BR102015026839B1 - Conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, and atmospheric evaporator purifier used in such system - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE CONDICIONAMENTO, DE PURIFICAÇÃO E EVAPORAÇÃO DE MISTURAS DE GASES LIQUEFEITOS DE PETRÓLEO, E PURIFICADOR EVAPORIZADOR ATMOSFÉRICO UTILIZADO EM TAL SISTEMA A presente invenção se refere a um sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, comumente denominados Gases LPs, e um purificador evaporizador atmosférico utilizado em tal sistema, sendo que o sistema prevê três estágios, em que no primeiro estágio são previstos reguladores de redução de pressão (4) para reduzir a pressão dos Gases LPs líquidos nos tubos aletados (8), no segundo estágio os Gases LPs, ainda em estado de emulsão ou liquido, sobem nos tubos trocadores aletados (9A) aquecidos pelo ar ambiente, se evaporam e seguem no fluxo junto com o propano gasoso, e no terceiro estágio nos tubos trocadores aletados (9B) os Gases LPs ainda frios são reaquecidos a uma temperatura próxima da temperatura ambiente, sendo previsto neste último estagio um tanque separador (15) com bloqueio de líquido para evitar a entrada de Gases LPs líquidos na rede do cliente. O purificador evaporizador atmosférico utilizado no sistema, compreende uma pluralidade de tubos aletados (8) dispostos em paralelo e conectados de dois a dois a um coletor superior (5), e conectados a um coletor inferior (6), sendo (...).SYSTEM FOR CONDITIONING, PURIFICATION AND EVAPORATION OF MIXTURES OF LIQUEFIED PETROLEUM GASES, AND ATMOSPHERIC EVAPORIZER PURIFIER USED IN SUCH SYSTEM The present invention relates to a system for conditioning, purifying and evaporating mixtures of liquefied petroleum gases, commonly called LPs, and an atmospheric evaporator purifier used in such a system, and the system provides three stages, in which in the first stage pressure reduction regulators (4) are provided to reduce the pressure of the liquid LP Gases in the finned tubes (8), in the second stage, the LP Gases, still in an emulsion or liquid state, rise in the finned exchanger tubes (9A) heated by the ambient air, evaporate and follow in the flow together with the gaseous propane, and in the third stage in the finned exchanger tubes (9B ) the still cold LP Gases are reheated to a temperature close to room temperature, with a separator tank (1 5) with liquid blocking to prevent liquid LP Gases from entering the customer's network. The atmospheric evaporator purifier used in the system comprises a plurality of finned tubes (8) arranged in parallel and connected two by two to an upper collector (5), and connected to a lower collector (6), being (...) .
Description
[0001] A presente invenção se refere a um sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, comumente denominados Gases LPs, e purificador/evaporizador atmosférico utilizado em tal sistema, apropriado para condicionar os gases a uma temperatura e uma baixa pressão (algumas centenas de milibares), sob condições ideais para combustão nas instalações residenciais, comerciais e industriais, que proporcionam assim uma evaporação de Gases LPs purificados mais eficientes, melhorando desempenho na operação dos equipamentos que utilizam estas misturas de Gases LPs.[0001] The present invention refers to a conditioning, purification and evaporation system for liquefied petroleum gas mixtures, commonly called LP Gases, and an atmospheric purifier/evaporator used in such a system, suitable for conditioning the gases at a temperature and a low pressure (a few hundred millibars), under ideal conditions for combustion in residential, commercial and industrial installations, which thus provide a more efficient evaporation of purified LP Gases, improving performance in the operation of equipment that uses these mixtures of LP Gases.
[0002] Os Gases LPs são uma mistura de gases de hidrocarbonetos, utilizados como combustível em aplicações de aquecimento, ou carburantes para motores, estando presentes no gás natural ou obtidos a partir do refino do petróleo. Os Gases LPs são compostos por vários hidrocarbonetos, sendo que para serem comercializados são geralmente fracionados em duas principais famílias de produtos, o propano/propeno e os butanos/butenos, onde cada produto tem diferentes características físicas e energéticas. O propano é mais adequado para uso em instalações industriais, e os butanos mais adequados para uso nas instalações residenciais e comerciais.[0002] LP Gases are a mixture of hydrocarbon gases, used as fuel in heating applications, or motor fuel, being present in natural gas or obtained from petroleum refining. LP Gases are composed of several hydrocarbons, and to be commercialized they are usually divided into two main families of products, propane/propene and butanes/butenes, where each product has different physical and energetic characteristics. Propane is best suited for use in industrial facilities, and butanes are best suited for use in residential and commercial facilities.
[0003] Portanto, o gás extraído por vaporização natural dos Gases LPs e o líquido residual tem uma composição variável. Essa extração de gás na parte gasosa provoca uma vaporização que recompõe a pressão do vapor, modificando o equilíbrio da temperatura global do sistema, retirando assim as calorias necessárias da massa líquida.[0003] Therefore, the gas extracted by natural vaporization of LP Gases and the residual liquid has a variable composition. This extraction of gas in the gaseous part causes a vaporization that restores the vapor pressure, modifying the global temperature balance of the system, thus removing the necessary calories from the liquid mass.
[0004] Se o ambiente não tem capacidade de repor a energia calorifica necessária para repor estas calorias bem como manter o sistema a uma temperatura adequada que permita a vaporização, a extração de gás sofre uma limitação física devido ao resfriamento do liquido.[0004] If the environment does not have the capacity to replace the heat energy needed to replace these calories as well as maintain the system at an adequate temperature that allows vaporization, the gas extraction suffers a physical limitation due to the cooling of the liquid.
[0005] Assim, de acordo com o recipiente de armazenamento dos Gases LPs, a capacidade de vaporização natural é limitada pela troca de calor pela parede superficial da área molhada do tanque entre o meio ambiente e o liquido residual de capacidade decrescente.[0005] Thus, according to the storage container of LP Gases, the natural vaporization capacity is limited by the heat exchange by the surface wall of the wet area of the tank between the environment and the residual liquid of decreasing capacity.
[0006] Os Gases LPs são armazenados em diversos tipos de reservatórios, cilindros, tanques, recipientes, etc., sob a forma líquida e também na presença de uma fase gasosa, em equilíbrio, a uma determinada relação pressão/temperatura, sendo a pressão do vapor sempre superior a 6,5 bar para o propano, e a 0,7 bar para os butanos, a uma temperatura de 15°C. A experiência mostra que os recipientes/cilindros de 13 kg e 45 kg têm uma capacidade natural de vaporização que varia em função do nível de líquido, isto é, a área molhada em contato com o conversor natural, que é a chapa do cilindro, e em função da pressão de suprimento do consumo.[0006] LP Gases are stored in various types of reservoirs, cylinders, tanks, containers, etc., in liquid form and also in the presence of a gaseous phase, in equilibrium, at a certain pressure/temperature ratio, with of steam always higher than 6.5 bar for propane and 0.7 bar for butanes, at a temperature of 15°C. Experience shows that 13 kg and 45 kg containers/cylinders have a natural vaporization capacity that varies as a function of the liquid level, that is, the wetted area in contact with the natural converter, which is the cylinder plate, and depending on the supply pressure of consumption.
[0007] Uma pressão abaixo de 0,7 bar permite uma operação com uma temperatura inferior a 15°C, e, portanto, aumenta a capacidade do fluxo térmico ambiente/chapa/GLP líquido. Quando o ambiente não pode compensar as perdas caloríficas devido à vaporização dos Gases LPs, é preciso implantar um sistema de vaporização artificial ou forçada. É importante ressaltar que o vento, a chuva natural ou artificial, e o sol, diretamente ou por radiação térmica dos solos ou paredes, são elementos que favorecem a vaporização natural dos Gases LPs. A aplicação de tinta escura sobre reservatórios também é favorável. Por outro lado, a formação de gelo nas paredes do reservatório devido a um resfriamento excessivo é equivalente a um isolamento térmico, e, portanto, reduz a vaporização natural.[0007] A pressure below 0.7 bar allows operation with a temperature below 15°C, and therefore increases the capacity of ambient/plate/liquid LPG heat flow. When the environment cannot compensate for the heat losses due to the vaporization of LP Gases, it is necessary to implement an artificial or forced vaporization system. It is important to emphasize that the wind, natural or artificial rain, and the sun, directly or by thermal radiation from the soil or walls, are elements that favor the natural vaporization of LP Gases. The application of dark ink on reservoirs is also favorable. On the other hand, ice formation on the reservoir walls due to excessive cooling is equivalent to thermal insulation, and therefore reduces natural vaporization.
[0008] Em resumo, a vaporização natural depende dos seguintes fatores: - diferença de temperatura Gases LPs/ambiente; - tamanho/forma (área) do reservatório para promover a troca térmica; - resistência térmica das paredes do reservatório (material, revestimento, etc.); - vazão do gás (consumo); e - composição do gás.[0008] In summary, natural vaporization depends on the following factors: - temperature difference Gases LPs/environment; - size/shape (area) of the reservoir to promote heat exchange; - thermal resistance of the reservoir walls (material, coating, etc.); - gas flow (consumption); and - gas composition.
[0009] Não é possível interferir nos dois últimos fatores, pois são “dados do consumo”. Assim, no caso de vaporização insuficiente é necessário trabalhar principalmente a diferença de temperatura dos Gases LPs/ambiente e o tamanho/forma do reservatório. Desse modo, para uma maior transferência de calor, ou aumenta-se a área de troca térmica ou o diferencial de temperatura.[0009] It is not possible to interfere in the last two factors, as they are “consumption data”. Thus, in the case of insufficient vaporization, it is necessary to work mainly on the temperature difference of the LP Gases/environment and the size/shape of the reservoir. Thus, for greater heat transfer, either the heat exchange area or the temperature differential is increased.
[00010] Em vista do acima exposto, utiliza-se geralmente uma vaporização artificial pelo aumento de temperatura a uma pressão constante, seguida de uma redução de pressão a temperatura do processo. Para se alcançar um desses objetivos, era utilizado antes da presente invenção um vaporizador ou trocador de calor ou intercambiador de energia calorífica. O calor necessário à vaporização é oriundo de água quente, de vapor, de eletricidade ou de gases quentes.[00010] In view of the above, artificial vaporization is generally used by increasing the temperature at a constant pressure, followed by a pressure reduction at the process temperature. To achieve one of these objects, a vaporizer or heat exchanger or heat exchanger was used prior to the present invention. The heat needed for vaporization comes from hot water, steam, electricity or hot gases.
[00011] A combustão dos gases é possível somente a uma pressão inferior a 50 mbar, onde a utilização dos Gases LPs implica, portanto, a uma necessária redução da pressão a montante do injetor do queimador. Temos assim três maneiras para converter os Gases LPs sob pressão de equilíbrio e a pressão de combustão, que são: - extração do vapor (referencias: de 0,7 a 6,5 bar, 15°C) - em função da redução da pressão até uma pressão de rede de 0,350 a 1,5 bar, e reaquecimento a temperatura ambiente, - extração do líquido (referencias: 0,7 a 6,5 bar, 15°C) - em função da vaporização com aquecimento na faixa de 70°C a 80°C e redução da pressão a 0,350 a 1,5 bar, a temperatura ambiente; - extração do líquido (referencias: 0,7 a 6,5 bar, 15°C) - em função da redução da pressão sem aquecimento a uma temperatura na faixa de -30°C a -20°C, a energia de resfriamento produzida pela evaporação, seguida de um aquecimento para obtenção da temperatura ambiente.[00011] The combustion of gases is only possible at a pressure lower than 50 mbar, where the use of LP Gases implies, therefore, a necessary reduction in the pressure upstream of the burner injector. We thus have three ways to convert LP Gases under equilibrium pressure and combustion pressure, which are: - steam extraction (references: from 0.7 to 6.5 bar, 15°C) - depending on the pressure reduction up to a mains pressure of 0.350 to 1.5 bar, and reheating to room temperature, - liquid extraction (references: 0.7 to 6.5 bar, 15°C) - depending on vaporization with heating in the range of 70 °C to 80 °C and pressure reduction to 0.350 to 1.5 bar at room temperature; - liquid extraction (references: 0.7 to 6.5 bar, 15°C) - depending on the pressure reduction without heating at a temperature in the range of -30°C to -20°C, the cooling energy produced by evaporation, followed by heating to room temperature.
[00012] Tendo em vista as propriedades dos Gases LPs, problemas operacionais ocorrem quando os mesmos estão sendo utilizados, sendo que as principais dificuldades decorrem da variação de pressão (no caso redução) e da variação da temperatura. A redução de pressão do liquido provoca uma queda significativa de temperatura e, consequentemente, ocorre a reliquefação parcial ou formação de condensados, isto é, frações dos Gases LPs se convertem novamente do estado gasoso para o estado líquido. Por outro lado, para ocorrer à conversão dos Gases LPs do estado líquido para o estado gasoso é necessário que haja um aporte calorífico.[00012] In view of the properties of LP Gases, operational problems occur when they are being used, and the main difficulties arise from pressure variation (in the case of reduction) and temperature variation. The reduction in pressure of the liquid causes a significant drop in temperature and, consequently, partial reliquefaction or formation of condensates occurs, that is, fractions of the LP Gases are converted back from the gaseous state to the liquid state. On the other hand, for the conversion of LP Gases from the liquid state to the gaseous state to occur, there must be a calorific input.
[00013] Com base nos problemas acima mencionados, foram desenvolvidos três modos operacionais para o condicionamento dos Gases LPs.[00013] Based on the problems mentioned above, three operational modes were developed for the conditioning of LP Gases.
[00014] O primeiro modo operacional que atende os ambientes ”fechados” (locais internos onde a temperatura sofre menos impacto do ambiente externo) dos setores residencial e comercial de muito baixa vazão, onde a temperatura ambiente está sempre acima de 20°C, os butanos são naturalmente vaporizados a uma pressão inferior a 100 mbar, uma vez que o calor do ambiente produz a energia calorífica necessária para evaporar os butanos dos recipientes de armazenamento.[00014] The first operational mode that meets the "closed" environments (internal places where the temperature suffers less impact from the external environment) of the residential and commercial sectors of very low flow, where the ambient temperature is always above 20°C, the butanes are naturally vaporized at a pressure of less than 100 mbar, as the heat from the environment produces the heat energy needed to evaporate the butanes from the storage vessels.
[00015] No segundo modo operacional, restrito aos setores comerciais com ambientes externos abertos e setores industriais, onde a temperatura ambiente pode variar de -5°C a 40°C, o propano é naturalmente vaporizado a uma pressão inferior a 3 bar, uma vez que o calor do ambiente, apesar de produzir energia calorifica, proporciona uma limitação de transmissão de calor entre o ar e o propano. Assim, o resfriamento do líquido impede uma evaporação eficiente.[00015] In the second operating mode, restricted to commercial sectors with open outdoor environments and industrial sectors, where the ambient temperature can vary from -5°C to 40°C, propane is naturally vaporized at a pressure lower than 3 bar, a since the heat of the environment, despite producing heat energy, provides a limitation of heat transmission between the air and the propane. Thus, cooling the liquid prevents efficient evaporation.
[00016] Um terceiro modo operacional foi desenvolvido para atender aos setores comerciais e industriais, sendo que para evitar a limitação de transmissão de calor entre o ar e o propano, aquecedores são oferecidos para garantir a vazão de consumo.[00016] A third operational mode was developed to serve the commercial and industrial sectors, and to avoid the limitation of heat transmission between air and propane, heaters are offered to guarantee the consumption flow.
[00017] Apesar da existência dos modos operacionais acima descritos, a comercialização direta dos Gases LPs de qualquer composição, não fracionados em propano e butanos, também provoca imprecisões quando se opera a transferência dos Gases LPs diretamente para o consumidor. A seguir são enumerados alguns desses problemas: - depósito de carbono no fundo dos recipientes de cozimento, uma vez que cada gás dos Gases LPs tem características diferentes de combustão; a falta de ar produz uma combustão incompleta e consequentemente formação de carbono depositado na superfície de contato. - ocorrência de queima insuficiente e geração de fuligem em processos comerciais/industriais, além de apresentar um baixo rendimento de combustão, uma vez que pelo fato da composição dos Gases LPs ser muito variável, as proporções das correntes dos gases na queima provocam esses fenômenos; - formação de condensados nos tanques separadores e nas redes internas das indústrias e instalações comerciais de maior porte, devido à operação com uma pressão elevada maior que 1 bar, a uma temperatura inferior a 20°C; - formação de incrustações nos bicos dos queimadores que reduzem ainda mais a eficiência do queimador devido à utilização de aquecimento a alta temperatura, isto é, na faixa de 60° a 80°C, resistências elétricas, água quente, vapor, para vaporizar os Gases LPs líquidos; - combustão irregular no início do suprimento dos Gases LPs devido ao fato da proporção de ar para a queima do propano (23/1 de aeração) e dos butanos (30/1 de aeração) ser diferente.[00017] Despite the existence of the operational modes described above, the direct commercialization of LP Gases of any composition, not fractionated in propane and butanes, also causes inaccuracies when operating the transfer of LP Gases directly to the consumer. Some of these problems are listed below: - carbon deposit at the bottom of cooking vessels, since each gas of LP Gases has different combustion characteristics; the lack of air produces incomplete combustion and consequently the formation of carbon deposited on the contact surface. - occurrence of insufficient burning and soot generation in commercial/industrial processes, in addition to presenting a low combustion efficiency, since the composition of LP Gases is very variable, the proportions of the gas streams in the burning cause these phenomena; - formation of condensate in separator tanks and in the internal networks of industries and larger commercial installations, due to operation with a high pressure greater than 1 bar, at a temperature below 20°C; - formation of incrustations on the burner nozzles that further reduce the efficiency of the burner due to the use of high temperature heating, that is, in the range of 60° to 80°C, electrical resistances, hot water, steam, to vaporize the gases liquid LPs; - irregular combustion at the beginning of the supply of LP Gases due to the fact that the proportion of air for burning propane (23/1 aeration) and butanes (30/1 aeration) is different.
[00018] Adicionalmente, são registrados efeitos negativos gerados pela execução inapropriada de instalações. Tais defeitos estão relacionados à pressão de regulagem muito elevada, provocando liquefação devido à formação de líquido nos coletores. Em consequência, a função de evaporação dentro dos tubos aletados é antecipada com a evaporação nos coletores de evaporadores, não previstos para trocar calor, e como resultado o congelamento dos mesmos.[00018] Additionally, negative effects generated by the inappropriate execution of installations are recorded. Such defects are related to the very high regulation pressure, causing liquefaction due to the formation of liquid in the collectors. As a result, the evaporation function within the finned tubes is anticipated with evaporation in the evaporator collectors, not intended to exchange heat, and as a result their freezing.
[00019] Além disso, no caso de paralisações totais de consumo, mesmo sendo rápidas, faz com que as quantidades de líquidos presos nos coletores evaporem, aumentando a pressão da rede do usuário.[00019] In addition, in the case of total consumption stoppages, even if they are fast, it causes the amounts of liquids trapped in the collectors to evaporate, increasing the pressure of the user's network.
[00020] A ausência de drenagem preventiva nos coletores para reter as impurezas, sobretudo com Gases LPs com teor elevado de água, ou uma instalação de dois vaporizadores em paralelo sem controle da divisão de fluxos, pode permitir a passagem livre de impurezas existentes nos gases LPs.[00020] The absence of preventive drainage in the collectors to retain the impurities, especially with LP Gases with high water content, or an installation of two vaporizers in parallel without controlling the flow division, can allow the free passage of impurities existing in the gases LPs.
[00021] Ademais, um dimensionamento excessivo do equipamento, sem operação intermitente de by-pass gasoso para provocar uma evaporação nos tanques de armazenamento e a “quebra” da estratificação dos produtos faz com que o fluxo de Gases LPs líquido fique não homogeneizado.[00021] In addition, an excessive sizing of the equipment, without intermittent gas bypass operation to cause evaporation in the storage tanks and the "break" of the stratification of the products causes the flow of liquid LP Gases to be non-homogenized.
[00022] Atualmente, existem vaporizadores atmosféricos que são oriundos dos trocadores utilizados para nitrogênio ou oxigênio. Quando esses equipamentos são indevidamente instalados para Gases LPs, a vaporização é processada através de um sistema similar ao de um tipo radiador. Desse modo, o fluxo de Gases LPs ocorre de baixo para cima e depois, de cima para baixo, com aletas pequenas, sem tecnologia apropriada para promover a vaporização dos Gases LPs.[00022] Currently, there are atmospheric vaporizers that come from exchangers used for nitrogen or oxygen. When these equipments are improperly installed for LP Gases, the vaporization is processed through a system similar to a radiator type. Thus, the flow of LP Gases occurs from bottom to top and then from top to bottom, with small fins, without appropriate technology to promote the vaporization of LP Gases.
[00023] Com o intuito de superar os problemas citados, existem no estado da técnica alguns processos e equipamentos para condicionamento de Gases LPs, dentre os quais destacamos o documento de patente BR PI9602926-9, que descreve um processo aperfeiçoado para o condicionamento de gás liquefeito de petróleo (GLP) como combustível, em especial para aquelas situações em que as condições ambientais tornam difícil a vaporização natural dos Gases LPs no recipiente de armazenamento. De acordo com o descrito no referido documento o aperfeiçoamento introduzido em um processo de condicionamento de Gases LPs, inclui as etapas processuais de retirar os Gases LPs do recipiente a partir da fase líquida do mesmo, vaporizar artificialmente os Gases LPs líquidos retirados, e fornecer os Gases LPs em fase vapor à pressão reduzida e à temperatura aproximadamente ambiente para consumo, baseado no fato de que, na fase processual de vaporização, a conversão da fase líquida para fase vapor é levada a efeito, inicialmente, por expansão com consequente redução substancial da temperatura seguida de uma troca de calor em um trocador de calor sem consumo de outra energia, notadamente produzida. Por meio do aperfeiçoamento introduzido pela invenção eliminam-se as desvantagens do processo usual o qual depende da capacidade de vaporização natural, extremamente limitada, do ou dos recipientes (cilindros e tanques) no qual são armazenados os Gases LPs.[00023] In order to overcome the mentioned problems, there are in the state of the art some processes and equipment for conditioning LP Gases, among which we highlight the patent document BR PI9602926-9, which describes an improved process for the conditioning of gas liquefied petroleum gas (LPG) as a fuel, especially for those situations where environmental conditions make it difficult for the LP Gases to vaporize naturally in the storage container. As described in that document, the improvement introduced in a process of conditioning LP Gases, includes the procedural steps of removing the LP Gases from the container from the liquid phase thereof, artificially vaporizing the withdrawn liquid LP Gases, and supplying the LP gases in vapor phase at reduced pressure and at approximately ambient temperature for consumption, based on the fact that, in the process phase of vaporization, the conversion of the liquid phase to the vapor phase is carried out, initially, by expansion with consequent substantial reduction of the temperature followed by a heat exchange in a heat exchanger without consumption of other energy, notably produced. By means of the improvement introduced by the invention, the disadvantages of the usual process which depends on the extremely limited natural vaporization capacity of the container or containers (cylinders and tanks) in which the LP Gases are stored are eliminated.
[00024] O processo descrito no documento acima é uma evolução em relação ao estado da técnica, na medida que o seu conceito principal não é de vaporizar os Gases LPs, mas sim de purificar os Gases LPs, aproveitando o frio da evaporação forçada. Entretanto, apresenta o inconveniente de reter as impurezas oriundas de recipientes utilizados depois de um longo tempo ou reutilizados com liberação de incrustações.[00024] The process described in the document above is an evolution in relation to the state of the art, insofar as its main concept is not to vaporize the LP Gases, but to purify the LP Gases, taking advantage of the cold of forced evaporation. However, it has the drawback of retaining impurities from containers used after a long time or reused with release of incrustations.
[00025] A proposição inicial do processo aperfeiçoado para o condicionamento de gases liquefeitos de petróleo (Gases LPs), tal como descrito no documento de patente BR PI9602926-9, resultou no desenvolvimento do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo (Gases LPs), e, de um purificador evaporizador atmosférico utilizado em tal sistema, objeto da presente invenção, cuja finalidade é de melhorar a purificação dos Gases LPs através do aproveitamento do frio da evaporação forçada, podendo ser incluído um vaso separador na entrada do evaporizador, evitando assim a série de problemas listados anteriormente.[00025] The initial proposal of the improved process for the conditioning of liquefied petroleum gases (LP Gases), as described in the patent document BR PI9602926-9, resulted in the development of the conditioning, purification and evaporation system of gas mixtures petroleum liquids (LP Gases), and an atmospheric evaporator purifier used in such a system, object of the present invention, whose purpose is to improve the purification of LP Gases through the use of the cold of forced evaporation, which may include a separator vessel at the evaporator inlet, thus avoiding the series of problems listed above.
[00026] A seguir será apresentado um sumário simplificado das modalidades descritas na presente invenção, sendo que tal sumário não é uma visão geral extensiva de todas as modalidades contempladas aqui. E não pretende identificar elementos fundamentais ou críticos, nem delinear o escopo de tais modalidades. Sua única finalidade é apresentar alguns conceitos das modalidades descritas na forma simplificada, como uma introdução à descrição mais detalhada que será apresentada adiante.[00026] The following is a simplified summary of the embodiments described in the present invention, such summary not being an extensive overview of all the embodiments contemplated herein. And it does not intend to identify fundamental or critical elements, nor to outline the scope of such modalities. Its only purpose is to present some concepts of the described modalities in simplified form, as an introduction to the more detailed description that will be presented below.
[00027] A presente invenção se refere a um sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo (Gases LPs) que preveem três estágios que permitem proceder a um tratamento físico dos Gases LPs pelo frio, uma evaporação dos gases LPs, até os butanos com separação dos pesados e impurezas nos tubos intercambiadores de calor, um ajuste de temperatura final modulada a menos de 5°C da temperatura ambiente, garantindo a impossibilidade de formação de condensados à jusante na rede.[00027] The present invention relates to a system for conditioning, purifying and evaporating mixtures of liquefied petroleum gases (LP Gases) that provides for three stages that allow for a physical treatment of LP Gases by cold, an evaporation of the gases LPs, up to butanes with separation of the heavy and impurities in the heat exchanger tubes, a final temperature adjustment modulated to less than 5°C of the ambient temperature, guaranteeing the impossibility of formation of condensates downstream in the network.
[00028] O primeiro estágio provê uma redução da pressão dos Gases LPs líquidos, provocando uma queda de temperatura e uma separação em um primeiro coletor. Desse modo, as impurezas pesadas frias não tem a possibilidade de evaporar e de subir nos tubos intercambiadores de calor com o ar ambiente.[00028] The first stage provides a pressure reduction of the liquid LP Gases, causing a drop in temperature and a separation in a first collector. In this way, the cold heavy impurities do not have the possibility to evaporate and rise in the heat exchange tubes with the ambient air.
[00029] Um segundo estágio, onde os Gases LPs butanos, ainda em estado de emulsão ou líquido, podem subir nos tubos aquecidos, evaporar e seguir no fluxo junto com o propano gasoso.[00029] A second stage, where the butane LP Gases, still in an emulsion or liquid state, can rise in the heated tubes, evaporate and follow in the flow along with the gaseous propane.
[00030] E um terceiro estágio, onde todos os gases ainda frios devem ser reaquecidos a uma temperatura próxima da temperatura ambiente.[00030] And a third stage, where all gases still cold must be reheated to a temperature close to room temperature.
[00031] A presente invenção provê ainda um purificador/evaporizador atmosférico que compreende um filtro separador de fluxo na entrada, uma válvula de proteção contra a baixa pressão de rede do usuário, duplo ou triplo reguladores de pressão em cascata, um coletor superior com um divisor de fluxo, um coletor inferior com dreno permanente, tubos internos para elevar somente os líquidos dentro dos tubos aletados na segunda etapa, um dispositivo dotado de um fio metálico em espiral para provocar turbulências no fluxo nos tubos no terceiro estágio para melhorar as trocas térmicas, e um indicador de posição de boia de proteção contra os Gases LPs líquidos.[00031] The present invention also provides an atmospheric purifier/evaporator that comprises a flow separator filter at the inlet, a protection valve against low user mains pressure, double or triple cascade pressure regulators, an upper collector with a flow divider, a lower collector with permanent drain, internal tubes to raise only the liquids inside the finned tubes in the second stage, a device equipped with a spiral metallic wire to cause turbulence in the flow in the tubes in the third stage to improve the thermal exchanges , and a protection float position indicator against liquid LP Gases.
[00032] No caso do equipamento ser instalado em regiões frias, é previsto ainda a possibilidade de uso de um exaustor inferior para aumentar o fluxo de ar de aquecimento e reduzir as dimensões e custos com os tubos, e também, a instalação de uma válvula termostática que controla a vazão de água para pulverizar água morna industrial, via sistema com ducha de água, a temperatura do solo (normalmente na faixa de 16°C a 26°C) para evitar a formação de gelo e permitir uma operação normal no caso de temperatura ambiente abaixo de 10°C.[00032] In case the equipment is installed in cold regions, it is also foreseen the possibility of using a lower exhaust fan to increase the heating air flow and reduce the dimensions and costs with the pipes, and also, the installation of a valve thermostat that controls the water flow to spray warm industrial water, via a water shower system, at the temperature of the ground (normally in the range of 16°C to 26°C) to prevent ice formation and allow normal operation in the case ambient temperature below 10°C.
[00033] A principal vantagem da presente invenção é proporcionar uma purificação e evaporação mais eficiente dos Gases LPs, melhorando consideravelmente o desempenho dos equipamentos que utilizam tais Gases LPs.[00033] The main advantage of the present invention is to provide a more efficient purification and evaporation of LP Gases, considerably improving the performance of equipment that uses such LP Gases.
[00034] Outra vantagem da presente invenção é de evitar o entupimento provocado por impurezas dos Gases LPs nos equipamentos dos usuários e garantir a continuidade de fluxo de gás nos mesmos.[00034] Another advantage of the present invention is to avoid clogging caused by impurities of LP Gases in users' equipment and guarantee the continuity of gas flow in them.
[00035] Outra vantagem da presente invenção é a de proteger a rede do usuário, a fim de controlar uma parada automática de condicionamento de gás no caso de uma queda anormal de pressão.[00035] Another advantage of the present invention is to protect the user's network in order to control an automatic gas conditioning stop in the event of an abnormal pressure drop.
[00036] Outra vantagem da presente invenção é a de dividir o fluxo de gás, no primeiro estágio do purificador evaporador, igualmente entre todos os tubos de fluxo de gás descendente.[00036] Another advantage of the present invention is that it divides the gas flow in the first stage of the evaporator scrubber equally between all downstream gas flow tubes.
[00037] Outra vantagem da presente invenção é a de proporcionar a instalação de um vaso inferior que possa recolher os produtos oriundos da drenagem, atuando como um coletor armazenador com dreno permanente.[00037] Another advantage of the present invention is to provide the installation of a lower vessel that can collect the products from the drainage, acting as a storage collector with permanent drain.
[00038] Outra vantagem da presente invenção é a de provocar turbulências no fluxo dos tubos do terceiro estágio, melhorando as trocas térmicas.[00038] Another advantage of the present invention is to cause turbulence in the flow of the third stage tubes, improving thermal exchanges.
[00039] Outra vantagem da presente invenção é de aumentar o fluxo de ar ambiente de aquecimento e reduzir as dimensões dos tubos, diminuindo assim os custos.[00039] Another advantage of the present invention is to increase the flow of ambient heating air and reduce the dimensions of the tubes, thus reducing costs.
[00040] Para a realização dos objetivos precedentes e afins, uma ou mais modalidades compreendem os aspectos que serão descritos a seguir e especificamente definidos nas reivindicações. A descrição seguinte e os desenhos anexos apresentam certos detalhes ilustrativos dos aspectos das modalidades descritas. Estes aspectos indicam, contudo, apenas algumas das diversas maneiras pelas quais os princípios de diversas modalidades podem ser utilizados. Além disso, pretende-se que as modalidades descritas incluam estes aspectos e seus equivalentes.[00040] For the accomplishment of the foregoing and related objectives, one or more modalities comprise the aspects that will be described below and specifically defined in the claims. The following description and accompanying drawings present certain details illustrative of aspects of the described embodiments. These aspects, however, indicate only a few of the many ways in which principles from different modalities can be used. Furthermore, the described embodiments are intended to include these aspects and their equivalents.
[00041] As características, natureza e vantagens da presente descrição serão mais visíveis a partir da descrição detalhada exposta abaixo quando lida em conjunto com os desenhos, nos quais as mesmas referências se referem aos mesmos elementos, nos quais: Figura 1 - ilustra uma vista esquemática de uma primeira modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, objeto da presente invenção, através de duplo processo de vaporização e aquecimento, em regiões de temperatura ambiente tipo tropical, ou seja, superior a 10°C; Figura 2 - ilustra uma vista esquemática de uma segunda modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, objeto da presente invenção, através de vaporização e aquecimento assistido com ar ambiente, em regiões onde a temperatura ambiente pode ser da ordem de 10°C; Figura 3 - ilustra uma vista esquemática de uma terceira modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gás liquefeito de petróleo, objeto da presente invenção, através de vaporização e aquecimento assistido com ducha de água (temperatura superior a 10°C) em regiões onde temperatura ambiente possa ser inferior a 10°C; Figura 4 - ilustra uma vista esquemática de uma quarta modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gás liquefeito de petróleo, objeto da presente invenção, através de vaporização e aquecimento assistido com ar quente aquecido com água (temperatura superior a 35°C) em regiões onde temperatura ambiente possa ser inferior a 10°C; Figura 5 - ilustra uma vista esquemática de uma quinta modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gás liquefeito de petróleo, objeto da presente invenção, através de uma purificação seguida de um sistema alternativo de aquecimento paralelo, atmosférico, e elétrico ou a agua quente para as regiões onde temperatura ambiente possa ser inferior a 5°C; Figura 6 - ilustra uma vista lateral de uma modalidade do purificador evaporizador atmosférico, objeto da presente invenção; Figura 7 - ilustra uma vista frontal do purificador evaporizador atmosférico da Figura 6; Figura 8 - ilustra uma vista superior do purificador evaporizador atmosférico da Figura 6; Figura 9 - ilustra uma vista lateral de uma modalidade dopurificador evaporizador atmosférico, objeto da presente invenção; Figura 10 - ilustra uma vista frontal do purificador evaporizador atmosférico da Figura 9; Figura 11 - ilustra uma vista superior do purificador evaporizador atmosférico da Figura 9; Figura 12 - ilustra uma vista do tubo trocador aletado do purificador evaporizador atmosférico, objeto da presente invenção; Figura 13 - ilustra uma vista ampliada em corte A-A do tubo da Figura 12; Figura 14 - ilustra uma vista esquemática em corte do tubo aletado da Figura 12; Figura 15 - ilustra uma vista em perspectiva do tubo trocador aletado da Figura 12.[00041] The characteristics, nature and advantages of the present description will be more visible from the detailed description exposed below when read together with the drawings, in which the same references refer to the same elements, in which: Figure 1 - illustrates a view schematic of a first modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, object of the present invention, through a double process of vaporization and heating, in regions of tropical-type ambient temperature, that is, above 10 °C; Figure 2 - illustrates a schematic view of a second modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, object of the present invention, through vaporization and assisted heating with ambient air, in regions where the ambient temperature can be on the order of 10°C; Figure 3 - illustrates a schematic view of a third modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, object of the present invention, through vaporization and assisted heating with a water shower (temperature greater than 10°C ) in regions where ambient temperature may be lower than 10°C; Figure 4 - illustrates a schematic view of a fourth modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, object of the present invention, through vaporization and assisted heating with hot air heated with water (temperature greater than 35 °C) in regions where ambient temperature may be lower than 10°C; Figure 5 - illustrates a schematic view of a fifth modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, object of the present invention, through a purification followed by an alternative system of parallel, atmospheric, and electrical heating or hot water for regions where ambient temperature may be lower than 5°C; Figure 6 - illustrates a side view of an embodiment of the atmospheric evaporator purifier, object of the present invention; Figure 7 - illustrates a front view of the atmospheric evaporator purifier of Figure 6; Figure 8 - illustrates a top view of the atmospheric evaporator purifier of Figure 6; Figure 9 - illustrates a side view of an atmospheric evaporator purifier modality, object of the present invention; Figure 10 - illustrates a front view of the atmospheric evaporator purifier of Figure 9; Figure 11 - illustrates a top view of the atmospheric evaporator purifier of Figure 9; Figure 12 - illustrates a view of the finned exchanger tube of the atmospheric evaporator purifier, object of the present invention; Figure 13 - illustrates an enlarged sectional view A-A of the tube of Figure 12; Figure 14 - illustrates a schematic sectional view of the finned tube of Figure 12; Figure 15 - illustrates a perspective view of the finned exchanger tube of Figure 12.
[00042] Em conformidade com o quanto ilustram as figuras em anexo, a presente invenção se refere a um SISTEMA DE CONDICIONAMENTO, DE PURIFICAÇÃO E EVAPORAÇÃO DE MISTURAS DE GASES LIQUEFEITOS DE PETRÓLEO, E PURIFICADOR EVAPORIZADOR ATMOSFÉRICO UTILIZADO EM TAL SISTEMA, que proporciona uma evaporação purificada mais eficiente dos Gases LPs e um aumento da qualidade da combustão nos queimadores.[00042] As shown in the attached figures, the present invention relates to a CONDITIONING, PURIFYING AND EVAPORATION SYSTEM FOR LIQUEFIED PETROLEUM GAS MIXTURES AND ATMOSPHERIC EVAPORIZER PURIFIER USED IN SUCH SYSTEM, which provides an evaporation more efficient purification of LP Gases and an increase in the quality of combustion in the burners.
[00043] O sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo (Gases LPs) prevê três estágios, sendo que no primeiro ocorre uma redução da pressão dos Gases LPs líquidos, provocando uma evaporação do propano, uma queda de temperatura e uma separação das impurezas no primeiro coletor. No segundo estágio os Gases LPs, ainda em estado de emulsão ou líquido, sobem internamente nos tubos aquecidos pelo ar ambiente, se evaporam e seguem no fluxo junto com o propano gasoso. Finalmente, no terceiro estágio os gases ainda frios são reaquecidos a uma temperatura próxima da temperatura ambiente.[00043] The conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures (LP Gases) provides for three stages, the first of which is a reduction in the pressure of the liquid LP Gases, causing an evaporation of propane, a drop in temperature and a separation of the impurities in the first collector. In the second stage, the LP Gases, still in an emulsion or liquid state, rise internally in the tubes heated by the ambient air, evaporate and continue in the flow along with the gaseous propane. Finally, in the third stage, the still cold gases are reheated to a temperature close to room temperature.
[00044] Referência será feita agora à Figura 1, a qual ilustra uma vista esquemática da primeira modalidade do sistema da presente invenção, através de duplo processo de vaporização e aquecimento, em regiões de temperatura ambiente do tipo tropical, ou seja, superior a 10°C. O primeiro estágio do sistema está interligado a um tanque de Gases LPs (1), cuja tomada inferior de Gases LPs líquidos é realizada através de uma válvula de excesso de fluxo (2), sendo que o fechamento automático da dita válvula (2) é regulado para um fluxo líquido superior a 30% da vazão de ponta de consumo. A seguir é prevista uma válvula de bloqueio geral (3) pilotada via leitura de pressão a jusante para cortar o fluxo de Gases LPs quando algum incidente provocar um escape de gás, que é detectado quando ocorre uma queda rápida de pressão de Gases LPs gasoso.[00044] Reference will now be made to Figure 1, which illustrates a schematic view of the first embodiment of the system of the present invention, through a double process of vaporization and heating, in tropical-type ambient temperature regions, that is, greater than 10 °C The first stage of the system is connected to a LP Gas tank (1), whose lower intake of liquid LP Gases is carried out through an excess flow valve (2), and the automatic closing of said valve (2) is regulated for a net flow greater than 30% of the consumption peak flow. Next, a general block valve (3) piloted via the downstream pressure reading is provided to cut off the flow of LP Gases when an incident causes a gas leak, which is detected when there is a rapid drop in pressure of gaseous LP Gases.
[00045] Em seguida são previstos reguladores de redução de pressão (4) com o objetivo de provocar uma queda de pressão para gerar um forte resfriamento, na faixa de -20°C a -40°C, e separar a fase gás do propano e o estado bifásico dos butanos e demais componentes, inclusive água e óleo ainda associados a uma parte dos propano-butanos. A colocação de dois ou mais reguladores de redução de pressão (4) dependentes da vazão de projeto, na entrada acima do primeiro coletor, em cascata, permite manter o fluxo, qualquer que sejam as obstruções das sedes dos reguladores de redução de pressão (4) por hidratos ou sólidos congelados.[00045] Next, pressure reduction regulators (4) are provided in order to cause a pressure drop to generate strong cooling, in the range of -20°C to -40°C, and separate the gas phase from the propane and the two-phase state of butanes and other components, including water and oil still associated with a part of the propane-butanes. The placement of two or more pressure reduction regulators (4) dependent on the design flow, at the inlet above the first collector, in cascade, allows the flow to be maintained, whatever the obstructions of the pressure reduction regulator seats (4 ) by hydrates or frozen solids.
[00046] São previstos ainda coletores superior e inferior (5, 6), que atuam como separadores , sendo que a vaporização dos líquidos e a transformação do fluxo bifásico se inicia no coletor inferior (6). Um dreno (7) é disposto abaixo do coletor inferior (6) para extração de água, e outras impurezas que nunca se evaporam. O referido dreno (7) deve ser aberto regularmente para eliminar o acúmulo de maior viscosidade. Tubos aletados (8) interligam os coletores superior e inferior (5, 6).[00046] Upper and lower collectors (5, 6) are also provided, which act as separators, and the vaporization of liquids and the transformation of the two-phase flow begins in the lower collector (6). A drain (7) is arranged below the lower collector (6) for extracting water and other impurities that never evaporate. Said drain (7) must be opened regularly to eliminate the accumulation of higher viscosity. Finned tubes (8) interconnect the upper and lower collectors (5, 6).
[00047] O primeiro estágio apresenta uma capacidade limitada de troca de calor e é o único estágio onde o fluxo dos Gases LPs é descendente, com os seguintes objetivos: - aumentar moderadamente a temperatura da mistura de líquidos, bifásicos e gás, para liberar o propano e isobutano livres, ou seja, os principais componentes do fluxo de gás neste estágio; - conservar os componentes pesados na fase líquida, e água e óleos em gelo até o segundo coletor; - transferir para os reguladores uma energia térmica, reduzindo o congelamento total.[00047] The first stage has a limited heat exchange capacity and is the only stage where the flow of LP Gases is descending, with the following objectives: - moderately increase the temperature of the mixture of liquids, two-phase and gas, to release the free propane and isobutane, that is, the main components of the gas flow at this stage; - keep the heavy components in the liquid phase, and water and oils in ice until the second collector; - transfer thermal energy to the regulators, reducing total freezing.
[00048] É importante observar uma camada maior de gelo no primeiro estágio que tem a finalidade de melhorar o isolamento e a inércia térmica. O sentido descendente do fluxo e o número de tubos aletados (8) permite a expulsão de qualquer formação de obstruções físicas permanentes. Em casos de ocorrer variações significativas de consumo, isto é, baixíssimo consumo seguido de alto consumo de ponta, é recomendável colocar um regulador de baixa capacidade, indexado a uma pressão superior aos outros reguladores para liberar uma vazão reduzida e evitar assim que os reguladores de vazão nominal trabalhem em condição adversa.[00048] It is important to observe a larger layer of ice in the first stage that has the purpose of improving insulation and thermal inertia. The downward direction of the flow and the number of finned tubes (8) allow for the expulsion of any formation of permanent physical obstructions. In cases of significant variations in consumption, that is, very low consumption followed by high peak consumption, it is recommended to place a low capacity regulator, indexed to a higher pressure than the other regulators to release a reduced flow and thus prevent the regulators from rated flow work in adverse conditions.
[00049] O segundo estágio tem a função de evaporizar os Gases LPs ainda em fluxo bifásico pela troca de energia térmica recebida do ar atmosférico. O coletor inferior (6) do purificador evaporizador atmosférico está sempre frio porque a vaporização das partes mais pesadas se inicia no próprio coletor.[00049] The second stage has the function of evaporating the LP Gases still in biphasic flow by the exchange of thermal energy received from the atmospheric air. The lower collector (6) of the atmospheric evaporator purifier is always cold because the vaporization of the heaviest parts starts in the collector itself.
[00050] Conforme ilustrado nas Figuras 12, 13 e 14, é inserido um tubo interno (27) no espaço livre em contato com as aletas internas (99) dos tubos trocadores aletados (9A), de modo a elevar os líquidos a uma altura correspondente no centro dos tubos (27) para permitir uma melhor troca de calor. O tubo interno (27) foi previsto para permitir a evaporização seletiva vertical, ascendente, com o objetivo de extrair o máximo de gases totalmente liberados dos componentes pesados, isto é, água e impurezas sólidas ou de grande viscosidade. Na base do tubo (27), a comunicação com o coletor é fechada para impedir a subida direta dos gases e obrigar a elevar os líquidos dentro do tubo interno (27) inserido dentro dos tubos trocadores aletados (9A). Conforme ilustrado na Figura 14, são previstos ainda orifícios (28) na parte inferior do tubo interno (27) para devolver os líquidos pesados residuais no coletor inferior a cada parada do consumo.[00050] As illustrated in Figures 12, 13 and 14, an internal tube (27) is inserted into the free space in contact with the internal fins (99) of the finned exchanger tubes (9A), in order to raise the liquids to a height corresponding in the center of the tubes (27) to allow a better heat exchange. The inner tube (27) was designed to allow vertical, ascending selective evaporation, with the aim of extracting the maximum amount of gases totally released from the heavy components, that is, water and solid or high viscosity impurities. At the base of the tube (27), the communication with the collector is closed to prevent the direct rise of gases and force the liquids to rise inside the inner tube (27) inserted inside the finned exchanger tubes (9A). As illustrated in Figure 14, holes (28) are also provided in the lower part of the internal tube (27) to return the residual heavy liquids in the lower collector at each consumption stop.
[00051] Fazendo referência novamente a Figura 1, um coletor inferior (10) recebe os gases do segundo estagio e eventualmente alguns líquidos levados pela velocidade do fluxo nos tubos trocadores aletados (9A) para abastecer o terceiro estágio. Um dreno (11) é ainda previsto para verificar a eficiência do evaporador e eliminar as impurezas eventuais.[00051] Referring again to Figure 1, a lower collector (10) receives the gases from the second stage and eventually some liquids carried by the flow velocity in the finned exchanger tubes (9A) to supply the third stage. A drain (11) is also provided to check the efficiency of the evaporator and eliminate possible impurities.
[00052] O terceiro e último estágio do sistema, com fluxo sempre vertical e ascendente nos tubos trocadores de calor (9B), recupera os gases após a evaporização, com temperatura ainda baixa para levar a uma temperatura próxima da temperatura ambiente. É inserido nos tubos trocadores de calor (9B) um fio espiral de aço inox para provocar um fluxo turbulento e melhorar as trocas térmicas. Nesse processo de “super aquecimento” ou aquecimento acima da temperatura de vaporização, a mistura dos gases tem sua composição estabilizada, permitindo desse modo controlar a pressão com uma válvula de limitação de pressão (12), para uso final com uma queda mínima de temperatura antes da rede.[00052] The third and final stage of the system, with flow always vertical and ascending in the heat exchanger tubes (9B), recovers the gases after evaporation, with a temperature still low to bring it to a temperature close to the ambient temperature. A stainless steel spiral wire is inserted into the heat exchanger tubes (9B) to cause turbulent flow and improve thermal exchanges. In this process of "super heating" or heating above the vaporization temperature, the gas mixture has its composition stabilized, thus allowing to control the pressure with a pressure limitation valve (12), for final use with a minimum temperature drop. before the network.
[00053] O sistema prevê ainda um tanque separador (15) com bloqueio de líquido através de um boia com um indicador de posição para evitar a entrada de Gases Lps líquidos na rede.[00053] The system also provides a separator tank (15) with liquid blocking through a float with a position indicator to prevent the entry of liquid Lps Gases into the network.
[00054] É previsto também um by-pass de Gases LPs que compreende um regulador de pressão (13) indexado a um valor inferior de pressão ao dos reguladores do purificador evaporador que exerce três funções: - permitir o abastecimento temporário de gás para o usuário durante uma parada de vaporização assistida; - complementar a demanda de gás durante os consumos de pico graças a uma tomada de indicação de vazão por sistema tipo Venturi (14); - provocar nos tanques a cada demanda de pico, uma vaporização natural, ainda que limitada, mas suficiente para evitar uma estratificação dos Gases LPs líquidos no tanque.[00054] A by-pass for LP Gases is also provided, comprising a pressure regulator (13) indexed to a lower pressure value than the evaporator purifier regulators, which performs three functions: - allow the temporary supply of gas to the user during an assisted vaporization stop; - complement the gas demand during peak consumptions thanks to a flow indication socket by a Venturi system (14); - to cause in the tanks, at each peak demand, a natural vaporization, albeit limited, but sufficient to avoid a stratification of the liquid LP Gases in the tank.
[00055] O regulador de pressão (13) do by-pass de Gases LPs atua como um controle integrado de corte indexado com uma baixa pressão no caso de queda brusca na pressão da rede.[00055] The pressure regulator (13) of the Gases LPs by-pass acts as an integrated control of indexed cut with a low pressure in the case of a sudden drop in the pressure of the network.
[00056] A operação normal para uma vazão inferior à vazão de pico, na faixa de 10 a 20% menor, o regulador de pressão (13) é fechado, porque a pressão é indexada abaixo da pressão dos reguladores (4) do purificador evaporizador, por exemplo, para o by-pass indexado à pressão de 0,55 bar, os reguladores (4) são indexados para pressões de 0,70 bar e 0,60 bar. Desse modo, o aumento de vazão é assegurado pelo by-pass e não pelo purificador evaporizador. Durante a vaporização natural, os Gases LPs do tanque (1) são misturados pelo efeito do borbolheamento, evitando a permanência da estratificação.[00056] Normal operation for a flow below the peak flow, in the range of 10 to 20% lower, the pressure regulator (13) is closed, because the pressure is indexed below the pressure of the regulators (4) of the evaporator purifier , for example, for the by-pass indexed to 0.55 bar pressure, the regulators (4) are indexed to pressures of 0.70 bar and 0.60 bar. In this way, the flow increase is ensured by the by-pass and not by the evaporator purifier. During natural vaporization, the LP Gases from the tank (1) are mixed by the bubbling effect, preventing stratification from remaining.
[00057] Referencia é feita agora à Figura 2, que ilustra uma segunda modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, que é assistido com ar ambiente. Essa modalidade compreende os mesmos princípios que o sistema ilustrado na Figura 1, acrescido do apoio de um sistema de ventilação de ar forçado (18) (representado por setas), por exemplo, através de ventoinhas, o qual somente operará durante momentos de demanda maior de vazão quando a temperatura ambiente é da ordem de 10°C, e unicamente nos dois últimos estágios.[00057] Reference is now made to Figure 2, which illustrates a second embodiment of the system for conditioning, purifying and evaporating mixtures of liquefied petroleum gases, which is assisted with ambient air. This modality comprises the same principles as the system illustrated in Figure 1, plus the support of a forced air ventilation system (18) (represented by arrows), for example, through fans, which will only operate during times of greater demand. flow rate when the ambient temperature is on the order of 10°C, and only in the last two stages.
[00058] Referencia é feita agora a Figura 3 que ilustra uma terceira modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, que é assistido com ducha de água morna. Essa modalidade compreende os mesmos princípios que os sistemas precedentes, com a substituição do sistema de ar ventilado ou aquecido por uma serpentina de água, por um sistema de aspersão de água, unicamente nos dois últimos estágios.[00058] Reference is now made to Figure 3 which illustrates a third modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, which is assisted with a warm water shower. This modality comprises the same principles as the previous systems, with the replacement of the ventilated or heated air system by a water coil, by a water sprinkler system, only in the last two stages.
[00059] Em função da densidade dos Gases LPs, das condições de temperatura ambiente e da capacidade do intercambiador, a vazão térmica de assistência necessita de uma simples válvula termostática (22), ou de uma maior válvula pilotada, ou até mesmo um sistema de aquecimento de água. Desse modo, um sistema de aspersão de água industrial (23), sob a forma de ducha sobre os tubos trocadores aletados (9A e 9B) do evaporizador é suficiente para promover a vaporização dos Gases LPs, se a rede de água é enterrada e a temperatura estiver acima de 20°C.[00059] Depending on the density of the LP Gases, the ambient temperature conditions and the capacity of the exchanger, the assistance thermal flow needs a simple thermostatic valve (22), or a larger piloted valve, or even a system of water heating. Thus, an industrial water sprinkler system (23), in the form of a shower over the finned exchanger tubes (9A and 9B) of the evaporator is sufficient to promote the vaporization of LP Gases, if the water network is buried and the temperature is above 20°C.
[00060] A válvula termostática (22), indexada entre a faixa de temperatura de 12°C a 18°C, abre o suprimento da “ducha” para acrescentar a vazão térmica, devido transferência de calor proveniente da água. Quando a capacidade é maior que 500 kg/h, a válvula termostática (22) primária controla um registro de água, e provoca uma vazão maior. A água utilizada pode ser recolhida, filtrada e recuperada para diversos serviços na fábrica. Em um caso extremo, a água é aquecida a uma faixa de 25°C a 30°C antes da aspersão. Para uma grande capacidade, o circuito de água deve ser fechado, com um mínimo de perdas, ou integrado a um sistema de água de refrigeração.[00060] The thermostatic valve (22), indexed between the temperature range of 12°C to 18°C, opens the “shower” supply to increase the thermal flow, due to the heat transfer from the water. When the capacity is greater than 500 kg/h, the primary thermostatic valve (22) controls a water register, and causes a higher flow. Used water can be collected, filtered and recovered for various services in the factory. In an extreme case, the water is heated to a range of 25°C to 30°C before spraying. For large capacity, the water circuit must be closed, with minimal losses, or integrated into a cooling water system.
[00061] Referência é feita agora a Figura 4, que ilustra uma quarta modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeitos de petróleo, em que o primeiro estágio realiza a purificação dos Gases LPs por efeito de baixa temperatura. Desse modo, o aquecimento deverá ser sempre evitado. Nessa modalidade a válvula de três vias de permutação não é prevista, e um sensor de temperatura (19) monitora o fluxo de gás em temperaturas abaixo de 10°C, acionando: - a operação de um motor de ventilação (20) até uma temperatura do ar de 10°C; e - quando necessário, o escoamento de água morna em uma serpentina (21) a jusante do motor de ventilação (20), para permitir a transferência de energia térmica para o ar.[00061] Reference is now made to Figure 4, which illustrates a fourth modality of the conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, in which the first stage performs the purification of LP Gases by low temperature effect. Therefore, heating should always be avoided. In this mode, the three-way exchange valve is not provided, and a temperature sensor (19) monitors the gas flow at temperatures below 10°C, activating: - the operation of a ventilation motor (20) up to a
[00062] Nesta modalidade do sistema, a água é aquecida a uma temperatura na faixa de 25°C a 35°C por um sistema de aquecimento de água ou por resistência elétrica com uma proteção específica.[00062] In this system mode, the water is heated to a temperature in the range of 25°C to 35°C by a water heating system or by electrical resistance with a specific protection.
[00063] Referência é feita agora à Figura 5 que ilustra uma quinta modalidade do sistema de condicionamento, de purificação e evaporação de misturas de gases liquefeito de petróleo, para as regiões mais frias de temperatura, ocasionalmente inferior a 10°C. O purificador evaporizador é utilizado normalmente para as regiões de temperatura acima de 10°C quando as condições são favoráveis e opera de modo diferente quando as temperaturas são inferiores à 10°C.[00063] Reference is now made to Figure 5 which illustrates a fifth embodiment of the conditioning system, purification and evaporation of liquefied petroleum gas mixtures, for the coldest regions of temperature, occasionally below 10°C. The evaporator purifier is normally used for temperature regions above 10°C when conditions are favorable and operates differently when temperatures are below 10°C.
[00064] Conforme ilustrado na Figura 5, ao final do primeiro estágio e antes de se iniciar o segundo estágio, é previsto uma válvula de três vias (16), que assume a função de permutação do evaporizador atmosférico no segundo estágio, quando as condições ambientais determinarem a melhor via de operação. A referida válvula (16) é uma simples válvula de comutação progressiva ou não, comandada pela temperatura ambiente. A partir de uma redução de temperatura a válvula (16) direcionará o fluxo, gás e bifásico, para um vaporizador adicional (17), a água quente ou eletricidade, a temperatura da ordem de 15°C ao invés de 60/70°C no sistema dos vaporizadores convencionais, alimentado através de energia elétrica ou água quente.[00064] As illustrated in Figure 5, at the end of the first stage and before starting the second stage, a three-way valve (16) is provided, which assumes the role of permutation of the atmospheric evaporator in the second stage, when conditions environmental factors determine the best route of operation. Said valve (16) is a simple progressive or non-progressive switching valve, controlled by ambient temperature. From a temperature reduction, the valve (16) will direct the flow, gas and two-phase, to an additional vaporizer (17), hot water or electricity, the temperature of the order of 15°C instead of 60/70°C in the system of conventional vaporizers, powered by electricity or hot water.
[00065] Referencia é feita agora as Figuras 6, 7 e 8 que ilustram o purificador evaporizador atmosférico da presente invenção que compreende uma pluralidade de tubos aletados (8) dispostos em paralelo e conectados de dois em dois a um coletor superior (5), e conectados a um coletor inferior (6), e em seguida são previstos tubos trocadores aletados (9A, 9B), e um dreno (10). O purificador compreende ainda pelo menos dois reguladores de pressão (4) em cascata, um filtro-separador (25) de retenção de impurezas na entrada de líquido com uma válvula (26) para proteger contra a baixa pressão da rede de gás do usuário. É previsto ainda um dispositivo (não ilustrado) formado por um fio em espiral instalado no interior dos tubos do terceiro estagio para provocar turbulências no fluxo dos tubos trocadores aletados (9B), e um tanque separador (15) com bloqueio de líquido através de uma boia com um indicador de posição para evitar a entrada de Gases LPs líquidos na rede do cliente.[00065] Reference is now made to Figures 6, 7 and 8 which illustrate the atmospheric evaporator purifier of the present invention which comprises a plurality of finned tubes (8) arranged in parallel and connected two by two to an upper collector (5), and connected to a lower collector (6), and then finned exchanger tubes (9A, 9B) and a drain (10) are provided. The purifier further comprises at least two pressure regulators (4) in cascade, a filter-separator (25) to retain impurities in the liquid inlet with a valve (26) to protect against low pressure in the user's gas network. There is also a device (not shown) formed by a spiral wire installed inside the tubes of the third stage to cause turbulence in the flow of the finned exchanger tubes (9B), and a separator tank (15) with liquid blocking through a float with a position indicator to prevent liquid LP Gases from entering the customer's network.
[00066] Referencia é feita agora a Figura 14 que ilustra uma vista ampliada em corte de um tubo trocador aletado (9A) do purificador evaporizador atmosférico da presente invenção. Um tubo interno (27) dotado de orifícios (28) de gaseificação de Gases LPs na sua parte inferior é inserido dentro dos tubos trocadores aletados (9A) para obrigar os líquidos do coletor inferior (6) a serem elevados e para trocar o calor mais intensamente com os tubos trocadores aletados (9A). A pressão dos gases empurra os líquidos, e os orifícios (28) do tubo interno (27) gaseifica os líquidos para reduzir a densidade e facilitar a elevação dos líquidos. Na base do tubo trocador aletado (9A) é previsto um orifício (29) que permite a passagem de gás durante a operação e o retorno dos pesados não evaporados no coletor inferior (6).[00066] Reference is now made to Figure 14 which illustrates an enlarged sectional view of a finned exchanger tube (9A) of the atmospheric evaporator purifier of the present invention. An inner tube (27) equipped with holes (28) for gassing LP Gases in its lower part is inserted into the finned exchanger tubes (9A) to force the liquids from the lower collector (6) to be raised and to exchange the heat more intensively with the finned exchanger tubes (9A). The pressure of the gases pushes the liquids, and the holes (28) of the inner tube (27) aerates the liquids to reduce the density and facilitate the lifting of the liquids. An orifice (29) is provided at the base of the finned exchanger tube (9A) which allows the passage of gas during operation and the return of non-evaporated heavy items in the lower collector (6).
[00067] Referencia é feita agora as Figuras 12 e 15 que ilustram em detalhe um tubo trocador aletado (9A, 9B) provido de ondulações (9”) nas aletas externas, para provocar turbulências no fluxo nos tubos, nos segundo e terceiro estágios do sistema para condicionamento de Gases LPs para melhorar as trocas térmicas.[00067] Reference is now made to Figures 12 and 15 which illustrate in detail a finned exchanger tube (9A, 9B) provided with corrugations (9”) on the external fins, to cause turbulence in the flow in the tubes, in the second and third stages of the system for conditioning LP Gases to improve thermal exchanges.
[00068] Devido ao consumo de gás, o fluxo é ascendente no segundo e terceiro estágios; os líquidos e a emulsão são também elevados nos tubos trocadores aletados (9A, 9B). Essa disposição construtiva aumenta a eficiência dos tubos trocadores aletados (9A, 9B) para a evaporação dos Gases LPs, em vez de deixar os líquidos evaporem parcialmente nos coletores.[00068] Due to gas consumption, the flow is upward in the second and third stages; liquids and emulsion are also raised in the finned exchanger tubes (9A, 9B). This constructive arrangement increases the efficiency of the finned exchanger tubes (9A, 9B) for the evaporation of LP Gases, instead of letting the liquids partially evaporate in the collectors.
[00069] O tubo interno (27) foi colocado dentro do tubo trocador aletado (9A) para melhorar a troca de calor, obrigando os líquidos do coletor (6) a serem elevados.[00069] The inner tube (27) was placed inside the finned exchanger tube (9A) to improve the heat exchange, forcing the liquids in the collector (6) to be elevated.
[00070] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição precedente. Essas modificações devem ser consideradas como incluídas dentro do escopo da invenção. Consequentemente, as modalidades particulares descritas em detalhes acima são meramente ilustrativas e não limitativas quanto ao escopo da invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações apensas e de todos e quaisquer equivalentes das mesmas.[00070] It will be readily understood by those skilled in the art that modifications may be made to the invention without thereby departing from the concepts set forth in the preceding description. These modifications are to be considered as included within the scope of the invention. Accordingly, the particular embodiments described in detail above are merely illustrative and not limiting as to the scope of the invention, to which the full scope of the appended claims and any and all equivalents thereof must be given.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| BR102015026839-4A BR102015026839B1 (en) | 2015-10-22 | 2015-10-22 | Conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, and atmospheric evaporator purifier used in such system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| BR102015026839A2 BR102015026839A2 (en) | 2017-05-02 |
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ID=58720479
Family Applications (1)
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| BR102015026839-4A BR102015026839B1 (en) | 2015-10-22 | 2015-10-22 | Conditioning, purification and evaporation system of liquefied petroleum gas mixtures, and atmospheric evaporator purifier used in such system |
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2015
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| BR102015026839A2 (en) | 2017-05-02 |
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