BR112013019804B1

BR112013019804B1 - vaso de pressão dividido para um processamento de dois fluxos

Info

Publication number: BR112013019804B1
Application number: BR112013019804-4A
Authority: BR
Inventors: Leif J. Hauge
Original assignee: Leif J. Hauge
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2021-02-23
Also published as: WO2012106712A1; ES2808652T3; IL227733B; IL227733A0; EP2671014A4; US10024496B2; CN103339433B; EP2671014B1; EP2671014A1; HK1186233A1; CA2826026A1; BR112013019804A2; US20130334223A1; US20180058631A1; CN103339433A

Abstract

vaso de pressão dividido para um processamento de dois fluxos um vaso de pressão dividido para um processamento de dois fluxos que se encontram com dispositivos de troca de energia, o vaso de pressão consistindo de duas tampas de extremidade voltadas em sentidos opostos 1, 2 e dotadas, cada uma das mesmas, com um orifício lateral para baixa pressão 3, 5 e um orifício axial 4, 6 de preferência no mesmo plano dos orifícios laterais. cada tampa de extremidade tem tubulações internas estruturalmente integradas para alta pressão 17, 22 e uma tubulação de baixa pressão 19, 24 que se conecta aos orifícios axiais do dispositivo de troca de energia interno. o lado de alta pressão de uma tampa de extremidade pode ser estruturalmente integrado a uma bomba ou impulsor de circulação 26 dotada de um motor externo ou submersível.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se ao processamento de fluidos, e em especial a um vaso de pressão para a troca de energia entre dois fluidos. Em particular, a presente invenção se refere a um vaso de pressão disposto como duas tampas de extremidade opostas, formando um vaso de pressão para um dispositivo de troca de energia.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Vasos de pressão para dispositivos de troca de energia, como, por exemplo, trocadores de calor, têm sido utilizados para uso industrial por muito tempo. Nos últimos 10 a 15 anos, um novo dispositivo de troca de energia denominado como um trocador de pressão tem sido comercializado. Este dispositivo é adaptado aos vasos de pressão compósitos de padrão comercial usados para a separação de membranas por meio de osmose reversa.

[003] Tais vasos de pressão são concebidos para a inserção de um único ou de múltiplos módulos de membrana a partir de ambas as extremidades, sem remover o vaso de pressão, mas esta não é uma exigência como um alojamento para um dispositivo de troca de energia. Por conseguinte, isto se torna uma solução volumosa com várias vedações necessárias para a entrada e a descarga de dois fluxos de fluidos diferentes. Essas vedações tendem a desenvolver vazamentos ao longo do tempo e precisam de substituição.

[004] Os vasos compósitos precisam ser grandes e pesados para dar conta da fra-tura gradual das fibras de reforço ao longo de uma vida de talvez 25 anos. A fim de fixar as tampas de extremidade, o vaso precisa ser substancialmente estendido, o que representa uma grande perda de volume de produção, uma vez que apenas um pequeno comprimento líquido se faz necessário para um dispositivo de troca de energia.

[005] Além disso, é desejável dispor tanto o fluxo de entrada como o de descarga através de um orifício lateral do vaso de pressão. Para um vaso compósito, isto se torna particularmente difícil, uma vez que tal orifício não pode ter um diâmetro muito grande, como também uma espessura de parede substancialmente grande, além de um peso e custo adicional.

[006] A Patente dos Estados Unidos No 7 306 437 descreve um trocador de pres- são dotado de um vaso de pressão de metal com paredes finas que podem acomodar nas mesmas dois orifícios laterais fundidos ou soldados. O vaso de pressão é feito de uma se-ção que contém três dos quatro orifícios, enquanto que a tampa de extremidade provê o quarto orifício.

[007] Embora este desenho elimine em grande parte as preocupações relativas ao uso de vasos de pressão compósitos, o mesmo apresenta algumas limitações importantes. Este desenho não permite um fluxo radial através dos orifícios laterais do fluido de baixa pressão, o que é desejável no sentido de integrar uma bomba de circulação para o fluxo de alta pressão. Um fluxo de baixa pressão direto através de uma cobertura de extremidade cerâmica com orifício lateral apresenta difíceis problemas de vedação e/ou uma carga lateral assimétrica destrutiva da cobertura de extremidade.

[008] Além disso, um vaso comprido impõe problemas de fabricação em termos de sua usinagem interna e tamanho durante uma fundição.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Por conseguinte, existe uma necessidade de um vaso de pressão que não apresente as desvantagens acima assinaladas dentre os vasos de pressão existentes para a troca de energia. Sendo assim, pelo menos, um dos objetivos da invenção é proporcionar um vaso de pressão que não seja dificultado pelas desvantagens acima mencionadas.

[010] De acordo com, pelo menos, uma modalidade da presente invenção, um vaso de pressão para um dispositivo de troca de energia adequado para integração com uma bomba de circulação para o um fluxo de alta pressão é provido. O vaso de pressão de acordo com a presente modalidade desvia os fluxos de baixa pressão para os orifícios laterais e provê condutos de fluxo de alta pressão axiais retos e alinhados, nos quais uma tampa de extremidade é mecanicamente integrada a uma bomba de circulação.

[011] De acordo com pelo menos uma modalidade da presente invenção, é provido um vaso de pressão para um dispositivo de troca de energia que apresenta um maior ren-dimento e baixo custo de fabricação. O vaso de pressão de acordo com a presente modali-dade é constituído por duas tampas de extremidade colocadas em sentidos opostos meca-nicamente conectadas a uma vedação, cada qual tendo uma entrada e uma saída para um fluxo.

[012] De acordo com pelo menos uma modalidade da presente invenção, é provido um vaso de pressão para um dispositivo de troca de energia que não irá desenvolver vaza-mentos externos através das vedações. O vaso de pressão de acordo com a presente mo-dalidade tem, de preferência, tampas de extremidade fundidas ou soldadas com orifícios estruturalmente integrados.

[013] Estas e outras modalidades e vantagens da presente invenção, que poderão ser utilizadas individualmente ou em uma combinação seletiva, tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, os quais ilustram, a título de exemplo, os princípios da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[014] A Figura 1 é uma vista em perspectiva externa explodida de um vaso de pres-são dividido para o processamento de dois fluxos de acordo com pelo menos uma modali-dade da presente invenção; A Figura 2 é uma vista em perspectiva em corte parcial e total do vaso de pressão com um trocador de pressão de acordo com a modalidade exemplar ilustrada na Figura 1; A Figura 3 é uma vista em perspectiva em corte de uma bomba de circulação acionada por um motor submersível integrado, com uma tampa de extremidade.

[015] A Figura 4 é uma vista em perspectiva em corte de uma bomba de circulação integrada, com uma tampa de extremidade, e acionada por um motor externo.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[016] A descrição a seguir se destina a transmitir um entendimento total das moda-lidades descritas por meio da provisão de uma série de modalidades e detalhes específicos com relação a um vaso de pressão aperfeiçoado para a troca de energia de um fluxo de fluido para outro. Deve ser apreciado, no entanto, que a presente invenção não se limita a estas modalidades e detalhes específicos, os quais são tão-somente exemplares. Além disso, deve-se também entender que uma pessoa com um conhecimento simples da técnica, à luz dos sistemas e métodos conhecidos, poderá apreciar o uso da presente invenção para os seus fins e benefícios pretendidos em qualquer número de modalidades alternativas, dependendo de seu desenho específico ou outras necessidades.

[017] A seguir, com referência à Figura 1, uma modalidade externa de um vaso de pressão dividido de acordo com pelo menos uma modalidade da presente invenção é ilus-trada. O vaso de pressão representado na Figura 1 compreende duas tampas de extremidade de preferência alongadas 1 e 2 para os fluxos de fluido separados, sendo que a primeira tampa tem um orifício lateral para uma descarga de baixa pressão 3 do primeiro fluxo A e um orifício axial para uma entrada de alta pressão 4 do primeiro fluxo A' substancialmente paralelo ao eixo central mútuo de ambas as tampas de extremidade e, de preferência, no mesmo plano que o orifício lateral.

[018] A segunda tampa de extremidade tem um orifício lateral para uma entrada de baixa pressão 5 do segundo fluxo B', de preferência no mesmo plano que o orifício lateral da primeira tampa terminal. O segundo fluxo de B tem um orifício axial para uma saída de alta pressão 6 substancialmente paralela ao eixo central de ambas as tampas de extremidade.

[019] Cada tampa de extremidade tem um flange 7 e 8 com orifícios 9 para os para-fusos 10 que ligam as duas tampas de extremidade de modo a formar um vaso de pressão. Um dos flanges tem um ombro ou ranhura 11 para um anel em O 12 de modo a formar uma vedação de face entre as tampas de extremidade. Embora não esteja representado no desenho, qualquer método conhecido para a fixação mecânica das tampas de extremidade em conjunto, como, por exemplo, porém não limitado a um encaixe com ranhuras, poderá ser considerado como fazendo parte da presente invenção. Além disso, deve-se notar que todos os orifícios são fundidos nas ou soldados às tampas de extremidade, sem qualquer tipo de vedação adicional.

[020] A Figura 2 mostra a modalidade particular do vaso de pressão dividido com um conjunto de trocador de pressão interno 13 dotado de uma cobertura de extremidade 14 para o primeiro fluxo e uma outra cobertura de extremidade 15 para o segundo fluxo. A co-bertura de extremidade para o primeiro fluxo tem um orifício de entrada axial de alta pressão 16 que se conecta diretamente com a tubulação de alta pressão estruturalmente integrada 17 da primeira tampa de extremidade, e um orifício de descarga de baixa pressão axial 18 se conecta diretamente à tubulação de fluxo de saída estruturalmente integrada 19 da pri-meira tampa de extremidade, que é dotada de uma vedação estática 20 isolada do lado de alta pressão.

[021] A cobertura de extremidade para o segundo fluxo tem um orifício de saída axial de alta pressão 21 que se conecta diretamente à tubulação de alta pressão estruturalmente integrada 22 da segunda tampa de extremidade, e um orifício de entrada de baixa pressão axial 23 que se conecta diretamente à tubulação de entrada estruturalmente integrada 24 da primeira tampa de extremidade, que é dotada de uma vedação estática 25 isolada do lado de alta pressão.

[022] A Figura 3 mostra a segunda tampa de extremidade 2 que é dotada de uma bomba de circulação integrada 26 acionada por um motor submersível 27 fixado à bomba com uma estrutura de montagem 29. A tubulação de saída de alta pressão 22 descarrega um fluxo para dentro do motor submersível no fim do alojamento de bomba 28. A bomba 26 é fixada à cobertura de orifício de descarga 30. O alojamento de bomba 28 é fundido ou soldado de forma integral à segunda tampa de extremidade 2 e pode ter um flange para a fixação da cobertura de orifício de descarga, cuja cobertura é dotada de um orifício de descarga axial 31 de preferência no mesmo plano que o orifício de entrada axial 16 e os orifícios laterais 3 e 5.

[023] A bomba de circulação ou impulsor pode ser qualquer tipo de bomba apropri-ada, incluindo, mas não limitada a uma bomba centrífuga de múltiplos estágios. Seria especialmente útil para o trocador de pressão que a bomba possa ser reversível. Os trocadores de pressão são, na maioria das vezes, usados em plantas de osmose reversa, que aceitam diferentes águas de alimentação, inclusive, mas não se limitando à água do mar, que apresenta um considerável potencial de incrustação. Quando é possível que o fluxo seja periodicamente invertido através de membranas, o processo de limpeza poderá ser omitido ou substancialmente reduzido ou ainda evitar um tratamento anterior de alto custo. Quando esse é o caso, uma admissão de água de superfície menos cara poderá ser utilizada no lugar de poços perfurados dispendiosos.

[024] A Figura 4 mostra a segunda tampa de extremidade 2 dotada de uma bomba de circulação integrada 32 acionada por um motor externo 33. A tubulação de saída de alta pressão 22 descarrega um fluxo para a entrada 34 do alojamento de bomba 35. O lado de entrada do alojamento de bomba 36 é uma parte estruturalmente integrada da tampa de extremidade 2 por meio de fundição ou soldagem. O lado de descarga 37 é conectado ao lado de entrada 36 através de flanges aparafusados ou métodos similares ou através de uma vedação 38. O eixo de bomba 39 é equipado com uma vedação de face rotativa de alta pressão 40. O fluxo de alta pressão da bomba é descarregado através da saída de bomba 41.

[025] A Patente dos Estados Unidos No 7 306 437 é incorporada ao presente do-cumento a título de referência em sua totalidade.

Claims

1. Vaso de pressão, CARACTERIZADO por compreender: uma primeira tampa de extremidade tendo um orifício lateral para uma descarga de baixa pressão de um primeiro fluxo; e uma segunda tampa de extremidade tendo um orifício axial para uma saída de alta pressão de um segundo fluxo substancialmente paralelo a um eixo central mútuo formado pelas primeira e segunda tampas de extremidade, em que a primeira tampa de extremidade tem um orifício axial para uma entrada de alta pressão do primeiro fluxo substancialmente paralelo ao eixo central mútuo formado pela primeira tampa de extremidade e pela segunda tampa de extremidade, em que a segunda tampa de extremidade tem um orifício lateral para uma entrada de baixa pressão do segundo fluxo, e em que o vaso de pressão é configurado para desviar o fluxo de baixa pressão que corre nos orifícios laterais.

2. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeira e a segunda tampas de extremidade são conectadas mecanicamente com flanges, uma vedação estática, um encaixe com ranhuras ou qualquer combinação.

3. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeira e a segunda tampas de extremidade são separáveis.

4. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o vaso de pressão fornece condutos de fluxo de alta pressão axiais retos alinhados.

5. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tampa de extremidade ou a segunda tampa de extremidade é integrada mecanicamente a uma bomba de circulação.

6. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tampa de extremidade ou a segunda tampa de extremidade é mecanica-mente integrada permanentemente à bomba de circulação.

7. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma bomba de circulação forma uma parte integrada do vaso de pressão que é fixada diretamente a uma das tampas de extremidade para aumentar o fluxo de alta pressão de um fluxo e tem um orifício de descarga axial no mesmo plano que o orifício lateral e o orifício axial.

8. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba de circulação é uma bomba submersível com um motor, preferencialmente molhado pelo fluxo menos corrosivo.

9. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba de circulação tem um motor externo com uma vedação de eixo que suporta a alta pressão do fluxo.

10. Vaso de pressão, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba de circulação é capaz de inverter a direção do fluxo.