Система деаэрации и способ деаэрации



Система деаэрации и способ деаэрации
Система деаэрации и способ деаэрации

 


Владельцы патента RU 2607219:

ТЕТРА ЛАВАЛЬ ХОЛДИНГЗ ЭНД ФАЙНЭНС С.А. (CH)

Изобретение относится к системе и способу деаэрации жидкого продукта питания. Способ и система деаэрации жидкости, включающая насос для увеличения давления жидкости на расположенном выше по потоку конце нуклеационного клапана, вакуумный насос для уменьшения давления на дальнем по ходу потока конце нуклеационного клапана и регулировочное устройство для регулирования насосов, при этом регулировочное устройство выполнено для регулирования температуры и давления на дальней по ходу потока стороне клапана таким образом, что статическое давление оказывается выше давления насыщения, в то время как минимальное давление при прохождении жидкости через клапан ниже давления насыщения, или равно ему. Технический результат – повышение эффективности процесса деаэрации и упрощение конструкции системы. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе и способу деаэрации жидкого продукта питания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области упаковки жидких продуктов деаэрация представляет собой четко определенное понятие, и деаэрация осуществляется как важная стадия на большинстве перерабатывающих заводов, например, на заводах, где жидкий продукт поступает без упаковки на первый конец линии и выходит в индивидуальных упаковочных контейнерах с другого конца линии. Воздух (или кислород) может присутствовать в жидком продукте по различным причинам, причем две основные причины заключаются в том, что он диспергируется или растворяется. Рассмотрим пример молока, в котором уже присутствует некоторое количество кислорода, прежде чем молоко выходит из коровы, и все больше кислорода смешивается с молоком и растворяется в нем на каждой технологической стадии, начиная с самого процесса доения.

Воздух и кислород могут создавать ряд отрицательных воздействий, таких как снижение эффективности снятия сливок в сепараторах, кавитация в продукте в течение переработки, загрязнение нагревательных поверхностей в пастеризаторах, сокращение срока хранения продукта (вследствие окисления) и т.д., которые представляют несколько причин, по которым деаэрация представляет собой четко определенную технологическую стадию.

В упрощенном понимании соответствующей теории, которая, очевидно, хорошо определена и хорошо известна специалисту в данной области техники, растворимость газа, такого как кислород или азот, в жидкости зависит от температуры и давления. При снижении температуры в жидкости может растворяться больше кислорода или азота, чем в случае более высокой температуры, т.е. концентрация насыщения повышается при снижении температуры. Для давления наблюдается обратное соотношение, т.е. чем выше давление, тем выше концентрация насыщения. Это простое соотношение показывает, что для деаэрации жидкости можно изменять один или оба параметра, представляющих собой температуру и давление. Кроме того, может оказаться очевидным, что деаэрация, по существу, осуществляется без затруднений посредством простого установления на желательном уровне температуры и давления для определенной концентрации насыщения в резервуаре, содержащем жидкость. Однако на промышленной производственной линии деаэрация должна обеспечивать обработку тысяч литров жидкого продукта в час при условии энергетической эффективности, что делает неприменимым теоретический подход ожидания достижения равновесия. Тем не менее существуют применяемые технологии деаэрации, которые являются достаточно близкими к данному теоретическому подходу.

Способ деаэрации, который более часто используется в области настоящего изобретения, заключается в том, чтобы осуществлять применение вакуумной деаэрации в расширительном резервуаре, присоединенном к источнику вакуума. Жидкость перемещается в расширительный резервуар при определенной температуре, которая на несколько градусов превышает температуру кипения при давлении, преобладающем в расширительном резервуаре. Когда жидкость поступает в резервуар через клапан и условия температуры и давления в резервуаре заставляют ее немедленно начинать кипение, и данный процесс далее называется термином «мгновенное испарение» (или мгновенное вскипание). Данный процесс приводит к тому, что жидкость испаряется, и что воздух высвобождается из растворенной формы в течение мгновенного испарения. Образующийся из жидкости пар конденсируется в холодных областях резервуара, в то время как высвобождающийся воздух удаляется из резервуара посредством вакуумного насоса, в то время как жидкость выходит через отверстие в нижней части резервуара. Для увеличения скорости отделения жидкость может поступать в расширительный резервуар в касательном направлении, таким образом, чтобы вызывать завихрение. Такой способ деаэрации является весьма эффективным, хотя в некоторых случаях повышение расходов на энергию, а также увеличение энергетических проблем может создавать пространство для усовершенствований.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По очевидным причинам у настоящего изобретения и уровня техники существуют аналогичные характеристики в отношении результата, который должен быть достигнут.

Однако основное различие заключается в том, что работы уровня техники сосредоточены на изменении условий в некоторой точке после клапана, наиболее часто на изменении давления и температуры в расширительном резервуаре, настоящее изобретение сосредоточено на процессе выполнения фазовых переходов текучей среды при изменении условий выше по потоку относительно клапана на условия после клапана, а также на обработке жидкости перед ее поступлением в разделительный резервуар. Некоторые параметры, подлежащие регулированию, представляют собой давление выше по потоку относительно клапана и давление после клапана. Таким образом, можно регулировать перепад давления на клапане. Ограничиваемые размеры клапана, в свою очередь, влияют на скорость движения потока через клапан и, таким образом, на продолжительность данного движения. Воздействие на текучую среду мгновенного и значительного перепада давления приводит к нуклеации («нуклеация» - зарождение, создание, образование) пузырьков газа. Эксперименты показывают, что нуклеация пузырьков газа происходит во всем объеме текучей среды, т.е. представляет собой равномерную нуклеацию пузырьков, и что это, таким образом, способствует эффективной деаэрации. Согласно одному или нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, оказывается предпочтительным, что даже если равновесные условия давления и температуры после клапана являются такими, что не происходит мгновенного испарения текучей среды, минимальное давление, вызываемое ограничением, все же создает в текучей среде кавитацию, которая также способствует деаэрации.

Для решения этих задач настоящее изобретение предлагает способ деаэрации жидкости, включающий стадии: сжатия жидкости до давления выше атмосферного, пропускания сжатой жидкости в расположенный выше по потоку конец нуклеационного клапана и снижения давления на дальней по ходу потока стороне клапана до давления ниже атмосферного, в результате чего начинается нуклеация газовых пузырьков, когда жидкость проходит через нуклеационный клапан, в качестве первой стадии деаэрации. Основанный на нуклеации газовых пузырьков процесс деаэрации отличается от технологии уровня техники, согласно которой мгновенное испарение представляет собой преобладающий используемый эффект, и способ согласно настоящему изобретению представляет собой эффективный способ деаэрации, сберегающий энергию и время.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, данный способ включает стадию образования свободной струи потока посредством нуклеационного клапана. Экспериментальные результаты показывают, что образование высокоскоростного струйного потока, который в большинстве приложений представляет собой турбулентный струйный поток, усиливает деаэрацию. Свободный струйный поток предпочтительно не является ограниченным (например, направленным в стенку). В данном контексте следует отметить, что поток содержится в трубопроводе некоторого рода или в аналогичном устройстве, и что некоторая часть образующейся струи будет взаимодействовать в некоторой степени со стенками трубопровода. Однако центральная часть струи не будет взаимодействовать в какой-либо значительной степени с конструкционными границами системы.

Данный способ может также включать стадию создания перепада давления на клапане, причем данный перепад давления предпочтительно превышает 2 бар (0,2 МПа), предпочтительнее превышает 3 бар (0,3 МПа) и предположительно составляет около 4 бар (0,4 МПа) или 5 бар (0,5 МПа). Эксперименты показывают, что увеличение перепада давления приводит к увеличению эффективности деаэрации. Действительно, оказывается возможным приложение более высокого давления выше по потоку относительно клапана (для увеличения перепада давления), и все же существуют практические ограничения, например, в отношении производительности насоса.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, способ включает стадию регулирования давления после клапана таким образом, что оно остается выше или на уровне давления насыщения жидкости. Это исключает риск мгновенного испарения в большем масштабе.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, способ включает стадию подачи жидкости, выходящей из нуклеационного клапана, расположенного дальше по ходу, в диффузионный реактор. В диффузионном реакторе, в который направляется свободная струя, растворенный в жидкости газ диффундирует из жидкости в газовые пузырьки.

Чтобы отделять газ от жидкости, согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения, способ может дополнительно включать стадию подачи жидкости, выходящей из диффузионного реактора, который расположен дальше по ходу, в разделительный резервуар. Это предпочтительно осуществляется путем непосредственного вывода диффузионного реактора в разделительный резервуар, в котором газовая фаза отделяется от жидкой фазы.

Считается, что хотя внезапный перепад давления сам по себе может представлять собой важную отличительную особенность, он также способствует, согласно одному или нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, регулированию давления на дальней по ходу потока стороне клапана таким образом, что оно оказывается ниже чем 0,1 бар (0,01 МПа). В более общем случае можно определять, что давление непосредственно после клапан должно составлять менее чем 160%, например, менее чем 150% давления насыщения жидкости при определенной температуре.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, давление на дальней по ходу потока стороне клапана регулируют таким образом, что статическое давление оказывается выше давление насыщения, в то время как минимальное давление при прохождении жидкости через клапан является ниже, чем давление насыщения. При прохождении жидкости через клапан она будет ускоряться, образуя высокоскоростной поток, который приводит к местному уменьшению давления вследствие динамического давления. Если статическое давление окружающей среды близко (превышает или равняется) к давлению насыщения, динамическое давление может вызывать падение ниже давления насыщения. Это приводит к местному мгновенному испарению, которое, как считается, дополнительно способствует деаэрации.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, предложена система деаэрации жидкости на основе способа настоящего изобретения и вариантов его выполнения. Согласно настоящему изобретению, система деаэрации жидкости включает насос для увеличения давления жидкости на расположенном выше по потоку конце нуклеационного клапана, вакуумный насос для уменьшения давления на дальнем по ходу потока конце уменьшающего давление клапана и регулировочное устройство для регулирования насосов.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения нуклеационный клапан создает неограниченный поток после перепада давления, таким образом, что может образовываться свободная струя потока. Некоторые клапаны имеют сложную конструкцию, в которой поток должен проходить через извилистый канал после основного уменьшения давления в клапане. Эксперименты показывают, что такие клапаны являются в меньшей степени подходящими для использования согласно настоящему изобретению, и что клапан предпочтительно должен иметь несложную конструкцию, по меньшей мере, после основного перепада давления, таким образом, что свободный струйный поток жидкости может выходить из него в процессе работы.

Регулировочное устройство может быть выполнено для создания перепада давления на клапане, который предпочтительно превышает 2 бар (0,2 МПа), предпочтительнее превышает 3 бар (0,3 МПа) и предположительно составляет около 4 бар (0,4 МПа) или 5 бар (0,5 МПа). Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, регулировочное устройство выполнено для регулирования температуры и давления после клапана таким образом, что температура жидкости остается на уровне или ниже ее температуры кипения.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, система также включает диффузионный реактор, расположенный по ходу после нуклеационного клапана, и, согласно некоторым вариантам выполнения, она также включает также разделительный резервуар, расположенный по ходу после диффузионного реактора.

Согласно вариантам выполнения, в которых используется диффузионный реактор, оказывается предпочтительным, чтобы он имел продолговатую форму, и чтобы он был прямолинейным для сведения до минимума последующего воздействия на струю и поток. Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, диффузионный реактор может иметь длину более чем около 100 см, предпочтительно превышающую 150 см и предпочтительнее составляющую около 200 см, и, согласно этим или другим вариантам выполнения, его ширина может составлять от около 4 до 10 см и предпочтительно около 5 см для круглого поперечного сечения. Данные размеры представляют собой исключительно примеры, которые являются подходящими, главным образом, для скорости потока, составляющей от около 1 до 10000 л/ч. Для более высокой скорости потоков, которые являются обычными в области настоящего изобретения, размер диффузионного реактора предпочтительно следует увеличивать. В таком случае общее предпочтение заключается в том, чтобы увеличивать поперечное сечение, а не длину диффузионного реактора, причем размеры поперечного сечения должны увеличиваться прямо пропорционально увеличению потока, таким образом, что удвоение потока приводит к удвоению поперечного сечения.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, по меньшей мере, 50% массопереноса из фазы раствора в газовую фазу происходит в диффузионном реакторе, и, согласно нескольким вариантам выполнения, эта доля является значительно больше. Хотя данная величина основана на размерах диффузионного реактора, она все же будет зависеть в значительной степени также и от технологических параметров (давление, температура, скорость потока). Даже если параметры могут оказаться достаточно сложными, можно использовать простое измерение, чтобы подтвердить выполнение данного критерия. По существу, отличительная особенность представляет собой значительное отличие от большинства промышленных систем, где перенос осуществляется в расширительном резервуаре.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, предложен диффузионный реактор, который описан выше и ниже, и который можно предпочтительно использовать в описанном выше способе согласно настоящему изобретению и устанавливать по ходу после описанного нуклеационного клапана, или его можно устанавливать в качестве дополнительного компонента между снижающим давление клапаном и разделительным резервуаром традиционной системы. Цель диффузионного реактора заключается в том, чтобы обеспечивать дополнительную диффузию молекул газа (т.е. растворенного газа) из жидкости во вновь образующиеся и растущие газовые пузырьки. Кроме того, предусмотрен способ деаэрации, включающий стадию подачи жидкости через такой диффузионный реактор, расположенный по ходу после нуклеационного клапана.

Согласно одному или нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, может быть предложена система деаэрации с повышенной эффективностью использования энергии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет схематическое изображение системы деаэрации согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет подробное изображение части системы деаэрации согласно первому варианту выполнения.

Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий эффективность удаления кислорода как функцию перепада давления для различных температур по отношению к температуре мгновенного испарения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Некоторые части системы для обработки жидкости будут описаны по отношению к фиг. 1. Настоящее изобретение может представлять собой часть такой системы, хотя отдельные компоненты можно заменять без выхода за пределы объема настоящего изобретения, который определяет формула изобретения.

Начиная с точки, расположенной выше по потоку, система включает резервуар 2 или другое устройство для содержания или подачи жидкости, подлежащей обработке. Система также включает насос 4 для увеличения давления жидкости, которая подвергается повышенному статическому давлению Рдо, которое заставляет ее перемещаться дальше по потоку. Согласно одному или нескольким вариантам выполнения, насос 4 может представлять собой центробежный насос, хотя можно использовать и другие альтернативы. Трубопровод 6 направляет жидкость на первую стадию обработки, а именно в нуклеационный клапан 8. Перед подробным описанием клапана следует сказать несколько слов об устройствах, которые расположены после клапана. Трубопровод 10, который направляет жидкость из нуклеационного клапана 8, входит в разделительный резервуар 12. Согласно настоящему варианту выполнения, разделительный резервуар 12 включает расширительный резервуар, присоединенный к вакуумному насосу 14 верхним концом и присоединенный к выводящему жидкости устройству 16 нижним концом. Воздух и другие газы, высвобождающиеся в результате деаэрации, выводятся через верхний конец, в то время как деаэрированная жидкость откачивается через нижний конец резервуара. Чтобы предотвратить удаление испаряющейся жидкости, верхний конец резервуара может включать холодильник, который конденсирует испаряющуюся жидкость таким образом, что она может выходить вместо этого через нижний конец. Вакуумный насос 14 создает пониженное статическое давление Рпосле, которое распространяется в дальний по ходу потока конец нуклеационного клапана 8.

Возвращаясь в нуклеационный клапан 8, повышенное статическое давление выше по потоку относительно клапана перемещает жидкость по направлению к нуклеационному клапану 8, а пониженное статическое давление после клапана продвигает жидкость, причем соответствующий термин представляет собой перепад давления на клапане 8, который можно определить как ΔP=Рдопосле.

Согласно настоящему варианту выполнения Рпосле предпочтительно соответствует давлению, превышающему давление пара при существующей температуре и для текучей среды, подлежащей обработке, таким образом, чтобы предотвращать мгновенное испарение, отчасти по той причине, что при осуществлении мгновенного испарения расходуется энергия. Для этой цели следует упомянуть, что когда жидкость проходит через сужение клапана, она разгоняется до значительной скорости, и в результате этого может возникать моментальное падение динамического давления ниже давление пара.

Быстрое падение давления воздействует на жидкость таким образом, что происходит равномерная нуклеация пузырьков, которое является благоприятным для деаэрации. В ходе экспериментов было подтверждено, что моментальное испарение или кавитация в клапане 8 представляет собой благоприятный процесс с точки зрения деаэрации. Непосредственно после равномерного образования пузырьков жидкость поступает в область низкого давления, которая расположена после клапана в форме струи 18, который быстро разбрызгивается таким образом, что жидкость покрывает большую площадь поверхности, которая образует границу раздела между газом и жидкостью. Таким образом, благоприятные для деаэрации условия возникают после клапана. Это схематически проиллюстрировано на фиг. 2.

Конфигурация клапана, например, в отношении точной формы отверстия (отверстий) его сопла, не имеет критического значения, но все же оказываются важными некоторые условия, в числе которых следует особо отметить следующие два условия. 1) Падение давления должно происходить быстро, практически мгновенно при прохождении жидкости через клапан 8. Это означает, что конструкция клапана должна быть несложной, и в ней не должны содержаться какие-либо извилистые каналы, в том числе каналы, предшествующие отверстию сопла или следующие за ним. 2) После падения давления получаемая в результате струя должна быть неограниченной, т.е. необходимо обеспечивать образование свободной струи и ее разбрызгивание. Это также показывает, что преимущественной является несложная конструкция клапана, в которой отсутствуют извилистые каналы после отверстия. Согласно одному варианту выполнения, можно использовать тип клапана, который имеет конический регулирующий затвор с манжетным уплотнением. Он представляет собой стандартный тип клапана, и его примеры включают клапан SPC-2 от компании Alfa Laval, который представляет собой санитарный электропневматический регулирующий клапан для использования в нержавеющих стальных трубопроводных системах. Простое сужение в форме песочных часов также является подходящим, по меньшей мере, в процессе работы в постоянных условиях, хотя предпочтительным является регулируемый клапан.

По представленным выше причинам, диффузионный реактор 20 устанавливают после клапана 8 в качестве части трубопровода 10. Диффузионный реактор 20 обеспечивает турбулентную диффузию растворенного газа в жидкой фазе до существующих в настоящее время и растущих газовых пузырьков, и он должен иметь конструкцию, в которой не предусматривается большой перепад давления. Согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 2, диффузионный реактор 20 включает прямолинейную трубу, имеющую такой диаметр, что она не воздействует на образование вышеупомянутой струи 18. Раньше или позже, когда струя 18 разбрызгивается, поток будет расходиться и взаимодействовать со стенками диффузионного реактора, и даже неразбрызгивающаяся струя раньше или позже должна ударить в нижнюю стенку вследствие силы тяжести. Поток будет продолжать движение под действием вакуума по направлению к разделительному резервуару, где он разделяется на жидкий поток и газовый поток. В некоторой точке струя будет заполнять все поперечное сечение диффузионного реактора 20, причем точное положение данной точки будет зависеть от давления, температуры, скорости потока и т.д.

Согласно настоящему варианту выполнения, диффузионный реактор 20 ориентирован в горизонтальном направлении. Согласно второму варианту выполнения, диффузионный реактор может быть ориентирован в вертикальном направлении, причем струя поступает сверху. В такой конфигурации потеря давления, создаваемая диффузионным реактором, будет компенсирована действием силы тяжести, что уменьшает потери в системе. Диффузионный реактор можно устанавливать под любым углом наклона между вертикальным и горизонтальным положениями без выхода за пределы объема настоящего изобретения, который определяет формула изобретения.

В представленном ниже тексте приведены некоторые технологические параметры согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, которые могут способствовать пониманию для специалиста в данной области техники. Количество (или скорость потока) жидкости, которая подлежит обработке, может составлять вплоть до 100000 л/ч, хотя возможны и потоки меньшей скорости, и в проведенных экспериментах использовали потоки, скорость которых составляла около 6000 л/ч. Эти скорости являются обычными в области настоящего изобретения, и детали в отношении насосов и других устройств на дальней по ходу потока стороне клапана 8 не будут обсуждаться подробно.

Перепад давления на клапане ΔP предпочтительно превышает 2 бар (0,2 МПа) и предпочтительнее он превышает 3 бар (0,3 МПа), причем он может быть и более высоким, например около 4 бар (0,4 МПа) или около 5 бар (0,5 МПа). Не существует никакой технической проблемы в еще большем увеличении ΔP, хотя стоимость насоса, используемого для повышения давления, будет возрастать соответствующим образом.

Температура после клапана предпочтительно должна быть ниже, чем температура мгновенного испарения (температура кипения при преобладающем давлении Рпосле), например, находясь около на 10°C или около на 5°C ниже температуры мгновенного испарения или между этими уровнями. Обнаружено, что температуры, более близкие к температуре мгновенного испарения, увеличивают эффективность деаэрации. Хотя мгновенное испарение производит благоприятное воздействие на деаэрацию, эксперименты все же подтверждают, что это воздействие не является настолько значительным, как в случае систем уровня техники.

Хотя длина диффузионного реактора может составлять от около 100 до 200 см, все же реактор может быть еще длиннее. Удлиненный диффузионный реактор будет повышать эффективность деаэрации, причем он может также увеличивать потери насоса, которые представляют собой нежелательную отличительную особенность. Диаметр диффузионного реактора может составлять около 5 см (двухдюймовая труба), и его можно изготавливать из нержавеющей стали. Согласно теории, увеличение диаметра диффузионного реактора является благоприятным, поскольку оно приводит к уменьшению потери давления, и все же вследствие параметров, связанных с работой при давлениях, близких к вакууму, в результате может получаться компенсация, в которой предлагаемый диаметр является благоприятным. Уменьшение диаметра может приводить к снижению эффективности деаэрации, предположительно вследствие сокращения продолжительности выдерживания и усиления взаимодействия между струей (или брызгами) и стенками диффузионного реактора, а также вследствие увеличения потери давления, например, что делает падение давления менее резким.

Отсутствует резкое падение давления, когда жидкость проходит через диффузионный реактор 20 в разделительный резервуар 12, в котором начинается процесс разделения, завершающийся в нуклеационном клапане 8. Таким образом, разделительный резервуар 12 может иметь достаточно упрощенную конструкцию по сравнению с системами уровня техники, где мгновенное испарение происходит в расширительном резервуаре. Кроме того, поскольку мгновенное испарение в значительной степени предотвращается, уменьшается количество пара, и в результате этого требуется меньший расход энергии для конденсации пара.

Все компоненты системы, которые находятся в контакте с продуктом, следует изготавливать, используя материалы, имеющие пищевое качество или разрешенные для использования в переработке продуктов питания.

Давление жидкости выше по потоку относительно нуклеационного клапана, а также поток через нуклеационный клапан можно регулировать, используя нуклеационный клапан 8 и насос 4, т.е. насос с частотным регулированием, и для этих целей насос 4 может также включать регулирующий клапан (не представлен на чертеже).

Если температура жидкости выше по потоку относительно нуклеационного клапана 8 регулируется, это можно осуществлять посредством теплообменника.

Давление по ходу после нуклеационного клапана 8 регулируют посредством регулирования давления в разделительном резервуаре 12.

Температура жидкости по ходу после нуклеационного клапана 8, как правило, не регулируется в таких ситуациях, в которых не происходит мгновенное испарение. Давление в разделительном резервуаре 12 можно использовать для регулирования температуры, если это является желательным.

Чтобы обосновать и подтвердить настоящее изобретение согласно нескольким вариантам его выполнения, были проведены всесторонние экспериментальные исследования. В этих экспериментах скорость потока жидкости составляла от 3000 до 9000 л/ч, относительная температура мгновенного испарения составляла от -35 до +1°C (отрицательное значение показывает температуру ниже температуры мгновенного испарения), и давление составляло от 1 до 5 бар (от 0,1 до 0,5 МПа). Для каждой из многочисленных экспериментальных точек измеряли, оценивали или вычисляли несколько параметров, таких как концентрация кислорода в зависимости от положения после нуклеационного клапана, истинное содержание пара в зависимости от положения после нуклеационного клапана, давление в зависимости от положения после нуклеационного клапана, общая эффективность деаэрации, показатель кавитации и т.д. Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий эффективность удаления кислорода в зависимости от ΔP для нескольких различных температур (снова температуры приведены относительно температуры мгновенного испарения). Данный график показывает, что для системы согласно, по меньшей мере, одному варианту выполнения настоящего изобретения эффективность удаления кислорода не изменяется в значительной степени в интервале от температуры слегка ниже температуры мгновенного испарения до температуры, слегка превышающей ее.

1. Способ деаэрации жидкости, включающий стадии:

- сжатия жидкости до давления выше атмосферного,

- пропускания сжатой жидкости через нуклеационный клапан, и

- снижения давления на дальней по ходу потока стороне клапана до давления ниже атмосферного, в результате которого начинается нуклеация пузырьков, когда жидкость проходит через нуклеационный клапан, составляя первую стадию деаэрации,

отличающийся тем, что температуру и давление на дальней по ходу потока стороне клапана регулируют таким образом, что статическое давление становится выше давления насыщения, в то время как минимальное давление при прохождении жидкости через клапан ниже давления насыщения, или равно ему.

2. Способ по п. 1, включающий стадию создания перепада давления на клапане (ΔP), причем перепад давления (ΔP) предпочтительно превышает 2 бар, предпочтительнее превышает 3 бар, и может составлять около 4 бар или около 5 бар.

3. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию регулирования давления непосредственно после клапана таким образом, что оно остается ниже 150% давления насыщения жидкости при данной температуре.

4. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно включающий стадию подачи жидкости, выходящей из нуклеационного клапана, дальше по потоку непосредственно в диффузионный реактор, в котором растворенный газ в жидкости диффундирует из жидкости в газовые пузырьки.

5. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно включающий стадию образования свободной струи потока после нуклеационного клапана.

6. Способ по п. 4, дополнительно включающий стадию подачи жидкости, выходящей из диффузионного реактора, дальше по потоку в разделительный резервуар.

7. Способ по п. 4, в котором, по меньшей мере, 50% массопереноса из фазы раствора в газовую фазу происходит в диффузионном реакторе.

8. Система деаэрации жидкости, включающая насос для увеличения давления жидкости на расположенном выше по потоку конце нуклеационного клапана, вакуумный насос для уменьшения давления на дальнем по ходу потока конце нуклеационного клапана и регулировочное устройство для регулирования насосов, отличающаяся тем, что регулировочное устройство выполнено для регулирования температуры и давления на дальней по ходу потока стороне клапана таким образом, что статическое давление оказывается выше давления насыщения, в то время как минимальное давление при прохождении жидкости через клапан ниже давления насыщения, или равно ему.

9. Система по п. 8, в которой регулировочное устройство выполнено для создания перепада давления (ΔP) на клапане, причем данный перепад давления (ΔP) предпочтительно превышает 2 бар, предпочтительнее превышает 3 бар и может составлять около 4 бар или около 5 бар.

10. Система по п. 8, в которой давление непосредственно после клапана регулируют таким образом, что оно остается ниже 150% давления насыщения жидкости при данной температуре.

11. Система по любому из пп. 8-10, дополнительно включающая диффузионный реактор, расположенный непосредственно по ходу после нуклеационного клапана, причем в данном диффузионном реакторе растворенный в жидкости газ диффундирует из жидкости в газовые пузырьки.

12. Система по любому из пп. 8-10, в которой нуклеационный клапан и компоненты, расположенные непосредственно по ходу после нуклеационного клапана, обеспечивают образование свободной струи потока после нуклеационного клапана.

13. Система по п. 11, дополнительно включающая разделительный резервуар, расположенный по ходу после диффузионного реактора.

14. Система по п. 11, в которой диффузионный реактор имеет такие размеры, что, по меньшей мере, 50% массопереноса из фазы раствора в газовую фазу происходит в диффузионном реакторе при преобладающих условиях в отношении давления, температуры и скорости потока.

15. Система по п. 11, в которой диффузионный реактор является продолговатым и прямолинейным.

16. Система по п. 11, в которой диффузионный реактор имеет длину более чем около 100 см, предпочтительно более 150 см, и еще предпочтительнее составляющую около 200 см.

17. Система по п. 11, в которой диффузионный реактор имеет диаметр от около 4 до 10 см, предпочтительно около 5 см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сепараторам для разделения жидких сред, имеющих различный удельный вес, и для выделения накопившейся в жидкости газообразной среды. Сепаратор содержит корпус, вертикальную разделительную перегородку, трубопровод ввода газожидкостной смеси, патрубки вывода газообразной среды, более тяжелой и более легкой фракций жидкой среды, пакет фазоразделительных насадок, переливную перегородку и сливной лоток, который соединен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки и своим нижним краем - с пакетом фазоразделительных насадок со стороны входа в него, закрепленных к поперечной перегородке, пропускающей более тяжелые фракции жидкой среды снизу, а газ сверху.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к подготовке товарной нефти. Установка подготовки продукции скважин включает подводящий трубопровод, устройство подогрева, узел разрушения бронирующих оболочек, соединенный с концевым делителем фаз, трехфазный сепаратор с линией отвода воды, нефтяную и водяную буферные емкости, линию выхода воды, соединенную посредством кустовой насосной станции с входом узла разрушения бронирующих оболочек, при этом концевой делитель фаз снабжен двумя дозвуковыми соплами с возбудителями акустических колебаний в виде упругих пластин, закрепленных на соплах поперек потока воды, первый из которых с постоянной настройкой, а второй - с возможностью изменения длины активной части, при этом сопла соединены с кустовой насосной станцией патрубком.

Изобретение относится к газонефтяной промышленности, в частности к обработке углеводородного газа с использованием низкотемпературного процесса, и может быть использовано в процессах промысловой подготовки к транспорту продукции газоконденсатных месторождений.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разделения нефти и газа при сборе продукции скважин. Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода газа и жидкости.

Изобретение относится к области термодинамики многофазных систем и может быть использовано для получения микродисперсных систем. Растворенные в воде газы в соответствии с законом Генри выделяются из нее при прохождении через отверстия в перегородке в виде пузырьков размером от 5 мкм и более.

Группа изобретений относится к сепарационному устройству и способу сепарирования потока текучей среды в сепарационном устройстве. Устройство для сепарирования потока текучей среды, состоящего по меньшей мере из двух текучих сред, различающихся по плотности, содержит первый трубчатый элемент, снабженный компонентом, создающим вращение в потоке текучей среды за входом в первый трубчатый элемент, и второй трубчатый элемент, по меньшей мере, частично расположенный внутри первого трубчатого элемента за компонентом, создающим вращение, и формирующий выход для текучих сред с меньшей плотностью.

Изобретение относится к способам подготовки сероводородсодержащей нефти к транспорту. В способе подготовки сероводородсодержащей нефти, включающем многоступенчатую сепарацию, обезвоживание, обессоливание нефти пресной водой, сепарацию при температуре 30-65°С и пониженном давлении в концевом сепараторе, нейтрализацию остаточного сероводорода реагентом, сепарацию нефти в концевом сепараторе проводят при давлении 0,03-0,10 МПа, которое создают за счет откачки из него газа водокольцевым насосом.

Изобретение относится к нефтяной и нефтегазоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для предварительного разделения смеси на газ и жидкость в системах сбора и подготовки продукции нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к способу и устройству снижения давления. Устройство и способ снижения давления текучей среды, содержащей жидкую фазу, газовую фазу и твердую фазу, включающий пропускание текучей среды, давление которой нужно снизить, последовательно через множество стадий, соединенных друг с другом последовательно посредством первых нижних соединительных вставок, при этом на каждой стадии имеется пара вертикальных каналов, соединенных друг с другом в верхней части посредством вторых верхних соединительных вставок, при этом текучая среда движется снизу вверх в первом канале каждой стадии и сверху вниз во втором канале каждой стадии, причем в первом канале каждой стадии часть энергии давления текучей среды преобразуют в гравитационный потенциал, причем во втором канале часть гравитационного потенциала преобразуют в тепловую энергию, причем при объемном соотношении между газовой фазой и жидкой фазой выше чем 0,01 газовую фазу отводят из потока.

Изобретение относится к оборудованию для подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды. Установка включает трубопровод 3 подачи добываемой газо-жидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС 1, трубопровод отвода ГЖС 10 из блока сепарации ГЖС 1, блок подготовки воды 2, оснащенный фильтром 6 для очистки от механических примесей, трубопровод отвода воды 5.

Изобретение относится к способу промывки газа из гидропереработанного выходящего потока из зоны гидропереработки. Согласно предлагаемому способу добавляют первую часть потока промывочной воды в гидропереработанный выходящий поток с образованием объединенного потока и конденсируют объединенный поток. Затем направляют объединенный поток в сепаратор, который содержит по существу цилиндрический корпус, соединенный в свою очередь с отстойником и башней. При этом вторую часть потока промывочной воды подают в башню для промывки аммиака и сероводорода, поднимающихся в башне. Способ позволяет достичь более высокого уровня удаления аммиака из рециркулирующего газа и избежать коррозии расположенного ниже по потоку оборудования. Изобретение относится также к сепаратору, который используется в предлагаемом способе. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх