Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды
Владельцы патента RU 2481140:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" (RU)
Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности в исследовательских и энергетических установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем. Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды содержит корпус с кольцевой крышкой, внутри которого размещены верхняя решетка, расположенная под уровнем теплоносителя, и твердофазное средство окисления, размещенное под верхней решеткой. Массообменный аппарат также снабжен устройством распределения газа, расположенным под твердофазным средством окисления, побудителем расхода газа, трубопроводом для подачи газовой среды. Одна часть трубопровода сообщает газовую полость в объеме с теплоносителем со входной частью побудителя расхода газа, а другая часть соединяет выходную часть побудителя расхода газа с подводящей трубой, которая сообщена с устройством распределения газа. При этом в корпусе между кольцевой крышкой и верхней решеткой выполнены отверстия, часть из которых находится под уровнем теплоносителя, а часть - в газовой полости. Обеспечивается удобство обслуживания при эксплуатации и повышается эффективность доставки кислорода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в исследовательских и энергетических установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем.
Известно устройство для поддержания заданной концентрации растворенного кислорода в стальном циркуляционном контуре со свинецсодержащим теплоносителем [Патент на изобретение РФ №2246561 «Способ поддержания коррозионной стойкости стального циркуляционного контура со свинецсодержащим теплоносителем и устройство для его реализации (варианты)». МПК C23F 11/00. Опубл. 20.02.2005].
Известное устройство включает прямоточный участок, установленный в разъеме стального циркуляционного контура, эжектор, расположенный в прямоточном участке, реакционную емкость со средством окисления, установленную в разъеме линии возврата. Входная и выходная части линии возврата соединены соответственно с выходной частью прямоточного участка и с сужением эжектора.
К недостатку известного массообменного аппарата относится ограниченная область применения, так как указанный аппарат можно использовать только в петлевых контурах установок.
Наиболее близким к заявляемому устройству является массообменный аппарат для поддержания заданной концентрации растворенного кислорода в стальном циркуляционном контуре со свинецсодержащим теплоносителем [Патент РФ на изобретение №2246561 «Способ поддержания коррозионной стойкости стального циркуляционного контура со свинецсодержащим теплоносителем и устройство для его реализации (варианты)». МПК C23F 11/00. Опубл. 20.02.2005].
Массообменный аппарат включает реакционную емкость, содержащую средство окисления и снабженную регулируемой системой обогрева, линию возврата части окисленного теплоносителя с выхода из реакционной емкости на вход в нее, причем реакционная емкость выполнена открытой с торцов для прохода теплоносителя и вертикально размещена в подключенной к контуру емкости.
К недостаткам известного массообменного аппарата можно отнести:
- наличие устройства системы обогрева, которое находится под уровнем теплоносителя и может выйти из строя, что приведет к необходимости его замены, а следовательно, к остановке и разгерметизации установки;
- не обеспечивается доставка кислорода во все участки при применении устройства в установках или емкостях с покоящимся теплоносителем.
Предложенное техническое решение позволяет исключить указанные недостатки, а именно исключить необходимость размещения каких-либо устройств под уровнем теплоносителя, которые могут выйти из строя в процессе эксплуатации, обеспечить доставку кислорода во все участки при применении устройства в установках или емкостях с покоящимся теплоносителем.
Для исключения указанных недостатков предлагается исключить из конструкции массообменного аппарата систему обогрева, оснастить массообменный аппарат:
- побудителем расхода газа;
- трубопроводом для подачи газовой среды, одна часть которого соединяет газовую полость объема с теплоносителем и входную часть побудителя расхода газа, а другая часть сообщает выходную часть побудителя расхода газа через кольцевую крышку с полостью емкости;
- устройством распределения газа, которое расположить под твердофазным средством окисления;
- подводящей трубой, которая сообщает устройство распределения газа и часть трубопровода для подачи газовой среды, соединяющей выходную часть побудителя расхода газа с полостью емкости.
Технический результат состоит в обеспечении удобства обслуживания при эксплуатации и повышении эффективности доставки кислорода.
Схема варианта исполнения массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды представлена на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 - вентиль; 2 - газовая полость; 3 - побудитель расхода газа; 4 - корпус; 5 - крышка кольцевая; 6 - объем с теплоносителем; 7 - отверстия в корпусе; 8 - нижняя решетка; 9 - верхняя решетка; 10 - твердофазное средство окисления; 11 - теплоноситель; 12 - трубопровод для подачи газовой среды; 13 - труба подводящая; 14 - устройство распределения газа, 15 - фильтр.
В состав массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды входит корпус 4.
Верхняя решетка 9, расположенная внутри корпуса 4 под уровнем теплоносителя, предназначенная для предотвращения всплытия твердофазного средства окисления 10.
Твердофазное средство окисления 10, размещенное внутри корпуса 4 между нижней и верхней решетками, которое при взаимодействии с теплоносителем растворяется, обогащая теплоноситель кислородом.
Устройство распределения газа 14, расположенное внутри корпуса 4 под твердофазным средством окисления 10, предназначенное для равномерного распределения пузырьков газа по сечению массообменного аппарата;
Подводящая труба 13, обеспечивающая подвод газовой среды к устройству распределения газа 14.
Побудитель расхода газа 3 для подачи газовой среды из газовой полости 2 в массообменный аппарат.
Трубопровод для подачи газовой среды 12, одна часть которого сообщает газовую полость объема с теплоносителем 6 и входную часть побудителя расхода газа 3, а другая часть соединяет выходную часть побудителя расхода газа 3 с подводящей трубой 13.
В корпусе между верхней решеткой 9 и кольцевой крышкой 5 имеются отверстия 7, предназначенные для выхода теплоносителя и газовой среды.
В частном случае исполнения массообменный аппарат может содержать вентили 1 для отсечения трубопровода для подачи газовой среды 12 от газовой полости 2 установки, что позволит осуществить ремонт или замену побудителя расхода газа в случае выхода его из строя без разгерметизации установки в целом.
В частном случае исполнения массообменный аппарат может содержать фильтр 15 для исключения попадания аэрозольных частиц тяжелого теплоносителя и продуктов его коррозионного взаимодействия с конструкционными сталями в побудитель расхода газа.
Для ограничения перемещения твердофазного средства окисления 10 массообменный аппарат может содержать нижнюю решетку 8.
В качестве твердофазного средства окисления 10 предлагается использовать оксиды компонентов теплоносителя в виде засыпки из гранул.
Массообменный аппарат работает следующим образом.
С помощью побудителя расхода газа 3 газовая среда подается по подводящей трубе 13 к устройству распределения газа 14 и обеспечивается барботаж газовой среды. При барботаже газовой среды формируется двухкомпонентный поток через твердофазное средство окисления 10. При взаимодействии с теплоносителем твердофазное средство окисления 10 растворяется, обогащая теплоноситель кислородом. На границе фаз «газ - теплоноситель» происходит сепарация газовой среды, а теплоноситель, обогащенный кислородом, выходит из массообменного аппарата через отверстия 7 и смешивается с окружающим теплоносителем. Благодаря барботажу газовой среды создаются возмущения в теплоносителе 11, приводящие к быстрому распространению растворенного кислорода по всему объему емкости 6.
Пример конкретного исполнения массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды.
Конструктивные характеристики массообменного аппарата, используемые материалы и оборудование:
корпус 4: внутренний диаметр - 20 мм, высота - 130 мм; материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;
решетка 9: размер щелей - 2 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, расстояние от верхнего края - 40 мм;
твердофазное средство окисления 10: шаровая засыпка из гранул диаметром 8 мм, материал - оксид свинца (PbO) марки «Ч», ТУ 6-09-5382-88;
трубопровод для подачи газовой среды 12: труба 6Х1 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;
подводящая труба 13: внешний диаметр 6 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;
устройство распределения газа: высота - 15 мм, внешний диаметр - 18 мм, диаметр отверстий - 2 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.
Побудитель расхода газа: газодувка типа ПЭП-3, производительность до 2 л/мин.
Газовая среда: аргон.
Жидкометаллический теплоноситель: сплав Pb-Bi; температура - 500°C.
Производительность по кислороду (при 500°C) - до 0,02 г/ч.
1. Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды, содержащий корпус с кольцевой крышкой, внутри которого размещены верхняя решетка, расположенная под уровнем теплоносителя, и твердофазное средство окисления, размещенное под верхней решеткой, отличающийся тем, что он снабжен устройством распределения газа, расположенным под твердофазным средством окисления, побудителем расхода газа, трубопроводом для подачи газовой среды, одна часть которого сообщает газовую полость в объеме с теплоносителем со входной частью побудителя расхода газа, а другая часть соединяет выходную часть побудителя расхода газа с подводящей трубой, которая сообщена с устройством распределения газа, при этом в корпусе между кольцевой крышкой и верхней решеткой выполнены отверстия, часть из которых находится под уровнем теплоносителя, а часть - в газовой полости.
2. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен двумя вентилями, один из которых расположен в части трубопровода, соединяющего газовую полость в объеме с теплоносителем и входную часть побудителя расхода газа, а другой - в части трубопровода, сообщающего выходную часть побудителя расхода газа и подводящую трубу.
3. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен фильтром для очистки газовой среды, размещенным в трубопроводе перед входной частью побудителя расхода газа.
4. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен нижней решеткой, размещенной внутри корпуса между твердофазным средством окисления и устройством распределения газа.
