Устройство для очистки теплоносителя нитрин

 

Изобретение относится к области систем с массообменными аппаратами, в частности к устройствам для очистки теплоносителя нитрин от примесей с помощью . ректификации. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства, сокращение времени очистки и потерь теплоносителя . В процессе работы устройства с помощью струйного насоса 7 организуется по

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„1445745 А1 (5D 4 В 01 D 3 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 4264048/31-26 (22) 16.06.87

{46) 23.12.88. Бюл. № 47 (71) Институт ядерной энергетики AH БССР (72) В. Б. Нестеренко, Л. A. Бида и Н. Г. Семенкевич (53) 66.015.23 (088.8 } (56) Авторское свидетельство СССР № 1018535, кл. G 21 D 1/02, 1981.

Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1973, с. 484. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НИТРИН (57) Изобретение относится к области систем с массообменными аппаратами, в частности к устройствам для очистки теплоносителя нитрин от примесей с помощью ректификации. Цель изобретения — повышение надежности работы устройства, сокращение времени очистки и потерь теплоносителя. В процессе работы устройства с помощью струйного насоса 7 организуется по1445745 стоянная циркуляция с требуемым расходом кубового остатка (смеси ХΠ— HNOz) из объема куба 10 в ректификационную колонну 8 через клапан 14, емкость 13 и регу. лирующее устройство 5. В емкости 13 кубовый остаток охлаждается и расслаивается. Нижний слой расслоившегося кубового остатка, обогащенный HNOq, накапливается во время работы в емкости 13 и после заполнения ее нижним слоем, что определяют по показаниям уровнемера 17, осуществляют его вывод из емкости 13, например, в систему специальной канализации.

После этого емкость 13 вновь заполняют

Изобретение относится к технологии теплоносителя, в частности к устройствам для очистки, и может быть использовано для очистки теплоносителя нитрин от азотной кислоты и продуктов коррозии конструкционных материалов в энергетических установках с замкнутым парожидкостным циклом.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства и сокращение времени очистки и потерь теплоносителя нит- щ рин, На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для очистки.

Устройство содержит насос 1, датчики

2 и 3 расхода, регулирующие устройства

4 — 6, струйный насос 7, ректификационную колонну (РК1 8, конденсатор 9 очищенного пара, куб 10, уровнемер 11 куба, нагреватель 12 куба, емкость 13 для сбора кубового остатка, клапаны 14 — 16, уровнемер

17 и датчик 18 температуры.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы энергетической установки происходит повышение концентрации

HNQ; в теплоносителе нитрин за счет, например, попадания воды в контур через 25 уплотнения вала турбины. Поэтому требуется постоянная очистка . теплоносителя нитрин от НХОФ и примесей, образующихся в результате коррозии конструкционных материалов при взаимодействии их с HNO>.

Одновременно с работой энергетической-уста- 0 новки должно работать устройство для очистки теплоносителя нитрин, содержащее в качестве одного из аппаратов РК.

Очистк-з теплоносителя нитрин в РК осуществляется при противопоточном контакте жидкого теплоносителя, представляющего собой смесь НХОФ вЂ” NOq и поступающего на питание РК, и пара, вырабатываемого кубом кубовым остатком из объема куба 10, и цикл повторяют. Во время проведения операций по опорожнению и загрузке кубовым остат- ком емкости 13 устройство для очистки работает в относительно устойчивом режиме.

При этом нижняя часть емкости 13 соединена с жидкостным пространством куба 10 на максимальном удалении, в пределах габаритов куба, от места подвода жидкости из ректификационной колонны 8 в куб 10, а куб и емкость 13 выполнены с размерами, удовлетворяющими соотношению ViV =

=1/5, где V — объем емкости 13; Vq— объем куба 10. 1 ил.

2 колонны, при,этом HNO и другие примеси накапливаются во время работы в кубовом остатке, а очищенный пар, представляющий собой ХОг с требуемым содержанием примесей, после его конденсации в конденсаторе очищенного пара возвращается в контур энергетической установки.

Устройство выводится на требуемый режим работы следующим образом.

После включения насоса 1, теплоноситель из контура энергетической установки через датчик 2 расхода, регулирующее устройство 4 и струйный насос 7 начинает поступать в РК 8. Открываются клапаны

14 и 15 и полностью заполняется емкость

13 теплоносителем с линии питания РК 8.

Затем до требуемого уровня заполняется куб 10, что контролирует по показаниям уровнемеп 11. При этом теплоноситель с линии питания РК 8 попадает в куб 10 через массообменную часть РК 8, а из куба 10— в емкость 13 через клапан 14. После этого включают нагреватель 12 куба 10.

Очистка теплоносителя нитрин от HNO н других примесей в РК 8 осуществляется при противоточном контакте на ее массообменных элементах жидкого теплоносителя, поступающего в PK 8 по линии питания от насоса, и пара, вырабатываемого кубом 10 колонны. Очищенный пар из РК 8 поступает в конденсатор 9, где он конденсируется, а образовавшаяся жидкость возвращается через регулирующее устройство 6 в контур энергетической установки. Требуемый расход питания жидкостью PK 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 4 по показаниям датчика 2 расхода, а давление в РК 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 6.

После выхода PK 8 на устойчивый режим работы и охлаждения (за- счет тепло1445745

1О

S5 обмена с окружающей средой) теплоносителя в емкости 13 до 20 — 25 Ñ, что практически соответствует температуре окружающей среды, определяется по показаниям датчика 18 температуры и является оптимальной температурой охлаждения кубового остатка, открывается регулирующее устрой ство 5, и теплоноситель из верхней части емкости 13 начинает поступать через датчик 3 расхода, регулирующее устройство 5 в камеру смешения струйного насоса 7, где в РК 8 для очистки. Смешанный поток поступает из струйного насоса 7 в РК 8.

Постоянный расход теплоносителя (кубового остатка) из верхней части емкости 13 в РК 8 через струйный насос 7 обусловливает наличие постоянного расхода кубового остатка из куба 10 в емкость 13 через клапан

14. Оптимальным расходом кубового остатка из объема куба 10 через клапан 14, емкость 13, регулирующее устройство 5, струйный насос 7 в РК 8 являетсч расход, равный 5Я по массе от расхода питания теплоносителя РК 8 (т.е., производительности колонны), который фиксируется датчиком 2 расхода. Данный расход кубового остатка из объема куба 10 через емкость

13 в РК 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 5 по показаниям датчиков 2 и 3 расхода, пои этом суммарный расход, ;.е. расход кубового остатка из объема куба 10 через емкость 13 в РК 8 и расход теплоносиеля, направляемого на питание РК 8 с помощью насоса 1, устанавJlHBBIGT равным расходу питания теплоносителя РК 8, который соответствует установившемуся режиму работы колонны.

Таким образом, в процессе работы предлагаемого устройства для очистки осуществляется постояннач циркуляция кубового остатка из объема куба 10 через емкость

13 в РК 8 с по;;ощью струиного ".àñîñà

7 с постоянным расходом, равным 5Я по массе от расхода питания РК 8, а температура кубового остатка в емкости 13 поддерживается в пределах 20 — 25 С за счет естественного охлаждения емкости.

С течением времени работы устройства в режиме очистки теплоносителя нитрин от

HNO3 и других примесей концентрация данных примесей в кубовом остатке, представляющем собой смесь NOq--HNOq увеличивается и после достижения концентрации HNO3 в НрМ более 7Я по массе происходит расслоение кубового остатка в емкости !3 с образование двух слоев жидкости: верхнего слоя, о огащенного NO, с концентрацией НХОд в нем около 7Я по массе, и нижнего слоя с концентрацией НХОФ в нем около 45О по массе.

Постоянный вывод с расходом, равным

5Я по массе от расхода питания РК 8, кубового остатка из объема куба 10 в емкость

13 и его расслоение в чей в результате охлаждения до 20 — 25 С приводит к образо15

50 ванию в нижней части емкости 13 во время работы нижнего слоя с концентрацией

НХОз около 45Я по массе, а верхний слой расслоившегося в емкости 13 кубового ос татка с концентрацией HN03 около 7Я по массе постоянно отводится из верхней части емкости 13 в PK 8 с помощью струйного насоса 7.

Таким образом, осуществляется непрерывный вывод HNO3 с кубовым остатком из объема куба 10 в емкость 13, где основная часть ее, после расслоения кубового остатка, переходит в нижний слой и накапливается во время работы устройства в нижней части емкости 13, а остальная ее часть в составе верхнего слоя возвращается в

РК 8 путем смешения его с теплоносителем, поступающим на питание РК 8 в струйном насосе 7.

Емкость 3 снабжена уровнемером 7, например, поплавкового типа, вь|полненным в виде магнитного поплавка в защитном корпусе, который помещен в объем емкости

13 и перемещается по вертикальной направляющей, расположенной вблизи боковой стенки емкости, 3, и магнитной шкалы на два положения уровня: минимально и максимально допустимого, расположенной на внешней поверхности данной боковой стенки. При этом плоскость магнитного поплавка !,55 г/см, что выше плотности верхнего слоя расслоившегося в емкости 13 кубового остатка с содержанием НХО.- около

7Я по массе и меньше плотнссти нижнего слоя с содержанием НХОФ в нем около

45ОО по массе:

С течением времени работы предлагаемо"o устройства происходит накопление в емкости 13 нижнего слоя расслоившегося кубового остатка = содержанием HNO„--45@ по массе, и после достижения им максимально допустимо-о уровня, т.е. почти полного заполнения емкости !3, что определяется по псказаниям уровнемера 17, во избежание попадания этого слоя в РК 8 через регулирующее устройство 5 и струйный насос 7 (что приводит к резкому увеличению концентрации HNO< и других примесей в очи:ценном паре на выходе из РК 8) закрывается регулирующее устройство 5, а регулирующим устройством 4 по показаниям датчика 2 расхода устанавливаю-. расход питания теплоносителем РК 8; соответствующий установившемуся режиму работы РК .

После этого закрывается клапан 14 и открывается клапан 1б. Кубовый остаток с содержанием в нем Н1МОз около 45Я по массе удаляют из емкости 13, например, в специальную канализацию.

По показаниям уровнемера 17 (минимально допустимый уровень) определяют полноту слива кубового остатка из емкости

13. При сливе кубового остатка из емкости

13 требуемое давление в ней поддерживается за счет паров кубового остатка, 1445?45 поступающих в емкость 13 из куба 10 через клапан 15. После слива кубового остатка с содержанием НЯОз в нем около 45/> по массе и повышенным содержанием продуктов коррозии из емкости 13 до минимально допустимого уровня закрывается клапан

16, затем открывается клапан 14 и емкость

13 заполняется кубовым остатком из объема куба 10 через клапан 14. В этот момент наблюдается некоторое снижения уровня жидкости в кубе 10 и регулирующим устройством 4 по показаниям датчика 2 расхода устанавливают увеличенный по сравнению с устойчивым режимом работы РК 8 расход питания РК 8 теплоносителем. После повышения уровня жидкости в кубе 10 до требуемого значения, что контролируют по показаниям уровнемера 11, устанавливают расход питания РК 8 теплоносителя, соответствующий устойчивому режиму работы РК.

Следует отметить, что оптимальным соотношением объемов куба 10 и емкости

l3 является соотношение 5:1 соответственно.

Уменьшение данного соотношения, т.е. увеличение объема емкости 13, приводит к недопустимому снижению уровня в кубе 0 при заполнении кубовым остатком из объема куба 10 .емкости 13 после слива из нее кубового остатка, что требует выключения колонны из работы до повторного заполнения куба колонны. Это усложняет эксплуатацию устройства, увеличивает время очистки теплоносителя и расходы на обслуживание всей станции в целом.

Увеличение данного соотношения, т.е. уменьшение объема емкости 13, приводит к увеличению количества периодически проводимых операций слива кубового остатка из емкости 13, что усложняет эксплуатацию предлагаемого устройства и увеличивает непроизводительные потери теплоносителя:a счет многочисленных операций удаление части теплоносителя с остатком.

После охлаждения кубового остатка в емкости 13 до 20 — 25 С, что определяется по показаниям датчика 18 температуры, открывается регулирующее устройство 5 и кубовый остаток начинает поступать из куба 10 через емкость 13 и струйный насос

7 в РК 8, а требуемый расход кубового остатка, равный 500 .по массе от расхода питания РК теплоносителем, устанавливаетс» с помощью регулирующего устройства

5 по показаниям датчиков 2 и 3 расхода, При этом суммарный расход, т.е. расход кубового остатка из объема куба 10 через емкость 13 и струйный насос 7 в РК 8 и расход теплоносителя, направляемого на питание РК 8 = помощью насоса 1, устанавливают равным расходу питания теплоносителем РК 8, который соответствует установившемуся режиму работы РК 8.

ЗО

Во время проведения указанных операций по сливу кубового остатка с содержанием

ННОЕ-45Я по массе из емкости 13, заполнению емкости 13 кубовым остатком из куба 10 и выводу устройства на режим работы с принудительной циркуляцией кубового остатка из объема куба 10 в РК 8 через емкость 13 с помощью струйного насоса 7 предлагаемое устройство для очистки работает в относительно устойчивом режиме.

Таким образом, при очистке теплоносителя нитрин от примесей с помощью предлагаемого устройства осуществляются как непрерывный процесс ректификации в течение всего времени работы устройства, так и непрерывный вывод HNO и других примесей с кубовым остатком из объема куба

10 (зоны нагрева) в емкость 13.

Наблюдается градиент содержания

НЫОз в кубовом остатке, находящемся в кубе колонны, работающей в режиме очистки теплоносителя нитрин от примесей. Так, в части объема кубового остатка, расположенной в непосредственной близости к месту подвода жидкости из РК в куб, содержание HNO3 ниже, чем в остальном объеме кубового остатка. Это объясняется разбавлением этой части объема кубового остатка теплоносителем зз РК с гораздо меньшим, чем в самом кубовом остатке, содержанием

НХОФ. Исходя из этого нижняя часть емкости 13 соединена с жидкостным пространством куба колонны в его части, наиболе удаленной от места подвода жидкого теплоносителя из РК в куб.

Постоянное подмешивание с расходом., равным 5Я по массе от расхода питания

РК, в поток теплоносителя, поступающего на питание РК, верхнего слоя расслоившегося в емкости 13 кубового остатка с содержанием HNO> в нем около 7Я по массе незначительно увеличивает содержание

HNO в теплоносителе, поступающем на питание РК. Например, для содержания

HNOq в теплоносителе питания колонны

0.3 — 0,50/О по массе и ее содержания в очищенном паре на выходе из РК 0,15 — 0,2500 по массе данное увеличение составляет

0,05 — 0,08Я по массе, что практически не влияет на эффективность очистки теплоносителя нитрнн с помощью РК.

Использование предлагаемого устройства для очистки теплоносителя нитрин от

HNO3 и других примесей позволит увеличить, по сравнению с известными устройствами, надежность работы оборудования энергетической установки, снизить скорость коррозии конструкционных материалов куба колонны под действием кипящей НЫОз за счет ее постоянного вывода (по мере накопления) из объема куба в емкость для сбора кубового остатка, что к тому же уменьшает вероятность забивок продуктами коррозии трубопроводов куба и установленной на них арматуры.

1445745

Формула изобретения

Составитель С. Баранова

Редактор И. Горная Техред И. Верес Корректор М. Васильева

Заказ 5533/10 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР -o делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Постоянный вывод HNO3 из кубового остатка по мере ее накопления в нем позволяет поддерживать в течение всего вре; мени работы устройства постоянный низкий уровень (около 7 — 10о4! по массе) содержания HNC4 в кубовом остатке, находящемся в кубе колонны. Это в свою очередь исключить повышенный унос HNO3 из РК с очищенным паром в контур энергетической установки, что имеет место при концентрации в кубовом остатке около ЗОЯ по массе и выше, особенно в условиях ограниченных размеров аппаратов. Все это снижает как скорость коррозии конструкционных материалов энергетической установки под действием НИОз, так и сокращает время очистки теплоносителя нитрин до требуемых показателей его состава.

Вывод из емкости для сбора кубового остагка смеси НЫОз — NOq с содержанием

HNO3 в ней около 45Я по массе (вместо

ЗОЯ по массе) дает возможность сократить непроизводительные потери теплоносителя, удаляемого из системы с кубовым остатком.

Кроме того, отпадают необходимость в постоянном контроле путем анализа отобранной пробы состава кубового остатка на содержание в нем НМОз и необходимость периодического удаления кубового остатка из куба колонны после достижения в нем предельно допустимой концентрации HNO„(ЗОЯ по массе), что предполагает останов устройства для очистки, слив кубового остатка, загрузку куба исходной смесью, вывод устройства на режим. Это упрощает эксплуатацию предлагаемого устройство для очистки теплоносителя нитрин и сокращает время его очистки до требуемых показателей состава.

Устройство для очистки теплоносителя нитрин, содержащее насос, ректификационную колонну с кубом и конденсатором, трубопроводы входа жидкости, емкость для сбора кубового остатка, расположенную ниже уровня куба колонны и соединенную верхней частью с паровым пространством, а нижней частью — с жидкостным пространством куба колонны, струйный насос, установленный на линии питания ректификационной колонны жидкостью и соединенный своим активным соплом с напорным трубопроводом насоса, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, сокращения времени очистки и потерь теплоносителя, камера смешения струйного насоса соединена с верхней частью емкости для сбора кубового остатка, его пассивное сопло соединено с трубопроводом входа жидкости в ректификационную колонну, а нижняя часть емкости для сбора кубового остатка соединена с жидкостным пространством куба колонны с противоположной стороны от места подвода жидкости из ректификационной колонны в куб, при этом куб колонны и емкость для сбора кубового остатка выполнены с размерами. удовле30 творяющими соотношению

%3

К где Vi — объем емкости для сбора кубового остатка;

Ч объем куба колонны.