способ предотвращения гидравлического удара при нагреве жидкости

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА ПРИ НАГРЕВЕ ЖИДКОСТИ путем подачи в емкость греющего теплоносителя в виде смеси пара и неконденсируемого газа, отличающийся тем, что предварительно, перед подачей на вход в емкость, пар и газ смешивают в объемном соотношении от 2 до 50% газа в паре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано для нагрева различных сред и, в частности, жидкости паром.

Изобретение может найти применение в установках для нагрева жидкости в замкнутом объеме, для нагрева фильтрующего материала внутри адсорбционных фильтров под слоем воды в процессе регенерации фильтров, для нагрева воды в паро-водяных подогревателях и др.

Известен способ нагрева жидкости и, в частности, воды, при котором горячие газы, например, продукты сгорания топлива, пропускают противотоком нагреваемой воде, стекающей по насадке навстречу потоку газа [1]

Недостатком известного способа является малая эффективность нагрева, обусловленная малой теплоемкостью газов. По этой причине способ находит ограниченное применение, преимущественно для целей утилизации тепла отходящих газов.

Известен способ нагрева жидкости, например, воды, при котором в качестве теплоносителя используют пар воды, подаваемый противотоком нагреваемой воде [2]

Недостатком всех известных способов нагрева с применением в качестве теплоносителя пара является то, что при контакте пара с нагреваемой средой возникают гидравлические удары, обусловленные конденсацией пара в зоне контакта и образованием вакуумных полостей. Эти гидравлические удары повышают сопротивление потоку теплоносителя и приводят к разрушению теплообменной аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нагрева жидкости, например, воды, при котором в качестве теплоносителя используют смесь пара и газа, которую получают прямым контактом струи воды с пламенем горелки [3]

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он полностью не исключает возникновения гидравлических ударов за счет конденсации пара, так как соотношение пара и газа в получаемой смеси определяется не условиями исключения гидравлических ударов, а условиями исключения угасания пламени горелки при контакте воды с пламенем горелки.

Кроме того, предлагаемый способ не обеспечивает надежной работы теплообменной аппаратуры, так как в нем не исключается угасание пламени горелки при колебаниях расхода топлива и воды.

Целью изобретения является исключение гидравлических ударов при контакте пара с нагреваемой средой.

Это решается тем, что предложен способ нагрева среды, предпочтительно, жидкости, с применением в качестве теплоносителя пара в смеси с газом, при котором указанную смесь получают путем контакта контролируемого потока пара с контролируемым потоком неконденсируемого газа в соотношении, выбранном в интервале от 2 до 50% по объему газа в паре.

Нижний предел указанного соотношения определяется минимальным количеством газа в паре, исключающим возникновение гидравлических ударов. Верхний предел содержания газа в паре определяется тем, что превышение его приводит к неоправданному увеличению энергетических затрат на нагрев.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены различные варианты теплообменных установок, использующих предлагаемый способ, и конкретными примерами осуществления способа.

На фиг.1 представлена принципиальная схема паро-водяного подогревателя; на фиг.2 принципиальная схема установки для регенерации адсорбционных фильтров путем отпаривания адсорбента.

П р и м е р 1. Паро-водяной подогреватель (фиг.1) содержит корпус 1 с системой труб 2, по которым проходит поток нагреваемой воды, и межтрубное пространство 3, в которое подают смесь пара и воздуха. Подогреватель имеет патрубок 4 для подвода подогреваемой воды, соединенный с коллектором 5 исходной воды, в котором установлена задвижка 6 и патрубок 7 для отвода нагретой воды, соединенный с коллектором 8 нагретой воды, в котором установлена задвижка 9. Подогреватель имеет также патрубок 10 для подвода пара, соединенный с коллектором 11 пара, в котором установлены задвижка 12 и регулирующий клапан 13, и патрубок 14 для подвода воздуха, соединенный с коллектором 15 сжатого воздуха, в котором установлена задвижка 16. Подогреватель снабжен конденсатоотводчиком 17, соединенным с межтрубным пространством 3 корпуса 1 подогревателя и коллектором 18 для вывода конденсата. В коллекторе 18 установлена задвижка 19.

В соответствии с предлагаемым способом контролируемый поток пара воды, поступающий по патрубку 10 через задвижку 12 и регулирующий клапан 13, смешивается с потоком газа (воздуха), поступающим по патрубку 14, и полученная смесь подается в межтрубное пространство 3 корпуса 1 подогревателя, по трубам 2 которого проходит подогреваемая вода. Количество воздуха, добавляемого в пар перед подачей его в водонагреватель, зависит от параметров пара. Для пара с температурой 180-200^оС (7 атм) количество добавляемого воздуха должно превышать 2% по объему от пара. При этих условиях не возникает гидравлических ударов, связанных с конденсацией пара на поверхности труб подогревателя. При таком использовании предлагаемого способа достигается дополнительный технический результат, а именно: в межтрубном пространстве подогревателя создается избыточное давление, достаточное для вытеснения конденсата по коллектору 18 через открытую задвижку 19 в сборник конденсата (на фиг. не показан), установленный выше подогревателя на 5 м. Ранее для отвода конденсата при нагреве чистым паром необходимо было использовать специальный насос, устанавливаемый в коллекторе 18 конденсата.

П р и м е р 2. Установка для регенерации адсорбционных фильтров содержит фильтр 1, выполненный адсорбентом 2, например, активированным углем марки "БАУ", который используется для удаления нефтепродуктов из воды, поступающей в фильтр 1 из коллектора 3. Коллектор 3 соединен с верхней частью фильтра 1 посредством трубопровода 4, в котором установлена задвижка 5. Трубопровод 4 соединен с трубопроводом 6, связанным с дренажной линией 7. В трубопроводе 6 установлена задвижка 8. Нижняя часть фильтра 1 посредством патрубка 9 соединена с трубопроводами 10, 11 и 12 для подачи, соответственно, пара, воздуха и промывной воды. Трубопровод 10 соединен с коллектором 13 пара и снабжен задвижкой 14. Трубопровод 11 соединен с коллектором 15 воздуха и снабжен задвижкой 16. Трубопровод 12 соединен с коллектором 3 очищаемой воды и снабжен задвижкой 17. Нижняя часть фильтра 1 посредством патрубка 18 соединена с трубопроводами 19 и 20, связывающими фильтр 1 с коллектором 21 для очищенной воды и дренажной линией 7, соответственно. В трубопроводах 19 и 20 установлены задвижки 22 и 23.

В соответствии с предлагаемым способом описанная установка работает следующим образом. В момент, предшествующий регенерации фильтра 1, задвижки 14, 16, 17, 23 и 8 перекрыты, а задвижки 5 и 22 открыты. Очищаемая вода, загрязненная нефтепродуктами, из коллектора 3 по трубопроводу 4 через задвижку 5 поступает в верхнюю часть фильтра 1, фильтруется через слой адсорбента 2 и, очищенная, выводится из нижней части фильтра 1, поступая по патрубку 18 через задвижку 22 по трубопроводу 19 в коллектор 21 очищенной воды. На этапе регенерации фильтра задвижки 5 и 22 перекрывают и открывают задвижки 14, 16 и 8. В этом положении поток пара (7 атм), поступающий из коллектора 13 по трубопроводу 10 через задвижку 14, и поток воздуха, поступающий из коллектора 15 по трубопроводу 11 через задвижку 16, смешиваются в патрубке 9 и паро-воздушная смесь (30% воздуха в паре) поступает в нижнюю часть фильтра 1 и проходит через слой адсорбента, вытесняя избыток воды с пузырьками воздуха из веpхней части фильтра 1 через задвижку 8 по трубопроводу 6 в дренажную линию 7. При этом адсорбент разогревается за счет тепла пара до температуры 80-100^оС и разогретые нефтепродукты из слоя адсорбента вытесняются в верхнюю часть фильтра 1. После завершения операции пропаривания фильтра 1 задвижки 14 и 16 перекрывают и открывают задвижку 17. В этом положении задвижек поток очищаемой воды из коллектора 3 по трубопроводу 12 через задвижку 17 и патрубок 9 поступает в нижнюю часть фильтра 1 и, проходя через слой адсорбента 2, вытесняет всплывшие в верхней части фильтра нефтепродукты из фильтра через задвижку 8 по трубопроводу 6 в дренажную линию 7 и из нее в нефтеловушку (на фиг. не показана). После завершения процесса регенерации фильтра 1 задвижки 8 и 17 перекрывают, открывают задвижку 5 и задвижку 23. При этом положении задвижек потоком очищаемой воды из коллектора 3 производят вытеснение остатков загрязненной воды из фильтра 1 в дренажную линию 7. Затем перекрывают задвижку 23, открывают задвижку 22 и продолжают процесс очистки воды с помощью фильтра 1 с выводом очищенной воды в коллектор 21.