УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЫХАТЕЛЬНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области получения дыхательных газовых смесей, например, кислородно-азотных, кислородно-гелиевых, используемых в качестве сред для дыхания водолазов при спусках под воду, в водолазных барокамерах, а также в качестве не медикаментозного средства воздействия на организм человека для профилактики, реабилитации и лечения, и может быть применена, в частности, в условиях промышленного производства гелия и/или кислорода.
Из предшествующего уровня техники известен аппарат для формирования дыхательной смеси, который содержит циркуляционный контур, образованный трубопроводами для подсоединения к дыхательному мешку, побудитель расхода, регулятор температуры и по меньшей мере один поглотитель углекислого газа. Контур связан с кислородным газоанализатором и дополнительно снабжен анализатором на углекислый газ. Измеритель температуры образует с кислородным газоанализатором измерительный блок, электрически соединенный с блоком управления. К контуру подсоединена маска для пациента, а устройство для получения газовой смеси выполнено в виде емкостей со сжатым кислородом и по меньшей мере с одним из следующих газов: гелием, и/или аргоном, и/или неоном и др. или их смесью, соединенных с дыхательным мешком. Кроме того, к трубопроводу, подающему газовую смесь к маске, между клапаном вдоха и маской подсоединен ингалятор для подачи лекарственных препаратов или влаги (патент РФ на изобретение RU 2072241, 1995). Известный аппарат обеспечивает повышение эффективности лечения с помощью изменения качественного состава вдыхаемых газовых смесей.
Известно также устройство для приготовления дыхательной смеси, которое содержит сосуды с ароматическими и/или фитоаэрозолями, автономно сообщающиеся с отводами распределителя регулируемой подачи кислородно-воздушной смеси, а выходы сосудов через регуляторы расхода соединены со смесителями, оснащенными каналами с дюзами индивидуального потребления. На выходе каждого сосуда установлен распределитель, отводы которого через регуляторы расхода сообщаются с параллельно функционирующими смесителями. Данное техническое решение позволило обеспечить активное регулирование в каждом индивидуальном канале потребления дыхательной смеси по структуре и составу ароматических и фито компонентов согласно назначению и вкусу потребителя при одновременном использовании общего аппарата (патент РФ на полезную модель RU 42424, 2004).
Общим недостатком рассмотренных и других известных аналогичных устройств является то, что по своим техническим характеристикам известные устройства рассчитаны на приготовление дыхательных газовых смесей в ограниченном объеме для индивидуального либо ограниченного их применения.
Из научно-технической информации известна установка приготовления дыхательных газовых смесей УПГС-2 (производитель Дайвтехносервис, Санкт-Петербург, http://diveservice.ru/product/141), предназначенная:
2
- для приготовления кислородно-азотных (КАС), кислородно-азотно-гелиевых (КАГС) смесей с давлением до 20 МПа (200 кгс/см) для дыхания водолазов с содержанием в смесях кислорода, азота и гелия в любых пропорциях;
2
для зарядки малолитражных баллонов дыхательных аппаратов приготовленными с использованием установки дыхательными газовыми смесями с давлением 29,4 МПа (300 кгс/см).
Установка обеспечивает возможность ручного регулирования количества газов, подаваемых для приготовления дыхательных газовых смесей. Содержание газов в приготавливаемой смеси не отклоняется от заданного значения более чем на +/-0,5% (по парциальному давлению). Установка обеспечивает возможность контроля содержания кислорода в приготавливаемых дыхательных газовых смесях с точностью до 0,25%, имеет блочную (модульную) компоновку и позволяет размещать блоки (модули) удобным образом на различных объектах. Установка УПГС-2 включает следующие конструктивные блоки (модули):
- Рампы (возимые) для установки транспортных баллонов с исходными газами (с коллекторами, запорной арматурой);
- Компрессор дожимающий для подачи газов от рампы с транспортными баллонами в блок смешения;
- Блок смешения газов;
- Блок распределения газов;
- Шкафы для установки баллонов с готовыми газовыми смесями (с коллекторами, запорной арматурой и кислородным газоанализатором для проверки содержания кислорода в готовых смесях);
- Компрессор дожимающий для зарядки малолитражных транспортных баллонов дыхательных аппаратов;
- Рампа для установки малолитражных баллонов;
- Комплект гибких трубопроводов для соединения блоков (модулей) установки между собой.
Одновременно может заполняться готовой дыхательной смесью четыре транспортных баллона. Время приготовления дыхательной газовой смеси - 15 минут.
Может монтироваться как в береговых условиях, так и в судовых, в случае необходимости оборудование может быть смонтировано в кузове автомобиля типа «Газель».
Технические характеристики (наименование параметра, норма):
Данная установка является по технической сущности и достигаемому результату наиболее близким аналогом заявляемой и принята заявителем за прототип.
К недостаткам известной установки следует отнести то, что ее конструкция при наличии в установке дожимающих компрессоров не исключает пульсации газа, образующиеся при работе компрессоров, что делает пневматическую систему не стабильной. Кроме того, использование установки связано с необходимостью регулярного приобретения, транспортировки и хранения транспортных баллонов с исходными газами.
Задачей создания заявляемой полезной модели является расширение ассортимента (арсенала) технических средств для приготовления дыхательных газовых смесей на основе гелия и кислорода.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в создании промышленной установки для производства искусственных дыхательных газовых смесей на основе гелия и кислорода в условиях наличия производства последних на предприятии.
Указанный технический результат достигается заявляемой установкой для производства дыхательных газовых смесей, содержащей блок исходных газов с баллонами кислорода и гелия, блок смешения исходных газов, соединительные трубопроводы с запорной арматурой, в которой блок исходных газов состоит из ресивера кислорода и ресивера гелия со щитами управления каждым из них, соединенными со щитом управления блока смешения исходных газов, установка снабжена блоком газификации жидкого кислорода, состоящим из криогенного резервуара с жидким кислородом, криогенного насоса для подачи жидкого кислорода из резервуара в узел газификации, соединенный со щитом управления процессом газификации, в свою очередь соединенным со щитом управления ресивером кислорода.
Кроме того, для повышения эксплуатационной надежности установка снабжена вторым ресивером гелия, соединенным со щитом управления параллельно первому ресиверу.
Кроме того, установка содержит блок АСУТП, электрически связанный со щитами управления блоков исходных газов и смешения газов.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема установки для производства дыхательных газовых смесей на основе гелия и кислорода («Временный технологический регламент TP 3-22-2014 на эксплуатацию отделения получения искусственных дыхательных смесей на основе гелия и кислорода 1 очереди гелиевого завода», ООО «Газпром добыча Оренбург»).
Установка представляет собой блочную конструкцию, включающую блок исходных газов, блок смешения исходных газов, образующие циркуляционный контур приготовления дыхательных газовых смесей с помощью соединительных трубопроводов с запорной арматурой, блок газификации жидкого кислорода, блок АСУТП, электрически связанный со щитами управления блоков исходных газов и смешения газов.
Блок газификации жидкого кислорода состоит из последовательно установленных криогенного резервуара 1 для заполнения жидким кислородом по технологической линии «кислород жидкий от заправщика», криогенного насоса 2 для подачи жидкого кислорода из резервуара 1 в узел газификации 3 с атмосферным испарителем и теплообменником, соединенный трубопроводом со щитом управления процессом газификации 4, имеющим автономное электропитание.
Блок исходных газов состоит из ресивера кислорода 5 и ресивера гелия 6 (каждый по 12 параллельно подключенных металлокомпозитных баллонов БМКБ 12-185-20 объемом 0,185 м. куб.) со щитами управления 7 и 8 соответственно, соединенными с блоком смешения исходных газов, включающим щит управления 9 и наполнительную рампу 10 с распределительным узлом 11 для дозированного заполнения одновременно 8 баллонов 12 исходными газами и приготовления дыхательной газовой смеси на основе кислорода и гелия. Ресиверы 5 и 6 снабжены системой предохранительных клапанов (на чертеже не показаны), защищающих газовую систему от резкого повышения давления и придания ей большей стабильности.
Для увеличения продолжительности работы установки между заправками гелием установка содержит два ресивера 6, параллельно функционирующих от общего щита управления 8.
Блок автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) оснащен щитом управления 13, электрически связанным со щитами управления 7, 8 и 9.
Технологический процесс получения дыхательных газовых смесей на основе гелия и кислорода с помощью данной установки основан на:
- накоплении в ресиверах 6 необходимого количества гелия (сжатый гелий марки «Б» поступает из коллектора установки получения гелия цеха №4 гелиевого завода по технологической линии «гелий от установки»);
- разгазификации жидкого кислорода (подачу жидкого кислорода из резервуара 1 в узел газификации 3 на разгазирование под высоким давлением осуществляют с помощью жидкостного криогенного насоса 2) за счет испарения жидкости путем теплообмена с окружающей средой и теплоносителем в узле газификации 3 и последующего накопления необходимого объема газообразного кислорода в ресивере 5;
- приготовлении смеси заданного состава парциальным методом путем подачи компонентов смеси в замкнутый объем баллонов 12 с контролем по массе и/или давлению.
Производительность установки - десять 40-литровых баллонов по ГОСТ 949-73 в час до рабочего давления 14,8 МПа (150 кг/см. кв.).
Управление технологическим процессом установки может осуществляться как с помощью щита управления 13 блока АСУТП, так и вручную непосредственно со щитов управления блоками установки.
Установка работает следующим образом (см. блок-схему).
Получение сжатого кислорода и наполнение ресивера 5.
Для работы установки используется жидкий кислород, который доставляют автомобильным транспортом из цеха №2 гелиевого завода.
Из транспортной емкости (на блок-схеме не показана) сжиженный кислород по технологической линии «кислород жидкий от заправщика» передавливают в резервуар 1. Количество жидкого кислорода в резервуаре не должно превышать 1950 кг. При включении операции разгазирования с помощью щита управления 4 жидкий кислород из резервуара 1 под избыточным давлением 0,098-0,187 МПа (1,0-1,9 кгс/см. кв.) с температурой минус 183 - минус 186 град.С криогенным насосом 2 подают в узел газификации 3 (давление сжатого кислорода после насоса не более 16,2 МПа или 165 кгс/кв. см.), где происходит испарение кислорода в атмосферном испарителе, подогрев в теплообмене с окружающей средой с последующим нагревом в жидкостном спиральном теплообменнике до температуры 273-303 К (0-30 град. С). Далее газообразный кислород под давлением не более 16,2 МПа (165 кгс/кв. см.) с расходом до 360 м. куб./час через щит управления 4 поступает в трубопровод, ведущий к щиту управления 7, и направляется в ресивер кислорода 5. Щит управления 7 предназначен для подготовки, заполнения ресивера 5, выдачи кислорода в щит управления 9 блока смешения газов и отбора проб для анализа кислорода. Температура кислорода в ресивере 5 не более 50 град. С, давление не более 16,2 МПа (165 кгс/кв. см.). Контроль параметров процесса ведут по приборам КИП и А щита управления 7. От превышения давления выше допустимого линия нагнетания кислорода защищена датчиком давления, предохранительным и обратным клапанами (на чертеже не показаны) щита управления процессом газификации 4. При достижении заданного давления в ресивере 5 криогенный насос 2 отключается автоматически либо его выключают вручную. Для сброса остаточного давления из ресивера кислорода 5 у щита управления 7 предусмотрена линия «сброс».
Получение сжатого гелия и наполнение ресиверов 6.
Заполнение гелиевых ресиверов 6 производится от коллектора установки №4 получения гелия цеха №1 завода по технологической линии «гелий от установки» и далее через щит управления 8 в ресиверы 6. Щит управления 8 предназначен для подготовки, заполнения ресиверов гелия 6, выдачи гелия в щит управления 9 блока смешения исходных газов и отбора проб для анализа гелия. Максимальное рабочее давление в линиях подготовки гелия и ресиверах 6-17,2 МПа (175 кгс/кв. см.). Давление газообразного гелия контролируется показывающими манометрами и датчиками давления щита управления 8 (на чертеже не показаны). Сброс остаточного давления гелия из ресиверов 6 осуществляется в коллектор гелиевых сдувок установки №4 (на чертеже не показан) по технологической линии «сдувки» щита управления 8.
Приготовление кислородно-гелиевых дыхательных смесей.
Перед заполнением производят подготовку баллонов 12: промывку гелием марки «Б» и вакуумирование, опрессовку разъемных соединений согласно инструкции по эксплуатации установки.
Приготовление технических газовых смесей на основе кислорода и гелия осуществляется парциальным методом с контролем по весу и давлению. Заправляемые баллоны 12 устанавливают на наполнительной рампе 10 и соединяют с распределительным узлом 11 гибкими металлоруковами с помощью накидных гаек. Щит управления 9 предназначен для выдачи дозированных порций гелия и кислорода в распределительный узел 11. Перед заполнением производят обнуление показаний весов.
Перед началом операции заполнения баллонов в контроллер блока АСУТП согласно инструкции по эксплуатации вводят исходные данные процесса: выбор типа и количества баллонов, выбор рецептуры - концентрации компонент газовой смеси, выбор параметров заправки - информации о массах и давлениях компонент газовой смеси применительно к контрольному баллону, о давлениях в ресиверах кислорода и гелия и итогового давления газовой смеси в заполненных баллонах. При ручном режиме управления процессом необходимые операции выполняют с помощью щитов управления 7, 8 и 9.
Заполнение баллонов 12 исходными газами производят в следующей последовательности:
- контрольный баллон 12 устанавливают на весовую установку рампы 10, открывают вентили гибких соединений распределительного узла 11, сбрасывают остаточное давление в баллонах;
- газообразный кислород из ресивера 5 через щит управления кислородом 7 подают на щит управления 9 блока смешения газов, откуда кислород в дозированном объеме поступает в распределительный узел 11 и баллоны 12; по достижении заданных значений по весу с контролем по давлению подачу кислорода прекращают автоматически или вручную;
- сжатый гелий из ресиверов 6 через щит управления гелием 8 подают на щит управления 9 блока смешения газов, откуда гелий в дозированном объеме поступает в распределительный узел 11 и баллоны 12, после чего при достижении заданных значений по весу с контролем по давлению подачу гелия прекращают;
- после закрытия вентилей баллонов 12 с дыхательной газовой смесью производят сброс давления в коллекторе рампы 10.
Давление дыхательных смесей в заполненных баллонах должно составлять не более 14,7 МПа (150,0 кгс/см. кв.), расход не более 58 м. куб/час (контроль по приборам).
После завершения заполнения баллоны 12 с дыхательными смесями отсоединяют от рампы 10 и транспортируют на склад готовой продукции для хранения с соблюдением установленных правил безопасности. При дальнейшей работе установки технологический цикл повторяется до полного использования гелия и кислорода в ресиверах, после чего осуществляют отключение блоков установки согласно инструкции по эксплуатации.
Ниже в таблице приведены основные технические и эксплуатационные характеристики установки.
Таким образом, приведенные выше данные подтверждают возможность осуществления заявляемой полезной модели с достижением при этом заявленного технического результата.