ВОЛОКНИСТЫЙ СЛОЙ В СБОРЕ ДЛЯ ТУМАНОУЛОВИТЕЛЯ С ВОЛОКНИСТЫМ СЛОЕМ
FIBROUS PLY ASSY TO FOG CATCHER WITH FIBROUS PLY

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к отделению частиц (жидких и/или твердых) от газовых потоков и, более конкретно, к волокнистому слою в сборе для использования в туманоуловителе с волокнистым слоем.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Туманоуловители с волокнистым слоем нашли широкое применение при удалении суспензий жидких и растворимых и нерастворимых твердых частиц (т.е., аэрозолей) из газовых потоков, получаемых в различных производственных процессах. Для удобства термин «аэрозоли», как он используется в данном описании и в формуле изобретения, относится собирательно к газообразным суспензиям жидких и/или твердых частиц, которые могут быть растворимыми или нерастворимыми в переносящей жидкости. Некоторые из наиболее частых случаев применения включают удаление кислотных туманов, таких как туманы серной кислоты, при производстве кислот, удаление пластифицирующих туманов при производстве поливинилхлоридных напольных или настенных покрытий и удаление аэрозолей водорастворимых твердых фракций из выбросов гранбашен производства нитрата аммония. В этих разнообразных применениях туманоуловители с волокнистым слоем могут достигать эффективности отделения 99% или выше.
[0003] Туманоуловители с волокнистым слоем, как правило, содержат один или более по существу вертикальных цилиндрических элементов волокнистого слоя, установленных в подходящем сосуде. Обычные элементы волокнистого слоя содержат слои собирающих волокон в соприкосновении с проволочными ситами или подобными опорными структурами. Волокнистый слой предназначен для сбора туманов жидкости и растворимых твердых частиц, переносимых движущимся газовым потоком, и отведения их через структуру слоя. Более конкретно, во время работы туманоуловителя с волокнистым слоем создается поток газа, содержащий аэрозоль, для проникновения и прохождения через волокнистый слой элемента волокнистого слоя при помощи горизонтальной составляющей движения. Волокна в волокнистом слое захватывают аэрозоль в газе при помощи механизма столкновения, захвата и/или броуновской диффузии. Захваченные жидкие частицы соединяются на волокнах, образуя в волокнистом слое капли жидкости. Движущийся газ вынуждает капли перемещаться в направлении находящейся вниз по течению поверхности волокнистого слоя, в то время как сила тяжести тянет захваченную жидкость вниз.
[0004] Жидкость и/или растворимые твердые вещества, собранные волокнистым слоем, отводятся через волокнистый слой и/или по его поверхности, находящейся ниже по течению, в нижнюю часть волокнистого слоя. Оттуда собранное вещество отводится, как через дренажную трубу для жидкости (иногда называемую «шлюзовой затвор»), имеющую нижний конец, размещенный в подходящей чаше или сосуде, наполненном жидкостью, чтобы препятствовать утечке газа через дренажную трубу. Патенты США №4053290, 4086070, 6106592 и 7416576 раскрывают дренажные конструкции шлюзового затвора такого типа.
[0005] Несмотря на то, что работа дренажа шлюзового затвора в целом показала себя удовлетворительно, этот вид дренажа имеет недостаток существенного увеличения общей длины волокнистого слоя в сборе (шлюзовые затворы обычно имеют длину два или три фута). Также чаша шлюзового затвора должна быть наполнена перед работой или после поломки затвора по причине перепада давления в ходе процесса. Кроме того, в случае, если шлюзовые затворы, прикрученные к нижней плите туманоуловителя, не закреплены надлежащим образом, может произойти их отсоединение, что может привести к поломке затвора и обходу газа вокруг среды сбора. Соответственно, имеется необходимость в волокнистом слое в сборе, который устраняет эти недостатки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Это изобретение относится к волокнистому слою в сборе для прямоточного туманоуловителя с волокнистым слоем, используемого для удаления аэрозолей из движущегося газового потока. В одном варианте выполнения волокнистый слой в сборе содержит опору волокнистого слоя, имеющую верхний конец, нижний конец и в значительной мере цилиндрическую стенку, проходящую между верхним и нижним концами, определяющую внешнее пространство выше по течению за стенкой и внутреннее пространство ниже по течению внутри стенки. Стенка имеет отверстия, чтобы позволять потоку газа перемещаться в целом свободно сквозь стенку из внешнего пространства выше по течению во внутреннее пространство ниже по течению. Волокнистый слой поддерживается опорой волокнистого слоя и в целом блокирует отверстия стенки, так что газовый поток проходит через волокнистый слой, передвигаясь из внешнего пространства выше по течению во внутреннее пространство ниже по течению. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и имеет верхний конечный край, нижний конечный край, поверхность, находящуюся выше по течению, и поверхность, находящуюся ниже по течению. Основание, смежное с нижним концом опоры волокнистого слоя, блокирует движение газового потока вниз через нижний край внутреннего пространства ниже по течению. Рядом с верхним концом опоры волокнистого слоя выполнено отверстие для выхода газового потока из внутреннего пространства ниже по течению. Газонепроницаемая оболочка отделена выше по течению от поверхности волокнистого слоя, находящейся ниже по течению, на нижнем конечном крае волокнистого слоя. Оболочка имеет верхний конец и нижний конец и сконструирована блокировать течение газового потока в по меньшей мере часть волокнистого слоя, чтобы обеспечивать защищенную от газа дренажную область в волокнистом слое между газонепроницаемой оболочкой и поверхностью волокнистого слоя, находящейся ниже по течению, для отвода аэрозолей из волокнистого слоя.
[0007] В другом варианте выполнения волокнистый слой в сборе содержит опору волокнистого слоя, имеющую верхний конец, нижний конец и в значительной мере цилиндрическую стенку, простирающуюся между верхним и нижним концами, определяющую внешнее пространство выше по течению за стенкой и внутреннее пространство ниже по течению внутри стенки. Стенка имеет отверстия, чтобы позволять газовому потоку перемещаться в целом свободно через стенку из внешнего пространства выше по течению во внутреннее пространство ниже по течению. Волокнистый слой поддерживается опорой волокнистого слоя и в целом блокирует отверстия стенки, так что газовый поток проходит через волокнистый слой, передвигаясь из внешнего пространства выше по течению во внутреннее пространство ниже по течению. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и имеет верхнюю часть, нижнюю часть, поверхность, находящуюся выше по течению, и поверхность, находящуюся ниже по течению. Основание, смежное с нижним концом опоры волокнистого слоя, блокирует движение потока газа вниз через нижний край внутреннего пространства ниже по течению. Рядом с верхним концом опоры волокнистого слоя выполнено отверстие для выхода газового потока из внутреннего пространства ниже по течению. Основание содержит верхнюю стенку для блокирования нисходящего течения газового потока во внутреннем пространстве ниже по течению, боковую стенку, проходящую вниз из верхней стенки и в целом напротив части поверхности волокнистого слоя, находящейся ниже по течению, для блокирования течения газового потока из волокнистого слоя в пространство ниже по течению через указанную часть поверхности, находящейся ниже по течению, и кромку, выступающую из боковой стенки под нижней частью волокнистого слоя.
[0008] В другом аспекте этого изобретения волокнистый слой в сборе для туманоуловителя с волокнистым слоем используется, чтобы удалять аэрозоли из движущегося газового потока. Волокнистый слой в сборе содержит опору волокнистого слоя, имеющую стенку, определяющую пространство выше по течению и пространство ниже по течению. Стенка имеет отверстия, чтобы давать возможность газовому потоку перемещаться в целом свободно через стенку из пространства выше по течению в пространство ниже по течению. Волокнистый слой поддерживается опорой волокнистого слоя и в целом блокирует отверстия стенки, так что газовый поток проходит через волокнистый слой, передвигаясь из пространства выше по течению в пространство ниже по течению. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и имеет верхнюю часть, нижнюю часть, поверхность, находящуюся выше по течению, и поверхность, находящуюся ниже по течению. Основание содержит кромку, выступающую под нижней частью волокнистого слоя, и колено, выходящее вниз из основания. Колено имеет внутри канал для дренажа собранных аэрозолей, собранных волокнистым слоем в сборе, канал набит волокнистым набивочным материалом, имеющим плотность большую, чем плотность волокнистого слоя.
[0009] Другие цели и признаки будут частью понятны и частью показаны в дальнейшем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] На фиг.1 представлен общий вид туманоуловителя с волокнистым слоем, включающего первый вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0011] на фиг.2 представлено схематическое изображение продольного сечения волокнистого слоя в сборе, проходящего в плоскости прямой 2--2, представленной на фиг.1;
[0012] на фиг.3 представлено увеличенное изображение части фиг.2, показывающее дренажные элементы нижней части волокнистого слоя в сборе;
[0013] на фиг.4 представлено изображение, аналогичное фиг.2, показывающее примерные размеры;
[0014] на фиг.5 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее второй вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0015] на фиг.6 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее третий вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0016] на фиг.7 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее четвертый вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0017] на фиг.8 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее пятый вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0018] на фиг.9 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее шестой вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0019] на фиг.10 представлено схематическое изображение продольного сечения, показывающее седьмой вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения;
[0020] на фиг.11 представлено увеличенное изображение части фиг.10; и
[0021] на фиг.12 представлено частичное схематическое изображение продольного сечения, показывающее седьмой вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения.
[0022] Соответствующие ссылочные обозначения показывают соответствующие части на всех чертежах.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
[0023] Со ссылкой на чертежи и, в частности, на фиг.1, туманоуловитель, обозначенный в общем позицией 20, относится к типу, который может быть размещен в трубопроводе потока газа для удаления аэрозолей из газового потока. Туманоуловитель 20 содержит бак, обозначенный в общем позицией 24, содержащий съемную крышку 26, герметично прикрепленную к баку для того, чтобы закрывать открытый верх бака. Монтажная плита 30 в баке разделяет бак на верхнюю камеру 32 и нижнюю камеру 34. Туманоуловитель 20, представленный на фиг.1, является «прямоточным» туманоуловителем, в котором газовый поток проходит прямо из нижней камеры 34 в верхнюю камеру 32 через отверстие 38 в монтажной плите 30. Бак 24 содержит вход 40 газового потока для поступления газового потока 42, содержащего аэрозоли, в нижнюю камеру 34 бака, и выход 44 отфильтрованного, чистого газового потока, гидравлически соединенный с верхней камерой 32 в баке для обеспечения выхода отфильтрованного, чистого газа 46 из туманоуловителя в вытяжку или другое оборудование для обработки (не показано). Внешняя дренажная труба 48, расположенная в нижней части бака 24 или возле нее, отводит аэрозоли, собирающиеся в нижней части бака.
[0024] Волокнистый слой в сборе, обозначенный в общем позицией 50, расположен в нижней камере 34 бака 24 и имеет в целом трубчатую форму с закрытым низом и открытым верхом. Волокнистый слой в сборе 50 герметично установлен на монтажной плите 30 таким образом, что открытый верх волокнистого слоя в сборе совмещен с отверстием 38 в монтажной плите. Газ не может течь из нижней камеры 34 в верхнюю камеру 32 без прохождения в прямом направлении (показано стрелками 42, 46 на фиг.1-3) через волокнистый слой в сборе 50. Волокнистый слой в сборе 50 закреплен в баке 24 на монтажной плите 30 таким образом, чтобы волокнистый слой в сборе свисал с монтажной плиты. Волокнистый слой в сборе 50 снижает очень высокое процентное содержание аэрозолей в газовом потоке 42. Дренаж аэрозолей происходит способом, который будет описан позже.
[0025] Обращаясь к фиг.1-3, волокнистый слой в сборе 50 содержит опору волокнистого слоя, обозначенную в общем позицией 56, имеющую верхний и нижний концы 58, 60 и в целом цилиндрическую газонепроницаемую стенку 62, проходящую между верхним и нижним концами. В представленном варианте выполнения стенка 62 содержит цилиндрический внутренний экран 66 и цилиндрический внешний экран 68, концентрически размещенные на расстоянии в радиальном направлении относительно продольной оси 72. Стенка 62 определяет и отделяет внутреннее (находящееся ниже по течению) пространство 80 внутри внутреннего экрана 66 от внешнего (находящегося выше по течению) пространства 82 в баке 24, но снаружи внешнего экрана 68. Следует понимать, что стенка 62 может иметь различные конструкции (например, только с одним экраном или без экрана) без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Внутренний и внешний экраны 66, 68 имеют в целом ячеистую структуру, так что они оба содержат относительно большие отверстия, позволяющие газовому потоку перемещаться в целом свободно через внутренний и внешний экраны из внешнего пространства 82 выше по течению во внутреннее пространство 80 ниже по течению. Как показано на фиг.2, экраны 66, 68 соединены с кольцеобразной кромкой 90 хомута 92, закрепленного на монтажной плите 30 подходящими крепежными деталями 96. Хомут 92 содержит цилиндрическую стенку 98, проходящую вниз от кромки 90 по внутренней поверхности (находящейся ниже по течению) внутреннего экрана 66.
[0026] Волокнистый слой, в общем обозначенный позицией 100, волокнистого слоя в сборе 50 расположен в пространстве между внутренним и внешним экранами 66, 68 и по существу заполняет пространство и закрывает отверстия в экранах, в результате чего газовый поток 42 вынужден проходить через волокнистый слой 100 при перемещении из внешнего пространства 82, окружающего волокнистый слой в сборе 50, во внутреннее пространство 80 внутри волокнистого слоя в сборе (см. фиг.2). Волокнистый слой 100 герметично крепится своим верхним концом к кольцеобразной кромке 90 хомута 92.
[0027] Волокнистый слой 100 содержит верхний конечный край 100T, нижний конечный край 100B, поверхность 100U, находящуюся выше по течению, смежную с внешним пространством 82 выше по течению, и поверхность 100D, находящуюся ниже по течению, смежную с внутренним пространством 80 ниже по течению (фиг.2). Волокнистый слой 100 содержит собирающую волокнистую среду 102, которая может быть образована различными способами. Например, она может быть образована намоткой стекловолоконного жгута, изготовленного из собирающих волокон, вокруг цилиндрического опорного экрана (т.е. намотанный слой), как описано в патенте США №4915714 (Teague, et al.), или волокнистый слой 100 может иметь форму матрицы из собирающих волокон, обернутой вокруг цилиндрического опорного экрана или натянутой на него как рукав, как описано в патенте США №5605748 (Kennedy, et al). Аналогично настоящее изобретение не ограничивается материалом, из которого изготавливают собирающие волокна, или размером собирающих волокон. Например, собирающие волокна могут быть изготовлены из металлов (например, нержавеющей стали, титана, и т.п.), полимерных материалов (например, полиэстеров, поливинилхлорида, полиэтилен терефталата, нейлонов, полиэтилена, полипропилена, и т.п.), а также стекла. В случаях применения, где встречаются коррозионные условия и/или высокие температуры, использование химических стекловолокон является очень эффективным. Как правило, для создания волокнистого слоя используют волокна, имеющие диаметр от 5 мкм или менее до более чем 200 мкм, а также сочетания волокон, изготовленных из различных материалов с различным диаметром. Более того, волокнистый слой 100 может содержать дополнительные функциональные компоненты, такие как усилительные сетки и слои контроля вторичного уноса или дренажные слои, как описанные в патенте США №4086070 (Argo et al.) и патенте США №7416576 (Ziebold et al.), которые включаются в данное описание при помощи ссылки. Как показано на фиг.3, волокнистый слой 100 содержит дренажную среду 110, расположенную непосредственно рядом с внутренним экраном 66 опоры 56 волокнистого слоя и проходящую по существу на всю длину (высоту) волокнистого слоя. Практическая методика выбора типа и размера волокон, применяемых для собирающей среды и дренажной среды, и способа создания волокнистого слоя 100 и закрепления слоя на опоре 56 волокнистого слоя таким образом, чтобы получить желаемую объемную плотность, долю свободного объема, падение давления и дренажные свойства, и достичь желаемой эффективности отделения при определенных расчетных рабочих условиях (например, содержании твердых частиц, скорости газового потока, и т.д.) известна специалистам в данной области техники и легко адаптируется в конструкции волокнистого слоя в сборе 50 в соответствии с настоящим изобретением.
[0028] Обращаясь к фиг.2 и 3, волокнистый слой в сборе 50 дополнительно содержит основание, в общем обозначенное позицией 120, расположенное рядом с нижними концами опоры 56 волокнистого слоя и волокнистого слоя 100. Основание 120 состоит из воздухонепроницаемого материала (например, нержавеющей стали) и действует как уплотнение для того, чтобы блокировать движение газового потока 46 вниз через нижний край внутреннего пространства 80 ниже по течению. В результате газовый поток вынужден подниматься вверх через отверстие 38 на верхнем конце опоры 56 волокнистого слоя. Основание 120 содержит верхнюю стенку 124, проходящую в радиальной плоскости относительно продольной оси 72, цилиндрическую боковую стенку 126, проходящую вниз из верхней стенки, и кольцеобразную кромку 130, проходящую в основном в радиальном направлении из нижнего конца боковой стенки 126 и лежащую под нижними концами экранов 66, 68 и волокнистого слоя 100. Предпочтительно верхняя и боковая стенки 124, 126 имеют форму и размер, в целом совпадающие с контуром внутреннего пространства 80 ниже по течению для того, чтобы блокировать выход газа в направлении вниз по течению.
[0029] Газонепроницаемая оболочка 134 размещена на расстоянии D выше по течению от поверхности 100D волокнистого слоя 100, находящейся ниже по течению для обеспечения защищенной от газа дренажной области 136 между оболочкой 134 и поверхностью 100D волокнистого слоя, находящейся ниже по течению. Расстояние D может быть разным (см., например, фиг.12). В варианте выполнения, показанном на фиг.2 и 3, расстояние D таково, что оболочка покрывает поверхность 100U волокнистого слоя 100, находящуюся выше по течению, на нижнем конечном крае 100B волокнистого слоя. Оболочка 134 выполнена для функционирования в качестве внешнего барьерного слоя для того, чтобы блокировать течение газового потока 42 в дренажную область 136 волокнистого слоя 100 из внешнего пространства 82 выше по течению. Оболочка 134 имеет в целом цилиндрическую форму, а также содержит верхний и нижний концы. Нижний конец оболочки 134 расположен на расстоянии над кромкой 130 основания 120 для того, чтобы определять дренажное отверстие 140, через которое обеспечивается доступ к волокнистому слою 100 между оболочкой и основанием, для дренажа аэрозолей из волокнистого слоя. Предпочтительно высота дренажного отверстия 140 является относительно малой (например, до двух дюймов), чтобы уменьшить величину площади поверхности, открытой для газа, поступающего из поверхности 82 выше по течению. Предпочтительно оболочка 134 проходит в высоту выше верхней стенки 124 основания 120, так что аэрозоли, собирающиеся на верхней стенке, ограждаются от газового потока 42 оболочкой.
[0030] Как объясняется выше, оболочка 134 предназначена для защиты нижнего конечного края 100B волокнистого слоя 100 от газового потока 42. Любые аэрозоли в этой дренажной области 136 волокнистого слоя 100 подвергаются существенно меньшему увлечению газовым потоком, чем лежащая выше область волокнистого слоя. В результате аэрозоли в этой области легко отводятся под воздействием силы тяжести в нижний конец волокнистого слоя 100 для удаления через дренажное отверстие 140 и дренажную трубу 48 (см. фиг.1). Этот процесс более подробно описывается позже.
[0031] Оболочка 134 состоит из подходящего газонепроницаемого материала и может быть образована одним слоем или несколькими слоями одного и того же или различных материалов. Примерные материалы включают металл, стойкий к рабочим условиям, стекло, PTFE (политетрафторэтилен), PFA (перфторалкокси сополимерная смола), PE (полиэтилен), PP (полипропилен), PPS (полифениленсульфид) или другие подходящие тонкослойные материалы, которые непроницаемы или полунепроницаемы для газового потока при рабочих условиях. В одном примере оболочка 134 состоит из термосвариваемого материала, такого как PFA, обернутого вокруг опоры 56 волокнистого слоя и закрепленного на месте посредством перекрывающегося сварного шва. Используемый материал имеет подходящую толщину, например, в диапазоне от 0,001 до 0,500 дюйма.
[0032] Волокнистый слой в сборе 50 также содержит газонепроницаемый внутренний барьер, обозначенный в общем позицией 150, по меньшей мере часть которого располагается в волокнистом слое 100, как правило, в его нижнем крае 100B для того, чтобы блокировать течение газового потока 42 через волокнистый слой за внутренний барьер. Как лучше показано на фиг.3, внутренний барьер 150 содержит первую (нижнюю) часть 150L, расположенную в целом на расстоянии от и напротив оболочки 134 на поверхности внутреннего барьера, находящейся выше по течению, и в целом на расстоянии от и напротив боковой стенки 126 на поверхности внутреннего барьера, расположенной ниже по течению. Нижняя часть 150L содержит нижний конец, расположенный на расстоянии выше кольцеобразной кромки 130 основания 120 для того, чтобы обеспечивать зазор 154 для отведения аэрозолей вдоль кромки 130 в радиальном внешнем направлении к дренажному отверстию 140 между оболочкой 134 и кромкой. Верхний конец нижней части 150L внутреннего барьера 150 проходит вверх до места выше верхней стенки 124 основания 120. Вторая (средняя) часть 150M внутреннего барьера 150 проходит от верхнего конца нижней части 150L до границы с поверхностью 100D волокнистого слоя 100, расположенной ниже по течению. Третья (верхняя) часть 150U внутреннего барьера 150 проходит вверх от верхнего конца средней части 150M вдоль поверхности 100D волокнистого слоя 100, расположенной ниже по течению, на высоту, примерно ту же, что и верхний конец внешней оболочки 134. Верхняя часть 150U внутреннего барьера 150 находится выше верхней стенки 124 основания 120 на расстоянии до 10 дюймов для того, чтобы обеспечивать отводной зазор 160. Аэрозоли, собранные на верхней стенке 124 основания 120, текут через этот зазор 160 в волокнистый слой 100 и затем движутся вниз через волокнистый слой сквозь канал 164, определенный между внутренним барьером 150 и боковой стенкой 126 основания к кромке 130 основания. Оттуда аэрозоли могут проходить через дренажный зазор 154 между внутренним барьером 150 и кромкой 130 к поверхности 100U волокнистого слоя 100, находящейся выше по течению, для дренирования волокнистого слоя посредством дренажного отверстия 140.
[0033] Внутренний барьер 150 состоит из подходящего газонепроницаемого материала и может быть образован одним слоем или несколькими слоями одного и того же или различных материалов. Примеры материалов включают металл, стойкий к рабочим условиям, стекло, PTFE (политетрафторэтилен), PFA (перфторалкокси сополимерная смола), PE (полиэтилен), PP (полипропилен), PPS (полифениленсульфид) или другие подходящие тонкослойные материалы, которые непроницаемы или полунепроницаемы для газового потока при рабочих условиях. Используемый материал имеет подходящую толщину, например, в диапазоне от 0,001 до 0,500 дюйма.
[0034] Исключительно в качестве примера, собирающая волокнистая среда 102 и дренажная волокнистая среда 110, показанные на фиг.2 и 3, могут содержать большое количество слоев собирающих волокон и дренажных волокон, соответственно, в результате чего волокнистый слой 100 имеет общую толщину между внутренним и внешним экранами 66, 68 в радиальном направлении примерно до шести дюймов. В одном примере дренажная среда 110 содержит от 1 до 10 слоев на поверхности 100D волокнистого слоя, расположенной ниже по течению, а собирающая среда 102 содержит от 1 до 10 слоев между внутренним барьером 150 и дренажным слоем 110 и большее количество слоев между внутренним барьером и внешней оболочкой 134.
[0035] При функционировании газовый поток 42 входит в туманоуловитель 20 через вход 40 и движется через волокнистый слой 100 из внешнего пространства 82 выше по течению во внутреннее пространство 80 ниже по течению. Оттуда газовый поток 46 выходит в отверстие 38 в верхнем конце волокнистого слоя 100 и движется через выход 44 уловителя 20. Когда газовый поток 42 перемещается через волокнистый слой 100, аэрозоли в газовом потоке накапливаются на собирающих волокнах 102, и большая часть собранных аэрозолей перемещается, увлекаемая газовым потоком, на сторону 100D волокнистого слоя, находящуюся ниже по течению. Жидкость затем движется при помощи капиллярного действия в защищенную от газа дренажную область 136 в нижнем конечном крае 100B волокнистого слоя 100 или отводится вниз по внутренней поверхности 100D волокнистого слоя, находящейся ниже по течению (через дренажную среду 110), на верхнюю стенку 124 основания 120. Жидкость, собирающаяся на верхней стенке 124, может проходить через отводной зазор 160, вниз через канал 164 и затем вдоль кромки 130 через зазор 154 между внутренним барьером 150 и кромкой к дренажному отверстию 140 на внешнем крае кромки основания.
[0036] Для более эффективной работы боковая стенка 126 основания 120 должна выступать во внутреннее пространство ниже по течению на расстояние D1 (фиг.3), так что аэрозоли, собирающиеся в защищенной от газа дренажной области 136 волокнистого слоя 100, могут создавать напор, больший, чем перепад давления при максимальных рабочих условиях между высшим давлением во внешнем пространстве 82 выше по течению и низшим давлением во внутреннем пространстве 80 ниже по течению. В результате жидкость в этой области будет под действием силы тяжести отводиться вниз на кромку 130 основания 120 и выходить из дренажного отверстия 140. D1 можно вычислить при помощи следующей формулы:
<mrow><mi>D</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>62,4</mn><mo>×</mo><mi>S</mi><mi>F</mi><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>P</mi><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>P</mi><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>D</mi><mi>F</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
2
2
3
ρ
DF
где: SF=запас прочности (например, от 1,05 до 1,2); P1=статическое давление во внешнем пространстве 82 выше по течению (фунтов/дюйм); P2=статическое давление во внутреннем пространстве 80 ниже по течению (фунтов/дюйм); и =плотность отводимой жидкости при рабочей температуре (фунтов/фут). В общем, D1 составляет от 5% до 30% общей осевой длины волокнистого слоя 100, в зависимости от расчетного падения давления в волокнистом слое и плотности жидкости. D1, как правило, не превышает примерно 50 дюймов.
[0037] На фиг.4 представлено изображение волокнистого слоя в сборе 50 с примерными размерами. Эти размеры будут разниться в зависимости от случаев применения, как будет понятно специалистам в этой области техники. В данном примере хомут 92 и основание 120 волокнистого слоя в сборе 50 изготовлены из нержавеющей стали, а волокнистый слой 100 изготовлен из 6-10 микронного стекловолокна, упакованного до плотности 8-20 фунтов на кубический фут. Внешний экран 68 изготовлен из проволоки, имеющей наружный диаметр 0,105 дюйма, сваренной контактной сваркой так, чтобы образовывать отверстия 2 на 2 дюйма, а внутренний экран 66 создан из проволоки, имеющей наружный диаметр 0,148 дюйма, сваренной контактной сваркой так, чтобы образовывать отверстия 2 на 2 дюйма. Могут использоваться и другие размеры и материалы.
[0038] На фиг.5 представлено изображение второго варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 250. Волокнистый слой в сборе 250 похож на волокнистый слой в сборе 50 первого варианта выполнения, и соответствующие элементы обозначены соответствующими ссылочными обозначениями, плюс 200. Разница между первым и вторым вариантами выполнения заключается в том, что во втором варианте выполнения волокнистый слой в сборе 250 не имеет внутреннего барьера, соответствующего внутреннему барьеру 150 первого варианта выполнения. Жидкость, отводимая вниз в волокнистом слое 300, и жидкость, собирающаяся на верхней стенке 324 основания 320, впитывается в защищенную от газа дренажную область 336 в нижнем крае 300B волокнистого слоя 300, созданную между внешней оболочкой 334 и боковой стенкой 326 основания, для выхода через дренажное отверстие 340 между нижним концом оболочки 334 и кромкой 330 основания.
[0039] На фиг.6 представлено изображение третьего варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 350. Волокнистый слой в сборе 350 похож на волокнистый слой в сборе 50 первого варианта выполнения, и соответствующие элементы обозначены соответствующими ссылочными обозначениями, плюс 300. Разница между первым и третьим вариантами выполнения заключается в том, что в третьем варианте выполнения волокнистый слой в сборе 350 не имеет оболочки или внутреннего барьера, соответствующих оболочке 134 и внутреннему барьеру 150 первого варианта выполнения. Однако боковая стенка 426 основания 420 все же препятствует движению газового потока через нижний край 400B волокнистого слоя 400, таким образом, создавая защищенную от газа дренажную область 436, подобную защищенной от газа дренажной области первого варианта выполнения, хотя степень защиты меньше, чем в предыдущих двух вариантах выполнения. Жидкость, отводящаяся вниз в волокнистом слое 400, и жидкость, собирающаяся на верхней стенке 424 основания 420, просачивается в защищенную от газа дренажную область 436 в нижнем конечном крае 400B волокнистого слоя и движется вниз к кромке 430 основания для отведения через внешний граничный край кромки.
[0040] На фиг.7 представлено изображение четвертого варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 450. Волокнистого слоя в сборе 450 по существу идентично волокнистому слою в сборе 350 третьего варианта выполнения, за исключением того, что на верхней стенке 524 основания 520 располагается поглощающая прокладка 452, чтобы поглощать жидкость, собирающуюся на основании. Прокладка 452 может изготавливаться из подходящего материала, стойкого к рабочим условиям, такого как углеродистая сталь, нержавеющая сталь типа 304, нержавеющая сталь типа 316, или другой сплав, считающийся подходящим, или полимерных материалов, таких как PTFE (политетрафторэтилен), PFA (перфторалкоксил сополимерная смола), PE (полиэтилен), PP (полипропилен), PPS (полифениленсульфид) или другого подходящего материала, такой как ячеистые слои из гнутой проволоки диаметра 6-11 милей, упакованные до плотности 5-12 фунтов на кубический фут. Прокладка 452 может образовываться только одним слоем материала, или она может образовываться несколькими слоями одного и того же или разных материалов. Предпочтительно прокладка 452 имеет такой размер, что ее внешняя граница соприкасается или находится близко у поверхности 500D волокнистого слоя 500, находящейся ниже по течению, так что аэрозоли, отводящиеся вниз по этой поверхности, впитываются прокладкой. В случае, если прокладка 452 насытится жидкостью, избыточная жидкость будет просачиваться в волокнистый слой 500 и отводиться вниз через защищенную от газа дренажную область 536 в нижнем конечном крае 500B волокнистого слоя к кромке 530 основания 520 для отведения через внешний граничный край кромки.
[0041] На фиг.8 представлено изображение пятого варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 550. Волокнистый слой в сборе 550 по существу идентичен волокнистому слою в сборе 450 четвертого варианта выполнения, за исключением того, что на верхней стенке основания под первой поглощающей прокладкой 552, идентичной поглощающей прокладке 452 четвертого варианта выполнения, располагается вторая поглощающая прокладка 554 собирающей волокнистой среды. Вторая прокладка 554 предпочтительно изготавливается из собирающей волокнистой среды типа, который описан выше относительно волокнистого слоя 100, но прокладка 554 имеет объемную плотность больше (например, в шесть-семь раз больше) чем объемная плотность собирающей волокнистой среды 102 в волокнистом слое 100. Прокладка 554 может быть образована только из одного слоя материала, или она может быть образована из нескольких слоев одного и того же или различных материалов. Как прокладка 552 над ней, прокладка 554 собирающей волокнистой среды имеет такой размер, что ее внешняя граница соприкасается или располагается близко с поверхностью волокнистого слоя 600, находящейся ниже по течению, так что аэрозоли, отводящиеся вниз по этой поверхности, поглощаются прокладкой 554. В случае, если прокладка насытится жидкостью, избыточная жидкость будет просачиваться в волокнистый слой 600 и отводиться вниз через защищенную от газа дренажную область 636 в нижнем конечном крае 600B волокнистого слоя к кромке 630 основания 620 для отведения через внешний граничный край кромки.
3
[0042] На фиг.9 представлено изображение шестого варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 650. Волокнистый слой в сборе 650 подобен волокнистому слою в сборе 350 третьего варианта выполнения (см. фиг.6), за исключением того, что волокнистый слой в сборе 650 содержит колено 656, проходящее вниз из верхней стенки 724 основания 720. Колено 656 содержит внутренний канал 658 для отвода аэрозолей, собранных волокнистым слоем в сборе 650. Например, колено 656 может быть трубой, определяющей канал 658. Канал 658 набит волокнистым набивочным материалом 660, имеющим плотность большую, чем плотность волокнистого слоя 700. Например, кроме прочего, набивочный материал 660 может иметь плотность упаковки в диапазоне от 5 до 50 фунтов/фут. Минимальная длина L колена может быть определена по следующей формуле:
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>62,4</mn><mo>×</mo><mi>S</mi><mi>F</mi><mo>×</mo><mi>d</mi><mi>P</mi></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>ж</mi><mi>и</mi><mi>д</mi><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>ь</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
где SF=расчетный запас прочности (например, от 1,05 до 1,2);
2
3
ρ
жидкость
dP=максимальное расчетное падение давления по волокнистому слою (фунтов/дюйм); и =плотность отводимой жидкости при рабочих условиях (фунтов/фут).
[0043] Аэрозоли, собирающиеся на верхней стенке 724 основания 720, будут отводиться в колено 656 для поглощения набивочным материалом 660, или просачиваться в защищенную от газа дренажную область 736 в нижнем конечном крае 700B волокнистого слоя и пойдут вниз к кромке 730 основания 720 для отвода за внешний граничный край кромки. Преимущество этой конструкции над обычными конструкциями шлюзового затвора заключается в том, что нет необходимости в чашеобразном уплотнителе. Также длина колена 656 с набивкой может быть меньше, чем длина обычного шлюзового затвора.
[0044] На фиг.10 и 11 представлены изображения седьмого варианта выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 750. Волокнистый слой в сборе 750 содержит опору 756 волокнистого слоя и волокнистый слой 800, подобно предыдущим вариантам выполнения. Волокнистый слой в сборе также содержит основание 820 в форме шляпы-цилиндра, имеющее верхнюю стенку 824, относительно короткую боковую стенку 826 (по сравнению с боковыми стенками основания первых двух вариантов выполнения), и кольцеобразную кромку 830, выступающую в основном в радиальном направлении из боковой стенки рядом с ее нижним концом. Газонепроницаемая оболочка 834 проходит вверх из кольцеобразной кромки 830 на расстоянии от боковой стенки 826 основания 820 и покрывает поверхность волокнистого слоя 800, находящуюся выше по течению, на нижнем конечном крае 800B волокнистого слоя, расположенном между оболочкой 834 и боковой стенкой 826 основания. В показанном варианте выполнения оболочка 834 проходит вверх из внешнего граничного края кромки 830. Оболочка 834 имеет верхний конец на высоте ниже верхней стенки 824 основания и нижний конец, прикрепленный к кольцеобразной кромке 830 таким образом, что на внешней границе кромки отсутствует дренажное отверстие, как в первых двух вариантах выполнения. Оболочка 834 выполнена так, чтобы блокировать течение газового потока в волокнистый слой 800 из внешнего пространства выше по течению, таким образом создавая защищенную от газа дренажную область 758 между оболочкой 834 и боковой стенкой 826 основания 820 на нижнем конечном крае 800B волокнистого слоя 800, как в первых двух вариантах выполнения.
[0045] По меньшей мере одна, а предпочтительно две или больше дренажных труб 760 проходят вверх через кромку 830 основания 820 на высоту чуть ниже верхнего конца оболочки 834. Как показано на фиг.11, сифонный колпачок 764 размещается над каждой дренажной трубой 760. Колпачок 764, который встроен в нижний конечный край 800B волокнистого слоя 800, имеет верхнюю стенку 768 и цилиндрическую боковую стенку 768, которая проходит вниз до места, находящегося на расстоянии над кромкой 830 основания 820 для того, чтобы определять вход 770 сифонного колпачка, смежный с кромкой, для впуска жидкости вовнутрь колпачка. Дренажная труба 760 имеет внешний диаметр, меньший, чем внутренний диаметр колпачка 764, и высоту над кромкой 830, меньшую, чем высота верхней стенки 768 трубы над кромкой. Система позиционирования дренажной трубы содержит направляющие элементы 776 на колпачке 764, выполненные с возможностью взаимодействия с внешней стенкой и верхом дренажной трубы 760 для того, чтобы удерживать дренажную трубу на расстоянии от колпачка и обеспечивать проточный канал или желоб 780, проходящий от входа 770 колпачка до отверстия 782 в дренажной трубе, расположенного на высоте над входом колпачка. В показанном варианте выполнения отверстие 782 определяется открытым верхом трубы, но возможны и другие конфигурации. Вход колпачка 770, проточный канал 780, дренажное отверстие 782 и дренажная труба 760 определяют сифонный проток для сифонирования жидкости из защищенной от газа дренажной области 800B. Жидкость, текущая в дренажную трубу 760, отводится вниз в нижний конец трубы под кромку 830 основания 820 для вывода жидкости из трубки с целью надлежащего удаления.
[0046] Конструкция такова, что, когда аэрозоли отводятся в защищенную от газа дренажную область 758, жидкость будет течь через вход(-ы) 770 сифонного колпачка и в проточный(-е) канал(-ы) 780, пока уровень собранной жидкости не поднимется выше дренажного(-ых) отверстия(-ий) 782 дренажной(-ых) трубы (труб) 760. Жидкость затем отводится вниз через трубу(трубы) 760, создавая сифонирующий эффект, который эффективен для отвода по существу всей жидкости из дренажной области 758 по вышеуказанному сифонному протоку. Преимущество этой конструкции состоит в том, что длина (высота) боковой стенки 826 основания может быть уменьшена по сравнению с конструкциями первых пяти вариантов выполнения.
[0047] Дренажная труба 760, сифонный колпачок 764 и направляющие элементы 776 могут иметь другие конфигурации без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
[0048] На фиг.12 представлено частичное схематическое изображение продольного сечения, показывающее восьмой вариант выполнения волокнистого слоя в сборе настоящего изобретения, в общем обозначенного позицией 850. За исключением того, что описывается ниже, этот вариант выполнения идентичен волокнистому слою в сборе 50 первого варианта выполнения, и соответствующие части обозначены соответствующими ссылочными обозначениями с добавлением знака штриха ('). В этом варианте выполнения газонепроницаемая внешняя оболочка 134' располагается внутри (встроена в) волокнистого слоя 100'. То есть оболочка 134' находится на расстоянии D2 ниже по течению от поверхности 100U' волокнистого слоя, находящейся выше по течению. Указанная конструкция защищает оболочку 134' от повреждения. Расстояние D2 может быть любым расстоянием, пока оболочка 134' установлена так, чтобы работать в качестве барьера для блокирования течения газового потока 42' по меньшей мере в часть нижнего края 100B' волокнистого слоя 100', так что жидкость может отводиться вниз через защищенную от газа дренажную область 136' для выхода из волокнистого слоя в сборе 850.
[0049] Внутренний барьер 150' в варианте выполнения на фиг.12 может также размещаться на любом расстоянии от поверхности 100D' волокнистого слоя 100', находящейся ниже по течению. Кроме того, внутренний барьер 150' может быть полностью исключен, как в варианте выполнения на фиг.5.
[0050] После подробного описания изобретения будет понятно, что возможны модификации и изменения без выхода за пределы объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
[0051] Следующие неограничивающие примеры предоставлены для дополнительной демонстрации настоящего изобретения.
[0052] При представлении элементов настоящего изобретения или его предпочтительного варианта (вариантов) выполнения слова в единственном числе, а также слова «этот» и «указанный» подразумеваются обозначающими, что имеется один или более указанных элементов. Предполагается, что термины «содержит», «включает» и «имеет» являются инклюзивными и означают, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.
[0053] Принимая во внимание вышеуказанное, очевидно, что были достигнуты несколько целей изобретения и получены другие полезные результаты.
[0054] Поскольку в вышеуказанных структурах и процессах могут производиться различные изменения без выхода за пределы объема изобретения, предполагается, что все материалы, содержащиеся в описании выше и показанные на прилагающихся чертежах, должны интерпретироваться в качестве примеров, а не в ограничивающем смысле.