Устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота

 

Использование: в области приготовления и нагнетания под большим давлением газожидкостных смесей в различных областях техники для создания инертной газовой среды в замкнутых объемах, например для предотвращения взрывов и пожаров в углеводородных газовых и газожидкостных смесях. Сущность изобретения: обеспечивает пожаробезопасность, а также снижение энергозатрат в процессе нагнетания газообразного азота в замкнутый объем при одновременном уменьшении габаритов и веса устройства. Устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота содержит размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, мембранный аппарат, дожимной аппарат, сепаратор, емкость для жидкости и насос для подачи жидкости. Выход компрессора соединен с входом мембранного аппарата, выход которого соединен с газовым входом дожимного аппарата. Выход дожимного аппарата соединен с входом сепаратора, выход которого является выходом устройства. Жидкостный выход сепаратора связан с емкостью для жидкости, полость которой через насос для подачи жидкости связана с жидкостным входом дожимного аппарата, который выполнен в виде поршневого или плунжерного насоса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области приготовления и нагнетания под большим давлением газожидкостных смесей и может быть использовано в различных областях техники для создания инертной газовой среды в замкнутых объемах, например для предотвращения взрывов и пожаров в углеводородных газовых и газожидкостных смесях.

Из предшествующего уровня техники известно техническое решение [1] согласно которому получение газообразного азота осуществляется с помощью мембранного аппарата, в котором мембраны выполнены из кремнийорганического полимера, например поливинилтриметилсилана.

Недостаток известного технического решения заключается в том, что оно имеет ограниченную область использования вследствие невозможности получения газообразного азота под большим давлением и стационарности мембранного аппарата.

Наиболее близким к заявленному устройству по технической сущности является устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота [2] содержащее размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, мембранный аппарат и компрессор высокого давления (дожимной аппарат), причем выход компрессора низкого давления соединен с входом мембранного аппарата, выход которого соединен с входом компрессора высокого давления, выход которого является выходом устройства.

Недостатками этого устройства являются значительные энергозатраты и габариты, обусловленные политропическим процессом сжатия газа в дожимном компрессоре.

Задача изобретения обеспечить снижение энергозатрат в процессе нагнетания газообразного азота в замкнутый объем при одновременном снижении весогабаритных параметров устройства.

Поставленная задача решена тем, что устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота, содержащее размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, соединенный своим выходом с входом мембранного аппарата, и дожимной аппарат, согласно изобретению дополнительно содержит сепаратор с газовым и жидкостным выходами и емкость для жидкости, соединенную с насосом для подачи жидкости из емкости, дожимной аппарат выполнен в виде поршневого или плунжерного насоса с газовым и жидкостным входами, причем газовый вход поршневого насоса соединен с выходом мембранного аппарата, жидкостный вход с насосом для подачи жидкости из емкости, а выход с входом сепаратора, газовый выход которого является выходом устройства для получения газообразного азота, а жидкостный выход сепаратора соединен с емкостью для жидкости.

В предпочтительном варианте поршневой насос содержит рабочий цилиндр с размещенным в нем поршнем, по крайней мере одну пару всасывающих клапанов и один нагнетательный клапан, установленные соответственно на газовом и жидкостном входах и выходе насоса, причем всасывающий клапан газового входа насоса размещен между рабочим цилиндром и нагнетательным клапаном.

Такое выполнение устройства для получения газообразного азота обеспечивает снижение энергозатрат при нагнетании газообразного азота в замкнутый объем за счет того, что в дожимном аппарате в период такта всасывания формируется газожидкостная смесь, которая полностью поступает в сепаратор в период такта нагнетания, это приводит к тому, что после такта нагнетания в "мертвом" объеме рабочей камеры насоса находится практически только жидкость, за счет чего обеспечивается значение коэффициента наполнения рабочей камеры во время такта всасывания близким к единице. В сепараторе из газожидкостной смеси отделяется жидкость, которая затем поступает в соответствующую емкость, а азот под давлением поступает потребителю.

Кроме того, размещение всасывающего клапана газового входа насоса между рабочим цилиндром и нагнетательным клапаном исключает возможность перетоков азота из рабочей камеры в рабочий цилиндр.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства для получения газообразного азота; на фиг.2 вариант выполнения дожимного аппарата с поршневым насосом двойного действия.

Устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота содержит размещенные на транспортном средстве (в качестве которого могут быть использованы базовая машина, один или два прицепа) компрессор 1 низкого давления, мембранный аппарат 2, дожимной аппарат 3, сепаратор 4, емкость 5 для жидкости и насос 6 для подачи жидкости. Выход компрессора 1 низкого давления соединен с входом мембранного аппарата 2, выход которого соединен с газовым входом 7 дожимного аппарата 3. Жидкостный вход 8 дожимного аппарата 3 через насос 6 соединен с емкостью 5 для жидкости, а выход 9 дожимного аппарата 3 соединен с входом сепаратора 4, газовый выход 10 которого является выходом устройства, а жидкостный выход 11 посредством трубопровода 12 соединен с емкостью 5 для жидкости.

Дожимной аппарат 5 выполнен в виде поршневого или плунжерного насоса (например, двойного действия фиг.2) и включает рабочий цилиндр 13 с размещенным в нем поршнем 14, всасывающие клапаны 15 и 16, установленные на жидкостном входе 8, всасывающие клапаны 17 и 18, установленные на газовом входе 7, нагнетающие клапаны 19 и 20, установленные на выходе 9, при этом всасывающие клапаны 17 и 18 размещены между рабочим цилиндром 13 и нагнетающими клапанами 19 и 20.

В устройстве может быть использовано стандартное оборудование: компрессор низкого давления типа 2ВМ-15/25е, мембранный аппарат типа МВа-054, поршневой насос типа 9ТМ и насос для подачи жидкости типа НБ 4-160/63. Кроме того, в устройстве могут быть использованы центробежные (гидроциклонные) и гравитационные сепараторы различных типов. При размещении блоков устройства на двух автомобильных рамах предпочтительно компрессор низкого давления и мембранный аппарат разместить на общей раме. Для наглядности на фиг. 2 направления движения газа, жидкости и газожидкостной смеси показаны стрелками.

Устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота работает следующим образом. С помощью компрессора 1 низкого давления (0,8 2,0 нПа) воздух из атмосферы подается в мембранный аппарат 2, в котором осуществляется разделение его на основные составляющие. Кислород отводится в атмосферу, а смесь, содержащая 85-95% азота, подается на газовый вход 7 дожимного аппарата 3. Одновременно на жидкостный вход 8 дожимного аппарата 3 с помощью насоса 6 из емкости 5 подается дозированное количество технологической жидкости, в качестве которой может использоваться техническая вода.

При выполнении поршневым насосом такта всасывания (левая часть схемы на фиг. 2) азот с заданным избыточным давлением через всасывающий клапан 17 вводится в рабочую камеру насоса. Одновременно через всасывающий клапан 15 в рабочую камеру вводится жидкость (для наглядности направления движения жидкости и газа на фиг. 2 показаны стрелками). К концу такта всасывания азот, поджимаемый снизу жидкостью, занимает объем рабочей камеры насоса, примыкающей к нагнетательному клапану 19.

При выполнении поршневым насосом такта нагнетания (правая часть схемы на фиг. 2) жидкость из рабочего цилиндра 13 вытесняется поршнем 14, при этом азот сжимается до давления нагнетания, после чего открывается нагнетательный клапан 20 и газожидкостная смесь вытесняется через выход 9 дожимного аппарата 3 в сепаратор 4. Таким образом, к концу такта нагнетания в "мертвом" объеме рабочей камеры насоса будет находиться только жидкость. Далее процесс повторяется.

В сепараторе 4 из газожидкостной смеси отделяется жидкость, которая удаляется из него по трубопроводу 12 в емкость 5 для жидкости. Из сепаратора 4 сжатый азот с выхода 10 поступает потребителю.

Использование предложенного устройства обеспечивает изотермический процесс сжатия газа с высокой степенью сжатия без промежуточного отвода тепла, следовательно не требуется специального оборудования для отбора тепла, что позволяет снизить энергозатраты и габариты устройства при получении азота под высоким давлением.

Формула изобретения

1. Устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрывопожаробезопасных смесей на основе азота, содержащее размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, соединенный своим выходом с входом мембранного аппарата, и дожимной аппарат, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит сепаратор с газовым и жидкостным выходами и емкость для жидкости, соединенную с насосом для подачи жидкости из емкости, дожимной аппарат выполнен в виде поршневого или плунжерного насоса с газовым и жидкостным входами, причем газовый вход поршневого насоса соединен с выходом мембранного аппарата, жидкостный вход с насосом для подачи жидкости из емкости, а выход с входом сепаратора, газовый выход которого является выходом устройства для получения газообразного азота, а жидкостной выход сепаратора соединен с емкостью для жидкости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поршневой или плунжерный насос содержит рабочий цилиндр с размещенным на нем поршнем или плунжером, по крайней мере одну пару всасывающих клапанов и один нагнетательный клапан, установленные соответственно на газовом и жидкостном входах и выходах насоса, причем всасывающий клапан газового входа насоса размещен между рабочим цилиндром и нагнетательным клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2