Устройство для очистки жидкости от газовых примесей (деаэратор, дегазатор, испаритель)
DEVICE FOR CLEANING LIQUID FROM GAS IMPURITIES (DE-AERATOR, DEGASIFIER EVAPORATOR)

Изобретение относится к области энергетики, нефтехимии и может быть использовано в системах питания котельных установок, в теплофикационных системах, системах разделения жидких и газовых фаз, а также в других отраслях народного хозяйства (например, в пищевой, молочной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности).
Известен деаэратор, в цилиндрическом корпусе которого размещены элементы, которые включают подвод воды, распределительный коллектор, перепускные короба, тарелки с отверстиями, по которым вода последовательно стекает из распределительного коллектора, и барботажный лист.
В корпусе предусмотрен отсек для подвода греющей среды, при входе в который вода закипает, отделившийся пар поступает под барботажный лист и отводится (см. Каталог-справочник "Деаэраторы вакуумные", стр. 7, фиг. 5, 18, 7, 71, НИИИнформаш, М., 1972).
Существует также атмосферный деаэратор смешивающего типа (См. Руководящие указания по эксплуатации атмосферных деаэраторов смешивающего типа.,стр. 8, фиг. 5, М., Л., 1947 г. ), основной поток деаэрируемой воды в котором поступает в распределительную колонку, дальше последовательно проходит через четыре расположенные одно под вторым корыта с отверстиями, существует также подвод греющего пара.
Во избежание смятия корпуса, деаэратор должен иметь гидравлические затворы. Во избежание чрезмерного повышения давления в деаэраторе предусмотрена установка предохранительного клапана.
Анализ обоих деаэраторов показал, что они сложны по конструкции, имеют большие габариты и вес, а также довольно низкую эксплуатационную надежность.
Наиболее близким техническим решением к заявленному по совокупности признаков и достигаемому результату является деаэратор (циклон, который отделяет пар), включающий корпус с соосно расположенными патрубками выхода воды и пара, и установленную в корпусе циклона камеру с тангенциальным патрубком ввода в нее деаэрируемой парожидкостной смеси (см. авторское свидетельство СССР №643202, дата подачи 11.04.1977, опубл. 25.01.1979, МПК В04С 5/10). Этот деаэратор принят в качестве прототипа.
Недостаток его состоит в низкой эффективности, поскольку процесс отделения пара от деаэрируемого потока совершается при исходном давлении и исходной температуре - к циклонной камере подводится парожидкостная смесь, то есть с постоянным количеством пара.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отделения парогазовой фазы посредством инициирования вскипания потока парожидкостной смеси на входе в циклонную камеру.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки жидкости от газовых примесей (деаэратор), содержащее корпус с расположенными в нем патрубками выхода жидкости и выпара, установленную в нем циклонную камеру с тангенциальными патрубками ввода деаэрируемой парожидкостной смеси, выполнено так, что на тангенциальных патрубках упомянутой циклонной камеры установлен по меньшей мере один перфорированный диск для снижения давления деаэрируемой среды, а нижняя часть циклонной камеры оснащена средством восстановления давления (улиткой), причем общая площадь отверстий перфорации в диске составляет 20-50% от площади поперечного сечения тангенциального патрубка, а расстояние, на котором расположен диск относительно оси циклонной камеры и перфорация в нем определяются соотношениями
где
D - диаметр поперечного сечения тангенциального патрубка ввода;
L - длина рабочего патрубка.
где
l - толщина перфорированного диска;
d - диаметр отверстия;
где:
f - площадь отверстий в диске;
F - площадь поперечного сечения тангенциального патрубка ввода;
β - объемное газосодержание (значение β находится в диапазоне от 0,4 до 0,95).
Кроме того, отличительной особенностью предлагаемого деаэратора является то, что на улитке параллельно патрубку ввода установлен патрубок выхода деаэрируемой среды, причем геометрические размеры улитки, а также угол входа в улитку деаэрируемой среды определяются соотношениями
где α - угол входа воды в улитку;
ц
D- диаметр циклона;
р
D - диаметр улитки;
Н - высота циклона.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид деаэратора, на фиг. 2 - разрез по А-А, на фиг. 3 - разрез по Б-Б, на фиг. 4 - вид С (увеличено, повернуто).
Деаэратор содержит корпус 1 с расположенными на нем патрубками 2 и 3 соответственно выхода воды и выпара, циклонную камеру 4, с тангенциальными патрубками 5 ввода деаэрируемой парожидкостной смеси, диска 6 с отверстиями 7, расположенного во фланцах разъема патрубка 5. Место установки диска 6 и размер отверстий 7 в нем, а также геометрические размеры улитки 8 определяются из приведенных выше соотношений.
Работа деаэратора осуществляется таким образом: исходная вода (с начальными параметрами давления и температуры) проходит через отверстия 7 диска 6 и вскипает в тангенциальном патрубке 5 за счет резкого снижения давления на решетке. Давление снижается ниже давления насыщения на 5-20%. Парожидкостный поток из патрубка 5 поступает в циклонную камеру 4, где обеспечивается закрутка парожидкостного потока с переходом всего потока во вращательное движение, благодаря чему давление жидкости в центре потока снижается, здесь создается граница раздела фаз. Толщина слоя жидкости определяется центробежными силами. Парогазовая смесь отделяется от слоя жидкости и отводится через патрубок 3 корпуса, а жидкость цельным закрученным потоком поступает через патрубок 2 в улитку 8.
Преимущества заявленного деаэратора по сравнению с прототипом состоят в инициировании вскипания потока на входе в рабочий участок и разделении парогазовой смеси и жидкости в циклоне.
Указанный эффект достигается размещением устройства снижения давления (местного сопротивления) на рабочем участке, который выполнен в виде перфорированного диска (диска с отверстиями, решетки), где площадь отверстий решетки составляет: f=F⋅(1-β). В потоке парожидкостной смеси прошедшем через местное сопротивление (отверстия диска) снижается давление до уровня более низкого, чем давление насыщения, на 5-20%. При этом происходит мгновенное вскипание потока и часть его переходит в парогазовую фазу.
В циклонную камеру 4 поступает парожидкостный поток и осуществляется механическое отделение парогазовой фазы от жидкости. В улитке 8 происходит восстановление давления жидкости. Давление после деаэратора 1 ниже давления до деаэратора на 22-37%.
Эффективность деаэратора обусловлена выбором конкретного места расположения перфорированного диска 6 на патрубке ввода в циклонную камеру 4 и площадью отверстий в перфорированном диске 6.
Максимальное достижение технического результата мгновенного вскипания жидкости и, как следствие, повышение эффективности устройства, определяется вышеприведенными соотношениями.
Если в первом соотношении допустить, что D/L меньше 0,76, то произойдет неполное вскипание потока, а газовая фаза не успеет отделиться от жидкости из-за невозможности формирования гомогенного газожидкостного режима течения. При данном соотношении больше 10 повышается гидравлическое сопротивление потока, уменьшается скорость, а парообразование не происходит.
Если взять за левую границу другого соотношения: l/d≤0,5, то появится недостаточное паросодержание, резко уменьшится паропроизводительность и образование парогазовой фазы в потоке.
За правой границей соотношения (если l/d≥2,4) увеличится гидравлическое сопротивление потока, уменьшится скорость и резко уменьшится паропроизводительность и образование парогазовой фазы в потоке.
Соотношением объемного паросодержания 0,4÷0,95 определяется площадь проходного сечения отверстий 7 перфорированного диска 6, и как следствие, производительность деаэратора и количество генерируемого пара.
Таким образом, технический результат заявленного устройства максимально эффективно будет проявляться при соблюдении приведенных выше соотношений в указанных границах. Однако при выходе за эти границы, как доказано выше, этот результат будет значительно хуже или не будет достигнут совсем.