Дегазатор для гидрогазосъемки

 

Изобретение относится к устройствам для извлечения растворенных в жидкостях газов и может быть использовано для определения газосодержания жидкости по результатам анализа полученных газовых смесей. Цель изобретения - повышение точности гидрогазосъемки за счет стабилизации объема циркулирующей в дегазаторе газовой фазы и производительности дегазатора за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при монотонном снижении общего газосодержания дегазируемой воды. Дегазатор снабжен компенсационной камерой, синхронно вырабатывающей из атмосферного воздуха газовую смесь близкого к циркулирующей газовой фазе компонентного состава. Компенсационная камера в зависимости от величины и знака отклонения от номинального давления в дегазационной камере изолирует последнюю от атмосферы и либо сбрасывает из нее излишки газа в атмосферу в условиях монотонного увеличения суммарного газосодержания дегазируемой воды, либо восполняет дефицит объема циркулирующей газовой фазы (в альтернативной ситуации). Для этого компенсационная камера выполнена в виде вертикального открытого снизу сосуда с перегородками, образующими чередующиеся, заполненные водой лабиринтные полости и заполненные газом полости орошения. В последних стекающая по поверхности перфорационных перегородок сплошная пленка воды выполняет роль лепестков автоматических клапанов, которые, при наличии перепада давления газа над и под перегородками, разрываются для пропускания вверх или вниз требуемых для выравнивания давления порций газа. Вода в компенсационную камеру подается из наружного сосуда дегазатора. 2 ил.

СВОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (lO (51)5 G 01 Ч 9/02-.

T8EHHblA НОМИТЕТ

БРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯИ

Т СССР

ГОСУД

ПО И

ПРИ

Г ф

Ч

1 (61) (21) (22) (46) (75) (53) (56)

Ф 807 (54) (57) для и газов делен зульт смесе

: ности лиза зато е иост нес б щени нени тонн м дега комп выра ха г рующ вор ван сод ана усо авт

ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

07193

463142/24-25

9.07.88

3.11.90. Бюл. Ф 43 .М,Григоренко

50.83(088.8) торское свидетельство СССР

93, кл. G 01 V 9/00, 1977

ГАЗАТОР ДЛЯ ГИДРОГАЗОСЪЕМКИ зобретение относится к устройствам влечения растворенных в жидкостях и может быть использовано для опрея газосодержания жидкости по ретам анализа полученных газовых .Цель изобретения — повышение точ-. гидрогазосъемки за счет стабии объема циркулирующей в дегагазовой фазы и производительдегазатора за счет исключения одимости периодического прекрарегистрации данных для восполобъема газовой фазы при моноснижении общего газосодержания ируемой воды. Дегазатор снабжен нсационной камерой, синхронно атывающей из атмосферного воэдузовую смесь близкого к циркулий газовой фазе компонентного сосзобретение относится к устройстдля извлечения из жидкостей растнных газов, может быть использодля определения исходного газоржания жидкости по результатам иэа газовых смесей, и является ершенствованием устройства по св. СССР 9 807193.

2 тава. Компенсационная камера в зависимости от величины и знака отклонения от номинального давления в дегазационной камере изолирует последнюю от атмосферы и либо сбрасывает иэ нее излишки газа в атмосферу в условиях монотонного увеличения суммарного газосодержания дегазируемой воды, либо восполняет дефицит объема циркулирующей газовой фазы (в альгернативной ситуации). Для этого компенсационная камера выполнена в виде вертикального открытого снизу со" суда с перегородками, образующими чередующиеся, заполненные водой лабиринтные полости и заполненные газом полости орошения. В последних е стекающая по поверхности перфорационных перегородок сплошная пленка воды выполняет роль лепестков автоматических клапанов, которые, при наличии перегада давления газа над и под перегородками, разрываются для пропускания вверх или вниз требуемых для выравнивания давления порций гаФ > за. Вода в компенсационную камеру . подается из наружного сосуда дегаза- 4 тора. 2 ил. 00

Цель изобретения — повышение его точности эа счет стабилизации объема циркулирующей в нем газовой фазы и производительности за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при ее естественной убыли в условиях моно1608609 тонного снижения общего газосодержания дегаэируемой воды.

Предло аемый дегазатор относится к дегазаторам контурного типа, в ре. альных конструкциях которых обеспечивается наибольшая стабильность давления в дегазационной камере, что необходимо для повышения точности газотермии жидкостей. Поэтому при наступлении фазового равновесия по мольным долям всех газовых компонентов., находящихся в свободном и растворенном состоянии, текущий объем циркулирующей газовой фазы определя- 15 ется главным образом текущим суммарпым газосодержанием дегазируемой воды.

Следовательно, постоянство обЪема циркулирующей газовой фазы сохраняется до тех пор, пока не изменится 20 суммарное газосодержание дегазируемой воды; с его увеличением пропорционально увеличится объем, и наоборот. Однако инструментальная точность газометрии воды остается неизменной, по- 25 скольку она не зависит от абсою отной величины объема циркулирующей газовой фазы. Это означает, что, если с помощью какого-либо приспособления, не изменяя давления в дегазационной камере, удалить из последней часть газа либо добавить любое количество газовой смеси идентичного компонентного состава, показания газового анализатора не изменяются. Компенсационная камера является именно таким приспособлением, принцип действия которого основан на выравнивании давления по обе стороны перегородки путем перепуска через имеющиеся в по- 40 следней автоматические клапаны требуемого количества. газа в нужном направлении. При этом роль заслонки в клапане выполняет пленка стекающей по перегородке воды, а Роль сопла — 45 отверстия в перегородке. В зависимости от количества газа, требуемого для выравнивания давления, одновременно могут открываться за счет прорыва пленки воды одно, несколько или все имеющиеся в той или иной перегородке отверстия. После выравнивания давления движущаяся пленка воды немедленно закрывает ставшие ненужными отверстия. Поскольку для раз>5 рыва пленки воды над отверстием требуется весьма незначительный перепад давлений, заявляемый дегазатор, снабженный компенсационной камерой, имеет существенно более высокую стабильность давления газовой фазы в сравнении с известным дегазатором. Соответственно достигается и более высокая инструментальная точность газометрии воды.

На фиг. 1 представлена схема дегазатора, снабженного компенсационной камерой; на фиг: 2 — вертикальное сечение компенсационной камеры.

На фиг. 1 и 2 заполненные водой полости выделены штрихами, направление потоков воды показано односторонними стрелками, направления реверсивных потоков газа — двусторонними. Пунк-« тиром показано условное направление ниспадающих струй воды.

Компенсационная камера 1 при помощи газовой 2 и водяной 3 трубок соединена соответственно с внутренним

4 и наружным 5 сосудами дегазатора.

Во внутреннем сосуде размещены патрубок 6 для подвода дегазируемой воды с рассекателем 7 потока и аэратор 8 с патрубком 9 для подвода газа, а в верхней части этого сосуда имеется патрубок 10 для отвода газа. Верхняя часть наружного сосуда дегазатора имеет лабиринтную камеру 11 с газоотводной трубкой 12. При. помощи всасывающего 13 и напорного 14 газопроводов дегазатор соединен с газовым компрессором l5 и газовым анализатором

16. Дегазатор установлен в сосуде 17 с патрубком 18 слива воды, раковине.

На фиг. 2 представлена компенсационная камера, которая имеет корпус 19 с расположенными в его верхней части газовым 20 и водяным 21 патрубками.

Внутри корпуса размещены перегородки

22, снабженные патрубками 23, а также перегородки 24, снабженные юбками 25 °

Конусообразные поверхности всех упомянутых перегородок имеют перфорационные отверстия 26. Взаимное расположение перегородок образуют чередующиеся лабиринтные полости 27 и полости

28 орошения. Перегородки, снабженные юбками, прикреплены к корпусу камеры

29 стержнями.

Дегазатор работает следующим образом.

Первоначально весь внутренний объем устройства, включая соединительные линии, заполнен атмосферным воздухом. При подаче дегазируемой воды от водозаборного устройства в патрубок

6 через рассекатель 7 вода в ниде тонк объе вер посл сосу ся s что лена суда ступ дяно верх цион нече тонк пове

pего няет над перф таки очер пока ией, родк воды при бы п и ко пере нижн част патр полн рели кает тиче быть лови

Обра ной ная сила крыв

Пере ется плен шейс родо воды ями, таль вает деле пере ющих (фиг обра

5 1608609 х струй заполняет внутренний пока ее уровень не достигнет ей кромки наружного сосуда 5, чего она свободно переливается в

17 и через патрубок 18 удаляет5 борт. При этом благодаря тому, омненсационная камера 1 установниже верхней кромки наружного со5, часть воды из последнего поет,через водяную трубку 3 в вопатрубок 21, заполняя самую ю полость камеры. Через перфораые отверстия 26 самой верхней ной перегородки 22 вода в виде х струй омывает конусообразную хность нижележащей (четной) пеодки 24, стекает по ней, заполнижележащую лабиринтную полость ечетной перегородкой, через ее 20 рационные отверстия 26 в виде же струй омывает поверхность дной четной перегородки и т.д., в виде тонких струй из последсамой нижней нечетной перего- 25 не изливается в сосуд 17. Расход через компенсационную камеру 1 е настройке подобран. так м, чтои заданной геометрии (диаметре ичестве отверстий 26 в нечетных 30 ородках 22, суммарной высоте от кромки до вершины патрубка 23) воды переливалась через кромку бка 23, однако не перекрывала стью все его живое сечение. Пеающаяся таким образом вода истев виде водяной "трубки" (пракки стенки такой "трубки" могут и не сплошными, соблюдение уссплошности не обязательно).

40 ующаяся на наружной конусообразоверхности перегородок 24 сплошленка стекающей воды благодаря поверхностного натяжения переет перфорационные отверстия 26, 45 рытие всех отверстий обеспечиватем, что утон шение снизу вверх и воды, первоначально образоваввблизи вершины четных перего. 24 от падающей на них "трубки" компенсируется стекающими стручисло которых на каждом горизоном срезе конуса также увеличия благодаря равномерному распреию отверстий 26 на нечетных пеодках 22. Направление ниспадаструй и "трубок" воды показано на

2) пунктирными линиями. Таким ом, между нечетными 22 и четными 24 перегородками компенсационной камеры образуются чередующиеся лабиринтные полости 29 (заполненные водой) и полости 28 орошения (1пронизываемые струями воды). При этом лабиринт в полостях 27, образованный перекрывающимися по высоте стенками патрубков 23 и юбок 25 необходим для того, чтобы не допустить осушения нижних кромок четных перегородок 24 при отклонении оси компенсационной камеры 1 от вертикали в условиях качки судна, т.е. избежать прямого перетока газа, минуя перфорационные отверстия 26 этих перегородок.

После включения газового компрессора 15 сжатый в нем воздух через напорный газопровод 14 и патрубок 9 для подвода газа поступает в аэратор 8, с наружной поверхности которого отделяются и всплывают пузырьки воздуха, пронизывая встречный поток дегазируемой воды во внутреннем сосуде 4.

Достигнув поверхности воды (точнее, водогазовой эмульсии), пузырьки разрушаются и скапливаются в верхней части сосуда 4 в виде свободной газовои фазы, пронизанной ниспадающими струями воды. Далее газ через патрубок

10 для отвода газа и всасывающийся газопровод 13 снова поступает в газовый компрессор 15 и таким образом циркулирует по замкнутому кон1уру, На пути от аэратора 8 к патрубку 10 первоначальный воздух, контактируя сначала с водой поверхностью своих пузырьков в нижней части сосуда 4, а затем с поверхностью водяных струй в верхней части этого сосуда, постепенно превращается в смесь газов, все компоненты которой, в соответствии с законом Генри находятся в фазовом равновесии с растворенными в воде газами. Аналогичный процесс превращения первоначального воздуха в газовую смесь с равновесными концентрациями компонентов относительно растворенных в воде газов одновременно происходит в полостях орошения 28 компенсационной камеры 1. Этому способствует контакт воздуха со струями и брызгами воды, а также с движущейся пленкой на поверхности перегородок

24. Фазовое равновесие сначала устанавливается в самой верхней полости орошения, а когда пронизывающие ее струи воды перестают участвовать в газообмене между фазами, равновесие

1608609 . последовательно устанавливается во всех нижележащих полостях. Полости орошения изолированы друг от друга стенками перегородок 22 и 24, водой в лабиринтныз полостях 27 и сплошной пленкой воды, перекрывающей перфорационные отверстия 26 на четных перегородках 24. В случае наличия перепада давления над и под перегородками 24, достаточного для преодоления сил поверхностного натяжения воды; пленка над одним, несколькими или всеми отверстиями разрушается для пропуска вверх либо вниз порции газа, потребной для снижения упомянутого перепада давлений.

При проведении гидрогазосъемки возможны три ситуации.

В первой из них суммарное газосодержание дегазируемой воды (т.,е. общее количество растворенных газов) в процессе гидрогазосъемки остается неизменным либо флюктуирует с небольшими отклонениями от среднего. Если 25 амплитуда, знак и продолжительность таких флуктуаций сопровождаются со- ответствующиМи флуктуациями уровня газоводяной эмульсии во внутреннем сосуде 4 дегазатора, которые приводят к флюктуациям перепада давления в упомянутом сосуде относительно атмосферного давления меньшим, чем это необходимо для разрыва пленки воды над отверстиями 26 перегородок 24, то движение газовой смеси через газовую трубку 2 отсутствует, и работа предлагаемого дегазатора происходит без

l участия компенсационной камеры, хотя в ее полостях при изменении концент- 40 рации какого-либо из газовых микрокомпонентов продолжает вырабатываться газовая смесь соответствующего состава.

Во второй ситуации в процессе гидросъемки суммарное rазосодержание газируемой воды монотонно возрастает.

B соответствии с законом Генри также возрастает количество циркулирующей через дегазатор газовой фазы (за счет возрастания количества перманент50 ных газов), уровень гаэоводяной эмульсии во внутреннем сосуде 4 дегазатора начинает понижаться, в дав ение — возрастать. Через газовую трубку 2 давление газа передается в Ы самую верхнюю полость компенсационной камеры, прогибая вниз пленку воды над перфорационными отверстиями 26 перегородки 24 до тех пор, пока на одном или нескольких отверстиях не произойдет разрыв пленки и порция газа не перейдет в нижележащую полость орошения. Процесс повторяется до тех пор, пока излишки газа не выйдут в атмосферу через открытый снизу корпус 19 в компенсационной камере. При этом на каждой перегородке "осколки" разорванной пленки в виде капель воды свободно падают вниз, не нарушая ход описанного процесса.

В третьей ситуации, являющейся антиподом второй, при понижении давления во внутреннем сосуде дегазатора давление в самой верхней полости компенсационной камеры понижается относительно нижележащей полости, пока это не приведет к разрыву пленки воды над одним или несколькими отверстиями перегородки, вверх перетекает необходимая порция газа, которая пополняет объем циркулирующей в дегазаторе газовой фазы, а в компенсационной камере происходит последовательный перепуск порций газа из полости в полость также снизу вверх. В самую нижнюю полость засасывается атмосферный воздух, который на своем пути через струи воды-и через пленку на отверстиях перегородки будет превращаться в газовую смесь с равновесными (относительно растворенных в воде газов) концентрациями компонентов.

При каждом акте разрыва пленки воды ее "осколки" в виде брызг подбрасываются вверх, а затем падают вниз на ненарушенную пленку воды, совершенно не нарушая протекание описанных процессов.

В случае качки судна, сопровождающейся периодическими отклонениями оси дегазатора от вертикали, работа устройства существенно не изменяется.

Благодаря коаксиальному расположению внутреннего 4 и наружного 5 сосудов средний уровень водогазовой эмульсии и воды в них остается неизменным.

Применение ступенчатого сужения верхних частей обоих сосудов позволяет снизить массы воды вблизи раздела фаз, вследствие чего динамические колебания высот столбов жидкостей фазы под. действием инерционных сил невелики и не оказывают существенного влияния на установившийся процесс дегазации. В компенсационной камере благодаря конусообразной форме перегородок 24.

1608609

10 пр пе п д с

У м п на них сохраняется сплошность по рывающей водяной пленки. Взаимное пе екрытие по вертикали патрубков

23 и юбок 25 предотвращает сквозные течки газа (минуя отверстия 26 в егородках 24) из одной полости в д гую. Лабиринт, образованный юбкам и патрубками, способствует гашен колебаний воды в соответствующих 10 лостяХ и снижает динамические кол бания уровня воды в них.

Таким образом во всех рассмотренньх ситуациях предлагаемый дегазатор я гидрогазосъемки обеспечивает поОянство объемз циркулирующей в нем

r зовой .фазы, способствует повышению т чности гицрогазосъелки и ее произв дительности эа счет исключения пот рь времени на периодическое пополн ние естественной убыли этой фазы.

В условиях монотонного снижения сумм рного газосодержания дегазирующей в ды.

В результате макетных испытаний 25 тройства определены следующие опти— льные соотношения: внутренних диетров корпуса 19 компенсационной. к меры и верхней части внутреннего с суда 4 0,8...1,2; высот корпуса 19 и расширенной части наружного сосуда

5 0,5...0,8; диаметра отверстий 26 и т лщины стенки перегородки 24 3...8; в утренних диаметров корпуса 19 и трубков 23 3...5; половинного угла

35 к нусности перегородок 22 и 24 и пред льного угла крена 1,5:1; расходов д гаэируемой воды и через компенсацио ную камеру 4.. ° 10. Установлено, чго для эфФективной работы компенса- 40 онной камеры достаточно наличия в ней пяти полостей (т.е. трех лабиринтн х, считая самую верхнюю, и двух лостей орошения). Однако упомянутые птимальные соотношения позволяют 45 величить число этих полостей до семи даже до одиннадцати, что может потребоваться при создании конструкций ! прецизионных дегазаторов.

Формула изо бретения

Де газ атор для гидро газо съемки по авт.св. 1г- 8071 93, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности за счет стабилизации объема циркулирующей в дегазаторе газовой фазы и производительности за счет исключения необходимости периодического прекращения регистрации данных для восполнения объема газовой фазы при монотонном снижении общеro газосодержания дегазируемой воды, он снабжен компенсационной камерой, выполненной в виде вертикально открытого снизу сосуда с расположенными в его верхней части газовым и водяным патрубками, которые присоединены соответственно к внутреннему и наружному сосудам дегаэатора, камера разделена поперечными конусообразными, установленными вершинами вверх перегородками, образующими чередующиеся осевые и периферийные каналы с лабиринтными полостями и полостями орошения, при этом каждая нэ нечетных перегородок, включая первую и последнюю, нижними кромками прилегает к стенкам камеры и имеет при вершине осевое отверстие с направленным вверх патрубком, а нижняя часть каждой четной перегородки, прикрепленной. к корпусу одним или более стержнями, выполнена в виде цилиндрической юбки, образующей со стенками камеры, конусообразной поверхностью и патрубком нижележащей нечетной перегородки, кольцевые и торцовый зазоры равного сечения, причем конусообразные части всех перегородок перфорированы, а упомянутые патрубки и юбки перегородок в лабиринтных полостях обеспечивают взаимное перекрытие по вертикали при кренах в условиях качки.

I 608609

1608609

Фиг 2

Составитель Э. Волконский едак тор С. Патрушев а Техред М. яндык Корректор Л. Бескид

Тираж 409

Подписное аказ 3615

НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101