Предохранительное устройство

 

Н. Е. Ольховский, A. А. Тычкин, P. И. Нигматулин, Х. А. Рахматулин, П. С. Дейнеко, Ш. Н. «Ахатов,.A."Г ...Гумеров, В. Ш. Шаганов и H. Л. Горелова

«

Всесоюзное объединение "Нефгехим и аучно - исследовательский институт механики им. Р i.. ЛоъйлщсОва (72) Автори изобретения (71) Заявителю (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое изобретение относится к мембранным предохранительным устройствам, используемым для зашиты технологического оборудования m опасных перегрузог давлением, особенно в условиях возникновения гидравлического удара, В нефгяной, нефгеперерабатываюшей и нефтехимической цромышленности.

Известно предохранительное устройство, содержащее разрушающуюся при заданном давлении мембрану, установленную на патрубке, сообшаюшем защищаемый аппа рат со сбросной системой Г1».

Известное устройство обладает тем недостатком, что часто повторяющиеся гидравлические удары небольшой амплитуды и длительности снижают циклическую прочность мембран и приводят к преждевременному их разрушению при нормальном рабочем режиме. 20

Бель изобретения - повышение эксплуатационной надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что патрубок между мембраной и системой сброса содержит завесу из пузырьков газа малого размера. Пузырьковая завеса содержит rаз, нейтральный по отношению к рабочей среде. В патрубке может бьггь установлен распылитель,, выполненный в виде диска или полукольца иэ пористого материала. Устройство может иметь выполненные в стенках патрубка отверстия, сообщенные с емкостью с нейтральным газом, Диаметр пор пористого материала и диаметр отверстий для ввода газа, образующего завесу, равен 0,9-1,0 диаметра пузырьков газовой завесы. Устройство может быть снабжено сборником пузырьков, выполненным в виде тонкостенной оболочки, например, конической или цилиндрической формы, полость которой сообщена через насос с независимой емкостью.

На фиг. 1 изображена общая схема устройства; на фиг. 2-9 - различные ва рианты исполнения пористых распылителей; на фиг. 10 - устройство со сборником пузырьков в виде тонкостенной оболочки.

Ì6Ç10

Р ж. — плотность жидкости. на

С - теплоемкость жидкости;:

Х вЂ” теплопроводность жидкости;

R0 - радиус пузырьков, пузырьки схлОпываютсяе ВО время схлОпы вания, эа счет работы давления пузырьки приобретают кинетическую энергию вследствие радиального движения жидкости. А в момент схлэпывания происходит сферичесе- 10 кий микро гидроудар. Приобретенная пузырьком при сжатии кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию сжатия жидкости. Амплитуда увеличения давления при этом определяется по формуй ле

Устройство содержит предохранительную мембрану 1, установленную в патрубке 2, сообщающим с защищаемой системой (аппаратом ) 3 сборочный трубопровод 4 после срабатывания мембраны. В патрубке 2 установлен распылитель 5 иэ пористого материала, создающий пузырьковую завесу 6. Распылитель сообщен с независимой емкостью 7, которая через редуктор 8 сообщена с источником давл ния 9, а через насос 10 - с полостью патрубка 2 у мембраны. Трубка 11 подведена непосредственно под купол мембраны. Устройство может быть снабжено борником пузырьков в виде тонкостенно оболочки 12.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном рабочем давлении в защищаемом аппарате 3 выходящий из распылителя 5 газ создает пузырьковую завесу 6. Пузырьки отрываются от поверхности пористого материала и распылителя и поднимаются до мембраны 1

Скапливающийся газ насосом 10 малой производительности отсасывается через трубку ll в независимую емкость 7.

Заданное давление в этой емкости поддерживается с помощью редуктора 8 за счет источника давления 9 (баллона со сжатым газом).

При возникновении гидравлического удара в защищаемом аппарате 3 ударная волна воздействует на предохранительную мембрану 1 и разрушает ее, освобождая сечение патрубка 2 для сброса тех35 нологической среды из защищаемого аппарата,в сбросной трубопровод 4.

Использование пузырьковой завесы растворимого газа, а также паров жидкой

40 фазы связано с тем, что в такой пузырь-, ковой среде при наложении давления имеет место куммулятивный эффект. Этот эффект заключается в том, что в среде происходит значительное повышение давления, причем амплитуда повышения давления может превысить амплитуду наложенного дав- ленни на порядок или больше.

Одним иэ физических объяснений этого явления является следующее. При нало»женин давления на смесь, для размеров пузырьков, удовлетворяющих условию

При использовании растворимого газа

50 для создания пузырьковой завесы газа (пара) предпочтительно осуществлять через отверстия в стенке патрубка со сверхкритическим перепадом давления.

При быстронарастающем фронте ударной волны (характерное Время,,нарастания дав» ления гораздо меньше времени срабатывания мембраны) пузырьковая завеса содерo. у„. с„у»; где P0 - амплитуда ударной волны до завесы (в жидкости) беэ пузырьков; р4р «+ -(Ре- о)Рч, 1 Д

С C 4 Д.

1де 4< - cKopocrr звука жидкости GHPbKOB

cL — объемная доля пузырьков;

Р - давление в защищаемой системе.

Если пузырьковая газовая завеса содержит растворимый газ или пар жидкости, то радиус пузырьков лежит в интервале от 0,1 до 1 мм и определяется соотношением

""(".Н ")

Суммарный объем пузырьков газовой завесы определяется из соотношения

Ч =А " <

Г" где Ч, - суммарный объем пузырьков газовой завесы;

A « «сечение патрубка; д - ширина пузырьковой завесы в направлении воздействия гидроудара;

d. - объемная доля пузырьков, которая может изменяться преимущественно от 0,01 до

0,05.

Протяженность пузырьковой газовой завесы, в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, определяется соотношением

g.Î. ОО

Ф1—

Ъ (" ре- о

Я -d. (4-cL) где Po - давление перед ударной e,олной, - необходимое время нарастания давления во фронте ударной волны, равное времени срабатывания предохранительной мембраны.

Технико-экономический эффект от использования газовой завесы заключается в том, что благодаря повышению чувствительности мембраны к гидроударам снижаются требования к прочности и металлоемкости оборудования, ресурс их работы увеличивается.

Формула изобретения

5 МОЗ жит газ, нерастворимый в рабочей среде защищаемой системы, при этом размеры пузырьков газа определяются из соотношения.

Суммарный объем пузырьков определ""ется гз уравненияЧ = A° - d" d., rgecL лежит в интервале от 0,01 до 0,05, а протяженность пузырьковой газовой за-. весы в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, опре- 1î деляется из соотношения

1 и

° 4!

10 6 где Рй - давление на фронте ударной, волны;

Р— давление перед фронтом ударной волны;

p< — плотность жидкости;

7 - допустимое время нарастания давления во фронте ударной волны в завесе, равное времени срабатывания предохранительного устройства.

2. Уг".тройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что пузырьковая завеса содержит газ, растворимый в рабочей среде, защищаемого аппарата, например, углекислый газ, при этом радиус пузырьков газа определяется соотношением

1 где И - радиус пузырьков растворимого газа теплопроводность жидкой рабочей среды, С к — теплоемкость жидкости а протяженность пузырьковой завесы в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, определяется соотношением: 0 о" » —

1. Предохранительное устройство, содержащее разрушающуюся при заданном давлении мембрану, установленную на патрубке, сообщающем защищаемую систему со сбросной, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия срабатывания и чувствительности устройства патрубок между мембраной и зашиша мым аппаратом содержит завесу иэ пузырьков газа, нейтрального к рабочей среде, например, азота, при этом размер радиуса пузырьков определяется соотноижнием г де Ro - радиус пузырьков нерастворимого газа;

d. - объемная доля пузырьков газа, которая . изменяется. преимушественно в интервале 0,010,05, причем протяженность пузырьковой завесы в направлении гидравлического удара, воздействующего на мембрану, определяется из соотношения

А

2 о)i где э, — обьемная для пузырьков раство1 римого газа, которая изменяется

35 в интервале от 0,01 до 0,5

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в патрубке перед мембраной установлен распылитель газа, выполненный в виде диска для полу40 кольна из пористого материала, который сообщен с независимой емкостью, содержащей газ под заданным давлением.

4. Устройство ло пп. 1 и 2, о т л ич а ю ш е е с я тем, что патрубок защищаемой емкости снабжен кожухом, образующим с ним Фзлости наддува и полость приема газа, связанную через на сос с независимой емкостью.

Ю

5. Устройство пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отверстия или поры, через которые истекает газ, имеют диаметр, равный 0,9-1,0 диаметра

S5 пузырька газовой завесы.

G. Устройство по пп,1-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено сборником пузырьков, выполненным в виф 8

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 586295, кл. Р 16 К 47/02,. 1975. 7 M65i де тонкостенной оболочки конической или цилиндрической формы, полость которой сообщена через насос с независимой емюстыое

Составитель И. Illeaemaco

Редактор А. Шандор Техред А.Савка Корректор Д. Бок! ан

Заказ 8044/59 Тираж 1009 Поднис нов

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4