиндра с днищем, в ко7тором расположен йодвод для исследуемой жидкости. 3.Дегазатор по п. 2, отличающийся тем, что днище выполнено подвижным. 4.Дегазатор по п. 3, отличающийся тем, что подвижное днище выполнено откидным. 5.Дегазатор по п. 3, о т л.и чающийся тем, что подвижное днище выполнено в виде поршня, а боковая поверхность дегазационной емкости снабжена окнами для выброса отдегазированной жидкости. 6. Дегазатор по пп.3-5, отличающийся тем, что подвод для исследуемой жидкости выполнен в виде патрубка, конец которого, расположе гный внутри дегазационной емкости, приподнят над подвижным днищем. 7.Дегазатор по п. 2, отличающийся тем, что днище со |.стороны внутренней полости дегаза- ционной емкости вьтолнено вогнутым. 8.Дегазатор по пп. 4 и 5, о т личающийся тем, что днище со стороны внутренней полости дегазатора выполнено выпуклым. 9.Дегазатор по пп. 2-5, отличающийся тем, что над подводом для исследуемой лсидкости установлен отбойно-распыпительный элемент. 10.Дегазатор по п, 5, о т л и ч а ю щ и и. с я тем, что площадь окон для выброса отдегазированной жидкости вьтолнена регулируемой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 1 598015, кл. G 01 V 9/00, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 542160, кл. G 01 V 9/00, 1977 (прототип)

Фиг.г

- fcФаг.

ФигЛ

5

W 9

зЛ. , f

9иг.8

f -г

1S

1

3

Фиг. 9

Фиг.Ю

10

f9

1

fez./;

.2 /5.3 7 f /Г n ь N a фиг.П