Способ удаления газовой среды из емкости и устройство для его осуществления

(19) И 11 90 22 ЕНИЯ о для кс- рма О уда- моорте, аслях вой Ж ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Одесский институт инженеровкого флота(54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ГАЗОСРЕДЫ ИЗ ЕМКОСТИ И УСТРОЙДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к областления газов из больших емкостейжет найти применение на трансв химической и холодильной отр 1Изобретение относится к технике очистки больших емкостей от газов при замене или удалении последних и может быть использовано в химической, холодильной промышленности, на транспорте (железнодорожном, автомобильном, водном), при заполнении и опорожнении наземных, подземных, изотермических резервуаров и хранилищ, а также в дирижаблестроении, ракетной технике.Цель изобретения (способ) - сокращение времени выполнения операций, улучшение стратификации газов, повышение безопасности процесса замены одной газообразной среды в емкости другой газообразной средой за счет обеспечения рационального характера газообмена, при этом обеспечивается сокращение расхода продувочных сред,промышленности, дирижаблестроении и ракетной технике, при эксплуатации наземных изотермических хранилищ, Цель изобретения - сокращение времени выполнения операций, повышение безопасности смены газообразных сред в емкости за счет обеспечения рационального газообмена с улучшением стратификации и повышение надежности устройства. Способ удаления газа из емкости осуществляется посредством изменения вертикального направления ввода замещающего газа на горизонтальное, а цилиндрической формы струи на веерную и перемещения замещающего газа вдоль границы раздела различной плотности, не вызывая перемешивания основной массы удаляемого газа. Устройство для осуществления способа выполнено в виде насадки, состоящей из корпуса и рассекателя в форме гиперболоидов вращения, соединенных штырями и образующих радиально-щелевой канал. 2 с. п. ф-лы, 8 ил. Цель изобретения (устройство) - повышение надежности.На фиг. 1 изображена схема ввода в емкость замещающего газа с плотностью, меньшей, чем у замещаемого (верхняя подача); на фиг. 2 - схема ввода в емкость замещаю щего газа с плотностью, большей, чем у замещаемого (нижняя подача); на фиг. 3 - насадка, закрепленная на входном патрубке трубы наполнения; на фиг. 4 - сечение А - А насадки на фиг. 3; на фиг. 5 - распространение замещающей среды в модели танка при верхней подаче (вид с торца) при штатной системе ввода - вывода сред без насадки; на фиг. 6 - то же, при наличии насадки; на фиг. 7 - распространение замещающей среды в м одел и танка при верхней подаче (вид сбоиез насадки; на фиг. 8 - то же, ри наличии насадкы.Способ осуществляется следующим образом.Газ А из емкости 1 вытесняется газом Б, который подается в верхнюю или нижнюю часть емкости в зависимости от соотноШения их плотностей.При меньшей плотности замешаюшего гаа Б он подается в верхнюю часть ем- ости 1 (фиг. 1) через патрубок 2, асадку 3 и распространяется вдоль граицы раздела сред А и Б, образуя посепенно увеличивающийся и равномерный о толщине слой 4. Газ А при этом даляется через насадки 5 на опусках ,оллектора 6 и магистраль 7.При большей плотности замещающего аза Б он подается в нижнюю часть емости (фиг. 2) через магистраль 7, кол. ектор 6, насадки и также образует посепенно увеличивающийся и равномерный по олщине слой. Особенностями создающегося в верхней Или нижней части емкости (танка) равного По толщине слоя является горизонтальное распространение газа, поступающего в емость (танк), сведение к минимуму турбулентных возмущений на границе раздела различных газовых сред. Такая ситуация обеспечивается подачей замешающего газа по вертикали к насадкам 3 или 5, где направление движения газа изменяется на 90, а цилиндрическая струя превращается в веерную. Перемешивание газов друг с другом ограничено слоем от насадки до подволока купола (при верхней подаче) или от насадки до днища (при нижней подаче) . Такая веерная раздача вьтесняющего газа и поступательное перемещение границы раздела сред практически по всей площади емкости (танка) сводит к минимуму возможность образования застойных зон.Способ организации процесса продувки емкости 1 обеспечивает удаление воздуха или взрывоопасного газа из емкости при заполнении ее взрывоопасным газом или воздухом, используя поступательное перемещение равномерного по толщине горизонтального слоя замещающей среды, образуемого в результате изменения вертикального направления ввода ее на горизонтальное, а цилиндрической формы струи на веерную. Тем самым создается плоская газовая подушка, промежуточная между двумя несовместимыми газами. Если в качестве этой газовой подушки подается инертный газ, то расход его при такой организации процесса может быть сокращен до 20 Я по сравнению с традиционной инертизацией.Пример. На фиг. 5 - 8 показано взаимодействие замещающей и замещаемой сред 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при испытаниях на модели танка газовоза. Модель танка вместимостью 20 тыс. м выполнена в масштабе 1:50 из оргстекла, В качестве модельных сред использованы жидкости разной плотности, одна из которых для наглядности процесса окрашена.Испытаны модель заводской системы подачи газовой среды (без насадки) и модернизированной системы (с насадкой).По разработанной методике с помощью указанных жидкостей было воссоздано рас пределение сред в объеме модели при верхней подаче, поскольку при ней наиболее сложна организация газообмена.На фиг. 5 и 7 видно проникновение входной струи на значительное расстояние и обусловленное этим перемешивание. На фиг. 6 и 8 перемешивание при использовании насадки не наблюдается из-за деформирования потока замещаюшей среды по указанному способуЗаданная концентрация удаляемой среды на выходе из модели (1 Я) достигалась при кратности обмена 2,1 при исходном способе продувки и при кратности продувки 1,2 в случае веерной подачи замешаюшей среды параллельно границе раздела сред по предлагаемому способу. В натурных испытаниях длительность соответствующих процедур составляла 9 - 11 ч и 4,5 - 5 ч. Таким образом предлагаемый способ обеспечивает экономию до 40 О по расходу продувочной среды и 2-2,2 раза по длительности процесса.Устройство для реализации способа - насадка 3 или 5 (фиг. 1) - изображено в сборе на фиг. 3 и состоит из корпуса 8, приваренного к патрубку 2 трубы наполнения (либо к опускам коллектора 6), рассекателя 9 и крепежных штырей 10. Корпус 8 и рассекатель 9 представляют собой полный и усеченный гиперболоиды вращения, точки на поверхностях которых удовлетворяют уравнению Ь=1 аг/(г 1+в+гс) +4, где г 1 (мм) - абсцисса; Й (мм) - ордината точек; г (мм) - внутренний радиус патрубка трубы наполнения; а, в, с, с 1 - коэффициенты.Корпус 8 и рассекатель 9 скреплены друг с другом штырями 10 и образуют радиально-щелевой кана 1. Максимальные диаметры рассекателя и корпуса одинаковы и в 1,5 - 3 раза превосходят внутренний диаметр патрубка трубы наполнения.Высота щели Н выбирается из соотношения Н= -- , где 0=2 г - внутренХ40ний диаметр патрубка; Э=2 г 1 - наибольший диаметр корпуса и рассекателя.При таком соотношении соблюдается условие сплошности потока за счет равенства сечений входного патрубка и щелевого канала, т. е. окончательно Н=Корпус 8 и рассекатель 9 насадки изменяют на 90 направление движения газа, преобразуя вертикальную цилиндрическую струю в плоскую веерную горизонтальную, причем деформирование потока происходит на наиболее благоприятной с точки зрения энергетических потерь поверхности - гиперболической. Кроме того, такая форма канала исключает турбулентные возмущения на выходе из насадки, По этим показателям гиперболическая форма предпочтительнее плоской (известные дисковые отражатели) .Пример. Для танка газовоза вместимостью около 20 тыс. м при диаметре входного патрубка Р=2 г=300 мм коэффициенты приведенного уравнения равны ав=5, вв=О, св=-6,67, дв=О (для корпуса) и а 9=75, в 9= 15, с 9=2, с 19=-17 (для рассекателя).Индексы приведены в соответствии с нумерацией деталей насадки 3 на фиг. 3.Способ повышает эффективность очистки больших емкостей, в частности танков газовозов, обеспечивает сокращение расхода инертной продувочной среды (в случае аммиака - азота) в 2-2,2 раза, времени продувки, а также затрат на закупку азота и оплату причалов, устройство повышает надежность процесса инертизации и тем самым безопасность эксплцуатации судна благодаря исключению возможности образования застойных зон, заполненных взрывоопасными газовоздушными смесями.При использовании автономного судового генератора инертной среды сокращается расход топлива на выработку последней. формула изобретения 1, Способ удаления газовой среды иземкости, заключающийся в ее замещении другой газовой средой путем подачи последней в верхнюю или нижнюю часть емкости в зависимости от соотношения плотностей этих газовых сред одной или несколькими струями при постоянном расходе вдуваемого газа с использованием явления стратификации с изменением направления движения и формы струи вдуваемого газа, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени выполнения операций, улучшения стратификации и повы- шения безопасности, газовую среду подают в емкость веерной струей и направляют еепараллельно границе раздела газовых сред.2. Устройство для удаления газовойсреды из емкости, состоящее из трубы 20 наполнения, по меньшей мере одного наконечника с цилиндрическим входным патрубком и насадками, содержащими корпус, соединенный с рассекателем, образующим радиально-щелевой канал, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, смежные поверхности корпуса и рассекателя выполнены в виде соответственно полного и усеченного гиперболоидов вращения, при этом максимальные диаметры корпуса и рассекателя равны, превосходят внутренний диаметр трубы наполнения в 1,5 - 3 раза, площадь радиального щелевого канала равна площади поперечного сечения цилиндрического участка трубы наполнения, а рассекатель соединен с корпусом посредством штырей.ехред ираж тета по из Ж - 35,комбинат ретен ням Раушская Патент, г Редактор О. СпесивыхЗаказ 85224НИИИ осударственного ком13035, МоскаПроизводственно-издательский тавитель В. Ш И.Вере с б 24ТСС овКорректор О. КравцоваПодписноеоткрытиям при ГКНнаб д. 45Ужгород, ул. Гагарина, О