CN110420526B - 一种用于深海密闭空间的油气净化装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深海密闭空间的油气净化装置，包括凝结核发生装置、油气抽入装置、油气冷凝装置、离心分离装置、集油箱和过滤净化装置，凝结核发生装置包括第一进水管、第一加热器、雾化器、空压机和干燥器；油气抽入装置包括进油气管、第二加热器和风机；油气冷凝装置包括第二进水管、列管式冷凝器和出水管；集油箱设置在该壳体的下方；离心分离装置包括驱动电机和离心叶轮；所述过滤净化装置的进口与该壳体的侧壁上的出口连接，该过滤净化装置的出口分别连接出气管和空压机的进口。本发明能够提高油气净化效率，更好地改善了深海密闭空间的空气品质，节约能源，降低噪音，提高了系统的使用寿命，降低了系统的使用成本。
Description
技术领域
本发明属于油气净化技术领域，更具体地，涉及一种用于深海密闭空间的油气净化装置和方法。
背景技术
随着人类对海洋资源不断的开发和对海洋主权的重视，各类载人深海密闭空间系统得到快速发展，如深海空间站、潜艇、有人潜水器等，在深海密闭空间系统中，存在很多机械设备的滑油和液压油，在运行过程中，机械设备会不断产生油气并散发到密闭空间中，而空间内的大气环境完全封闭，随着时间的积累，会严重影响密闭空间内的工作环境和人员身心健康，因此需要相应的油气净化装置对空气中的油气进行净化，
传统的油气净化装置主要是利用冷凝后的离心分离和过滤净化两种方式进行油气净化，但是冷凝需要消耗能源进行压缩制冷，且冷凝后的油雾粒径分布较广，不利于后面过滤净化材料的选用和维护。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于深海密闭空间的油气净化装置和方法，其利用海水资源，通过对海水进行干燥形成氯化钠晶体作为凝结核来与油气形成大的油滴便于收集，从而提高油气净化效率，并利用深海低温海水作为冷却源，无需消耗能源进行压缩制冷，达到节能降噪的效果。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，包括凝结核发生装置、油气抽入装置、油气冷凝装置、离心分离装置、集油箱和过滤净化装置，其中，
所述凝结核发生装置包括第一进水管、第一加热器、雾化器、空压机和干燥器，所述第一进水管上设置有第一水泵和阀门A，该第一进水管用于进海水并且其一端与第一加热器的进口连接，该第一加热器的出口连接该雾化器的第一进口，该雾化器的第二进口连接该空压机的出口，该雾化器的出口连接该干燥器的入口；
所述油气抽入装置包括进油气管、第二加热器和风机，该进油气管的一端与第二加热器的进口连接，该第二加热器的出口与风机的进口连接；
所述油气冷凝装置包括第二进水管、列管式冷凝器和出水管，所述第二进水管或出水管上布置有第二水泵，所述列管式冷凝器包括壳体及设置在该壳体内的换热直管，该壳体竖直设置，该壳体侧壁上的第一入口连接该第二进水管的一端并且该壳体侧壁上的第一出口连接该出水管的一端，以用于让海水进出壳体，该壳体顶端的第二入口分别与该干燥器的出口和该风机的出口连接；
所述集油箱设置在该壳体的下方并且与该壳体底端的第二出口连接；
所述离心分离装置包括驱动电机和安装在该驱动电机的驱动轴上的离心叶轮，该驱动电机的驱动轴竖直设置并且可转动安装在该列管式冷凝器下端的管板上，该离心叶轮和壳体的侧壁上的第三出口均位于该列管式冷凝器下端的管板的下方；
所述过滤净化装置的进口与该壳体的侧壁上的第三出口连接，该过滤净化装置的出口分别连接出气管和空压机的进口。
优选地，所述过滤净化装置的出口连接主排气管道的一端，该主排气管道的另一端通过三通阀连接排气支管的一端和该出气管的一端，该排气支管的另一端连接该空压机的进口，并且该出气管上设置有阀门B，该排气支管上设置有阀门C。
优选地，所述第二进水管上设置有阀门D。
优选地，所述出水管上设置有阀门E。
优选地，所述进油气管上设置有阀门F。
优选地，所述壳体的内壁上周向布置有多条导油槽，并且这些导油槽与该壳体底端的第二出口连通。
优选地，所述过滤净化装置采用聚酯纤维净化滤芯和活性炭进行过滤净化。
优选地，所述壳体顶端的第二入口处设置有扩张段，该扩张段的直径沿着从上至下的方向逐渐变大。
按照本发明的另一个方面，还提供了所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置对油气进行净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)空气通过压缩机加压后进入雾化器，从密闭空间外经第一进水管也进入第一加热器加热后的海水进入雾化器后，海水在气流的作用下雾化成氯化钠液滴，氯化钠液滴进入干燥器干燥后形成氯化钠晶体并进入列管式冷凝器作为凝结核；
2)风机将被第二加热器加热至饱和状态的油气抽进列管式冷凝器后，油气与所述氯化钠晶体混合形成油滴，所述油滴在气流和重力的作用下进入离心分离装置与旋转的离心叶轮发生碰撞和黏附，从而积聚成尺寸更大的油滴并在离心叶轮的离心力作用下被甩到壳体的内壁上，然后从壳体的第二出口流出后流入集油箱；
3)壳体内的气体从壳体的第三出口进入过滤净化装置，过滤净化装置将气体中残余的油滴和未凝聚的油气再次吸附净化，经过过滤净化装置净化后，一部分气体直接排入密闭空间内，另外一部分气体通过空压机加压后再进入雾化器内，作为海水雾化的气源。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明通过利用海水中的氯化钠和净化后的压缩空气，产生供油气发生凝聚的氯化钠晶体凝结核，通过调整压缩空气和海水参数，改变生成氯化钠晶体凝结核的单位体积数目，从而油气凝聚成粒径范围分布小，中值直径大的液态油滴，提高油气的净化效率，并减小后面过滤净化装置滤芯的过滤精度，减小过滤压力损失，提高滤芯的寿命；
2)本发明通过直接引入低温海水作为冷凝装置的冷却工质，可通过提高海水流量来降低冷凝装置的冷却温度，提高油气的冷凝效率，并可以降低能耗，减少制冷系统的配置，降低噪音，避免新的油气污染源发生；
3)本发明能够提高油气净化效率，更好地改善了深海密闭空间的空气品质，并避免了额外制冷系统的配置，节约能源，降低噪音，提高了系统的使用寿命，降低了系统的使用成本。
附图说明
图1是本发明的用于深海密闭空间油气净化装置结构示意图；
图2是本发明中离心分离装置中大导油槽结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图2所示，一种用于深海密闭空间的油气净化装置，包括凝结核发生装置、油气抽入装置、油气冷凝装置、离心分离装置、集油箱51和过滤净化装置71，其中，
所述凝结核发生装置包括第一进水管11、第一加热器12、雾化器13、空压机14和干燥器15，所述第一加热器12、雾化器13、空压机14和干燥器15均位于密闭空间内，所述第一进水管11上设置有第一水泵和阀门A16，由于低温海水密度大，不利于雾化，因此本发明采用第一加热器12对进入的海水进行加热，便于其雾化，该第一进水管11的一端位于密闭空间外以用于进海水，并且该第一进水管11的另一端与第一加热器12的进口连接，该第一进水管11的另一端位于密闭空间外的海水中，打开阀门A16，则海水可以通过第一进水管11进入密闭空间内的第一加热器12，该第一加热器 12的出口连接该雾化器13的第一进口，该雾化器13的第二进口连接该空压机14的出口，该雾化器13的出口连接该干燥器15的入口；
所述油气抽入装置包括进油气管21、第二加热器22和风机23，该进油气管21的一端与第二加热器22的进口连接，该第二加热器22的出口与风机23的进口连接；第二加热器22可以将油气加热至饱和状态，饱和状态的油气再通过突然降温后，可以提高气态的油气的凝结效率。
凝结核发生装置，是通过引入密闭空间外的海水经过加热器加热至一定温度，再进行雾化，并且以净化后的、空压机14进行压缩的空气为高速气流通过雾化器13的细口喷嘴，将海水雾化成大小不一的液滴，再通过干燥管，形成以氯化钠晶体为主要成分的凝结核，通过调整压缩气体和海水流量，可调整氯化钠晶体的计数浓度(数量浓度)。
所述油气冷凝装置包括第二进水管31、列管式冷凝器32和出水管33，第二进水管31的一端位于密闭空间外，以用于进海水，所述第二进水管31 或出水管33上布置有第二水泵，所述列管式冷凝器32包括壳体41及设置在该壳体41内的换热直管42，该壳体41竖直设置，该壳体41侧壁上的第一入口43连接该第二进水管31的一端并且该壳体41侧壁上的第一出口44 连接该出水管33的一端，以用于让海水进出壳体41，该壳体41顶端的第二入口45分别与该干燥器15的出口和该风机23的出口连接；所述油气冷凝装置是直接利用通过第二进水管31引入密闭空间外的低温海水到壳体41 内作为冷却介质(壳程)，然后通过出水管33排出来进行冷却循环，并可通过调节进入换热直管42的海水流量，来弥补海水温度变化对冷凝温度的影响；所述换热直管42利于冷凝的油滴在重力作用下下滑；另外，在所述冷凝装置的第二入口45处还设有扩张段36，扩张段36通过减速，提高压力，来提高油气的冷凝效率。换热直管42均匀敷设在壳体41的内壁，与凝结核混合后，发生相变，由气态油气转变为液态油滴。
所述集油箱51设置在该壳体41的下方并且与该壳体41底端的第二出口46连接；
所述离心分离装置包括驱动电机和安装在该驱动电机的驱动轴61上的离心叶轮62，该驱动电机的驱动轴61竖直设置并且可转动安装在该列管式冷凝器32下端的管板上，该离心叶轮62和壳体41的侧壁上的第三出口47 均位于该列管式冷凝器32下端的管板的下方；优选地，所述壳体41的内壁上周向布置有多条导油槽48，并且这些导油槽48与该壳体41底端的第二出口46连通。离心分离装置是利用离心叶轮62的高速旋转，撞击气体中离散分布的液态油滴，使得细小的油滴在叶轮表面进行积聚，形成较大油滴，在离心力作用下，会被甩到壳体41内壁设置的多条导油槽48上并流下，然后通过第二出口46流入集油箱51；通过离心分离装置的离心叶轮 62可以将让第一干燥器15出口出来的氯化钠晶体为主要成分的凝结核和离心式风机23的出口出来的油气快速进入壳体41的第二入口45并在壳体41 内向下移动。
所述过滤净化装置71的进口与该壳体41的侧壁上的第三出口47连接，该过滤净化装置71的出口分别连接出气管81和空压机14的进口。过滤净化装置71是将残余的细小油滴和油气，通过过滤净化装置71采用的聚酯纤维净化滤芯和活性炭进行再次净化，并将净化后的空气通过出气管81直接排入密闭空间内。
进一步，所述过滤净化装置71的出口连接主排气管道82的一端，该主排气管道82的另一端通过三通阀连接排气支管17的一端和该出气管81 的一端，该排气支管17的另一端连接该空压机14的进口，并且该出气管 81上设置有阀门B83，该排气支管17上设置有阀门C18。则打开阀门B83 时，可以将净化后的空气排入密闭空间内。初始时，可以先关闭阀门B83 并打开阀门C18，让空压机14抽取从过滤净化装置71净化后的空气，净化后的空气经主排气管道82和排气运管进入空压机14，再等一段时间后，可以打开阀门B83，让净化后的空气排入密闭空间内。
进一步，所述第二进水管31上设置有阀门D35 ，所述出水管33上设置有阀门E34 ，优选地，阀门D35 和阀门E34 均为蝶阀，可以控制进入的海水的流量。
进一步，所述进油气管21上设置有阀门F24，需要进行油气净化时，可以打开阀门F24，经过设定的净化时间后再关闭阀门F24。
进一步，所述壳体41顶端的第二入口45处设置有扩张段36，该扩张段36的直径沿着从上至下的方向逐渐变大。当风机23将被第二加热器22 加热至饱和状态的油气抽进冷凝装置后，高速的油气进入扩张段36时，会发生速度降低，压力上升的过程，从而有利于油气的完全冷凝，油气在加压环境下，与氯化钠晶体结成粒径范围小，粒径中值直径大的油滴，该油滴为单分散凝聚物；
油气净化时，打开阀门A16和阀门F24，让密闭空间外的海水进入第一加热器12，被适当加热的海水按所需流量进入雾化器13，此时空压机14 将管道内的空气压缩后进入雾化器13，初始时空压机14压缩的空气来源可以是管道内预存的空气，也可以是从与空压机相连的储气罐中储存的空气，也可以是油气快速净化后的空气，海水在高速的气流作用下，主要雾化成氯化钠小液滴，氯化钠小液滴进入干燥器15之后，形成氯化钠晶体，然后再排入列管式冷凝器32中，作为油气的凝结核；
风机23将被第二加热器22加热至饱和状态的油气抽进列管式冷凝器 32后，油气与所述氯化钠晶体混合形成油滴，油滴在气流和重力的作用下，扩散至离心分离装置，与高速旋转的离心叶轮62发生碰撞和黏附，从而积聚成较大油滴，在离心力作用下，被甩到壳体41壁面上，顺着壳体41内壁的导油槽48，进入集油箱51；
通过离心分离后的空气从壳体41的第三出口47进入过滤净化装置71，过滤净化装置71将气体中残余的油滴和少量未凝聚的油气再次吸附净化，经过过滤净化装置71净化后的大部分空气直接排入密闭空间，少量空气通过空压机14加压后，进入海水雾化器13，作为海水雾化的气源。
本发明充分利用低温海水作为凝结核发生物质和冷却介质，通过调节凝结核特性，使得油气凝结成粒径较大，且尺寸更为集中的液态油滴，有利于提高离心分离效率，采用压降更小的过滤净化装置71，提高油气净化效率，节约能源，降低使用费用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，包括凝结核发生装置、油气抽入装置、油气冷凝装置、离心分离装置、集油箱和过滤净化装置，其中，
所述凝结核发生装置包括第一进水管、第一加热器、雾化器、空压机和干燥器，所述第一进水管上设置有第一水泵和阀门A，该第一进水管用于进海水并且其一端与第一加热器的进口连接，该第一加热器的出口连接该雾化器的第一进口，该雾化器的第二进口连接该空压机的出口，该雾化器的出口连接该干燥器的入口；
所述油气抽入装置包括进油气管、第二加热器和风机，该进油气管的一端与第二加热器的进口连接，该第二加热器的出口与风机的进口连接；
所述油气冷凝装置包括第二进水管、列管式冷凝器和出水管，所述第二进水管或出水管上布置有第二水泵，所述列管式冷凝器包括壳体及设置在该壳体内的换热直管，该壳体竖直设置，该壳体侧壁上的第一入口连接该第二进水管的一端并且该壳体侧壁上的第一出口连接该出水管的一端，以用于让海水进出壳体，该壳体顶端的第二入口分别与该干燥器的出口和该风机的出口连接，所述壳体顶端的第二入口处设置有扩张段，该扩张段的直径沿着从上至下的方向逐渐变大；
所述集油箱设置在该壳体的下方并且与该壳体底端的第二出口连接；
所述离心分离装置包括驱动电机和安装在该驱动电机的驱动轴上的离心叶轮，该驱动电机的驱动轴竖直设置并且可转动安装在该列管式冷凝器下端的管板上，该离心叶轮和壳体的侧壁上的第三出口均位于该列管式冷凝器下端的管板的下方；
所述过滤净化装置的进口与该壳体的侧壁上的第三出口连接，该过滤净化装置的出口分别连接出气管和空压机的进口。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述过滤净化装置的出口连接主排气管道的一端，该主排气管道的另一端通过三通阀连接排气支管的一端和该出气管的一端，该排气支管的另一端连接该空压机的进口，并且该出气管上设置有阀门B，该排气支管上设置有阀门C。
3.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述第二进水管上设置有阀门D。
4.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述出水管上设置有阀门E。
5.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述进油气管上设置有阀门F。
6.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述壳体的内壁上周向布置有多条导油槽，并且这些导油槽与该壳体底端的第二出口连通。
7.根据权利要求1所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置，其特征在于，所述过滤净化装置采用聚酯纤维净化滤芯和活性炭进行过滤净化。
8.权利要求1~7中任一权利要求所述的一种用于深海密闭空间的油气净化装置对油气进行净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）空气通过压缩机加压后进入雾化器，从密闭空间外经第一进水管也进入第一加热器加热后的海水进入雾化器后，海水在气流的作用下雾化成氯化钠液滴，氯化钠液滴进入干燥器干燥后形成氯化钠晶体并进入列管式冷凝器作为凝结核；
2）风机将被第二加热器加热至饱和状态的油气抽进列管式冷凝器后，油气与所述氯化钠晶体混合形成油滴，所述油滴在气流和重力的作用下进入离心分离装置与旋转的离心叶轮发生碰撞和黏附，从而积聚成尺寸更大的油滴并在离心叶轮的离心力作用下被甩到壳体的内壁上，然后从壳体的第二出口流出后流入集油箱；
3）壳体内的气体从壳体的第三出口进入过滤净化装置，过滤净化装置将气体中残余的油滴和未凝聚的油气再次吸附净化，经过过滤净化装置净化后，一部分气体直接排入密闭空间内，另外一部分气体通过空压机加压后再进入雾化器内，作为海水雾化的气源。
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