PL187032B1 - Sposób wytwarzania jednorodnych mieszanin gazów zawierających SF6 i urządzenie do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania zasadniczo jednorodnych, sprężonych mieszanin gazów zawierających SFć oraz urządzenie do stosowania tego sposobu, zwłaszcza jezdna stacja mieszająca.

W zasadzie, z istniejących osobno gazów łatwo można wytworzyć jednorodną mieszaninę gazów, jeżeli gazy wprowadzi się do pojemnika i odczeka się wystarczająco długo aż wskutek dyfuzji ustali się odpowiednio jednorodna mieszanina gazów. Ponieważ jednak potrzeba do tego bardzo długiego czasu taki sposób nie da się technicznie zastosować.

Oczywiście można też zaobserwować mieszanie gdy strumienie gazów wprowadza się do stacjonarnego mieszacza i/lub we wspólny przewód.

W publikacji FR-A-2631856 opisane jest urządzenie do wytwarzania mieszanin gazów, w którym gazy miesza się wstępnie w mieszaczu i poprzez stacjonarny mieszacz przesyła do sprężarki a następnie do odbiornika. Wahania ciśnienia reguluje się za pomocą silnika sprężarki w zależności od ciśnienia przed sprężarką.

Jednakże wymieszanie nie zawsze jest takie, że uzyskaną mieszaninę gazów można uznać za Jednorodną”, zwłaszcza wtedy, gdy chce się mieszać ze sobą gazy o dużej różnicy gęstości, np. takie, które zawierają SFć. Tego rodzaju mieszaniną gazów jest mieszania SFć (sześciofluorek siarki) i N2 (azot). SFć jako gaz ma gęstość 6,18 g/l a azot jako gaz ma gęstość 1,170 g/l, każda określona przy 15°C i 1 barze wartości absolutnej (warunki normalne w myśl tego zgłoszenia). Tego rodzaju mieszaniny gazów stosuje się np. jako gaz izolacyjny do przewodzących prąd kabli ziemnych. Szczególnym problemem jest przy tym to, że mieszaniny gazów (konieczne przy tym w bardzo dużych ilościach) muszą być wytwarzane w miejscu zastosowania. Gdyby chciano mianowicie stosować mieszaniny gazów wytworzone uprzednio fabrycznie to konieczne byłoby transportowanie ich w butlach gazowych pod wysokim ciśnieniem, aby koszty transportu były możliwie niskie. Jest to jednak niemożliwe, gdyż składnik w postaci SFć uległby skropleniu i nastąpiłoby odpowiednie odmieszanie się.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu za pomocą, którego można wytwarzać jednorodne, sprężone mieszaniny gazów z SFć i z innymi gazami o dużej różnicy gęstości.

Zadaniem wynalazku jest także opracowanie urządzenia nadającego się do tego sposobu, zwłaszcza jako stacji mieszającej, a w szczególności jako jezdnej stacji mieszającej. Dalszym zadaniem było opracowanie stacji mieszającej chronionej przed zanieczyszczeniem i wpływami czynników atmosferycznych. Zadania te zostały rozwiązane za pomocą sposobu według wynalazku, względnie za pomocą urządzenia, stanowiącego stację mieszającą, według wynalazku.

Sposób według wynalazku do wytwarzania zasadniczo jednorodnych, sprężonych mieszanin gazów z osobno istniejących gazów, przy czym jednym z gazów jest SFć, a inny gaz lub gazy mają gęstość, która w warunkach normalnych wynosi przynajmniej 4 g/l mniej niż gęstość SFć, przewiduje, że gazy istniejące osobno miesza się wstępnie tworząc niejednorodną mieszaninę gazów i niejednorodną mieszaninę gazów wprowadza się poprzez przewód gazowy do statycznego mieszacza a potem do zbiornika buforowego a mieszaninę gazów ze zbiór4

187 032 nika buforowego, względnie z mieszacza statycznego wprowadza się do sprężarki a ze sprężarki odprowadza się zasadniczo jednorodną, sprężoną mieszaninę gazów, przy czym, gdy stosuje się zbiomik buforowy, to część odprowadzonej jednorodnej i sprężonej mieszaniny gazów zawraca się poprzez przewód zwrotny, do zbiornika buforowego.

Wytwarza się zasadniczo jednorodne, sprężone mieszaniny gazów, które zawierają 3 do 50% objętościowych SFć, korzystnie 3 do 20% objętościowych SFć i resztę do 100% objętościowych w postaci N₂, przy czym żądana zawartość SFć w odprowadzonej próbce odbiega maksymalnie o ± 0,7% objętościowych od wartości, która istnieje przy idealnym wymieszaniu.

Ze sprężarki odprowadza się mieszaninę gazów o ciśnieniu aż do 13 barów. Stosuje się sprężarkę pracuj ącąbezolej owo albo sprężarkę tłokową lub membranową.

W przewód zwrotny włącza się zawór regulacyjny, który reguluje zawracanie mieszaniny gazów do żądanej części objętościowej odprowadzonego sprężonego gazu.

Wytwarza się mieszaninę składającą się z SFć i N2 i jako gaz izolacyjny wprowadza się w przewodzący prąd kabel ziemny.

Mieszane strumienie gazów reguluje się przy zastosowaniu masowych przepływomierzy.

Sposób przeprowadza się przy zastosowaniu urządzenia, zwłaszcza jezdnej stacji mieszającej.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie jednorodnie wymieszanych mieszanin gazów na miejscu zastosowania. Dlatego też nie jest już potrzebne dostarczanie z fabryki jednorodnie wymieszanych mieszanin gazów. Dodatkową zaletą jest to, że można przetwarzać duże natężenia przepływu (np. powyżej 200 Nm³ na godzinę), przy tym stopień zmieszania jest niezależny od przekrojów zastosowanych przewodów. Możliwe jest dozowane odprowadzanie gotowej jednorodnej mieszaniny gazów

Jeżeli przewiduje się użycie statycznego mieszacza i zbiornika buforowego, to korzystne jest aby najpierw przeprowadzić gaz przez mieszacz statyczny a następnie przez zbiomik buforowy.

Według korzystnej postaci wykonania realizuje się sposób przy zastosowaniu zbiornika buforowego a w przewód zwrotny wbudowuje się zawór regulacyjny. Za pomocą tego zaworu regulacyjnego zawracanie części mieszaniny gazów reguluje się do żądanej wartości. Taka postać wykonania ma tę zaletę, że sprężarka może pracować przy przedmuchu, co usprawnia dodatkowo przemieszanie. Zawór regulacyjny może być np. tak nastawiony, że zawracana jest ustalona część objętości sprężonego gazu pochodzącego ze sprężarki.

Celowe jest zastosowanie urządzenia zabezpieczającego, które rejestruje osiągnięcie granicy napełnienia w napełnianym kablu energetycznym lub w napełnianej butli gazowej pod ciśnieniem i które odłącza sprężarkę. Chodzi tu np. o zawór nadciśnieniowy, który otwiera od określonego ciśnienia i celowo zamyka sprężarkę. Przewód nadciśnieniowy może być połączony ze zbiornikiem buforowym. W ten sposób wydmuchiwany gaz pozostaje w obiegu.

Korzystnie sposób według wynalazku stosuje się do mieszanin składających się z gazów, które mają dużą różnicę gęstości wynoszącą przynajmniej 4,5 g/l. Szczególnie dobrze nadaje się sposób do wytwarzania jednorodnych mieszanin gazów, które zawierają SFć i N2 lub się z nich składają.

Tego rodzaju mieszaniny gazowe stosuje się np. jako gaz izolacyjny do przewodzących prąd kabli ziemnych.

Sprężarkę wyregulowuje się tak, że dostarcza mieszaninę gazów o żądanym ciśnieniu. Mieszaniny gazowe z SF₆ i N₂, które stosuje się dla wymienionego zastosowania jako gaz izolacyjny do kabli ziemnych korzystnie powinny być pod ciśnieniem 1 do 13 barów wartości absolutnej. Zwłaszcza ciśnienie to znajduje się w granicach 7 do 13 barów wartości absolutnej.

Korzystnie stosuje się sprężarki pracujące bezolejowo, zwłaszcza sprężarki membranowe, lecz także i sprężarki tłokowe.

Regulację ilości gazu jakie są doprowadzane do tworzenia mieszanin gazów o określonym składzie, przeprowadza się korzystnie za pomocą przepływomierza masowego. Jest to szczególnie korzystne w przypadku gazów o dużej różnicy gęstości; ilości gazu można regulować dokładnie mimo zmiennych temperatur (wpływy pory dnia i roku).

187 032

Szczególnie dobrze sposób według wynalazku nadaje się do wytwarzania zasadniczo jednorodnych, sprężonych mieszanin gazów, które zawierają 3-50%, korzystnie 3-20% objętościowych SFć a resztę do 100% objętościowych stanowi N2. Korzystnie żądana zawartość SF6 w pobranej próbce odbiega maksymalnie o ± 0,7% objętościowo od tej wartości, jaka powstaje przy idealnym wymieszaniu. Ewentualnie zwiększa się udział zawracanego poprzez przewód zwrotny do zbiornika buforowego zmieszanego już gazu. Analizy dokonuje się np. za pomocą chromatografii gazowej.

W korzystnej postaci wykonania sposobu według wynalazku przewiduje się, że wytwarza się mieszaninę gazów zawierającą sFó i N2 lub mieszaninę składającą się z nich, i tę mieszaninę, jako gaz izolacyjny, wprowadza się w przewodzący prąd kabel ziemny.

Dalszym przedmiotem wynalazku jest urządzenie do stosowania sposobu według wynalazku stanowiące stację mieszającą, która stosowana jest do wytwarzania mieszanin gazów z SFć i z istotnie lżejszymi gazami.

Urządzenie, zwłaszcza stacja mieszająca, do stosowania zgodnie ze sposobem według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej dwa przewody doprowadzające do doprowadzania przeznaczonych do zmieszania gazów, przewód gazowy do wspólnego dalszego przesyłania zmieszanych wstępnie gazów, stacjonarny mieszacz, w którym ma ujście przewód gazowy do wspólnego dalszego przesyłania wstępnie zmieszanych gazów, zbiomik buforowy’, przewód gazowy, który połączony jest ze zbiornikiem buforowym i sprężarką, poprzez który to przewód mieszaninę gazów przesyła się ze zbiornika buforowego do sprężarki, sprężarkę, w której spręża się i ujednoradnia mieszaninę gazów odprowadzoną ze zbiornika buforowego lub ze stacjonarnego mieszacza, przewód upustowy do odprowadzania jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów ze sprężarki, przewód zwrotny, do zawracania części zasadniczo jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów odprowadzonej ze sprężarki do zbiornika buforowego, który to przewód połączony jest z przewodem upustowym ze sprężarki i ze zbiornika buforowego, zawór regulacyjny w przewodzie zwrotnym.

Urządzenie zawiera przynajmniej jeden uchwyt do osadzania butli gazowych pod ciśnieniem jednego lub wielu nie zmieszanych gazów, przyłącza do przyłączania butli gazowej dla napełnienia jej jednorodną, sprężoną mieszaniną gazów, przynajmniej jeden uchwyt dla takich butli gazowych pod ciśnieniem.

Urządzenie ma co najmniej jeden dodatkowy element konstrukcyjny z grupy obejmującej manometr, reduktor ciśnienia, przepływomierz, stanowisko lub stanowiska poboru próbek.

Przepływomierz stanowi masowy przepływomierz.

Urządzenie, zwłaszcza jezdna stacja mieszająca, zawiera: stację mieszającą i podwozie, przy czym stacja mieszająca zamontowana jest na podwoziu.

Urządzenie, zwłaszcza samojezdna stacja mieszająca, jako podwozie ma samochód ciężarowy.

Urządzenie, zwłaszcza stacja mieszająca, ma środki, które chronią urządzenie przed wpływami z zewnątrz, takimi jak zanieczyszczenia i działanie czynników atmosferycznych.

Urządzenie stanowiące stację mieszającą, zawiera następujące elementy konstrukcyjne: co najmniej dwa przewody doprowadzające do doprowadzania przeznaczonych do zmieszania gazów, przewód gazowy do wspólnego dalszego przesyłania zmieszanych wstępnie gazów, stacjonarny mieszacz i/lub zbiomik buforowy, do którego doprowadzony jest przewód gazowy służący do dalszego przesyłania zmieszanych wstępnie gazów, przewód gazowy połączony ze zbiornikiem buforowym, względnie ze stacjonarnym mieszaczem oraz ze sprężarką, za pomocą którego to przewodu mieszanina gazów doprowadzana jest ze zbiornika buforowego, względnie ze stacjonarnego mieszacza do sprężarki, sprężarkę, w której mieszanina gazów doprowadzana ze zbiornika buforowego lub stacjonarnego mieszacza, ulega sprężeniu i ujednorodnieniu, przewód upustowy do odprowadzania ze sprężarki jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów. O ile stosuje się zbiomik buforowy to urządzenie zawiera przewód zwrotny połączony z przewodem upustowym ze sprężarki i zbiornika buforowego oraz zawór regulacyjny w przewodzie zwrotnym. Przewody doprowadzające przeznaczone do mieszania gazu, poprzez odcinek typu T mogą być połączone z przewodem gazowym służącym do

187 032 wspólnego dalszego przesyłania gazów. W korzystnej postaci wykonania urządzenia jako stacji mieszającej, ma ona zbiomik buforowy i przewód zwrotny z zaworem regulacyjnym.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie jako prostą stację mieszającą a fig. 2 ilustruje sposób według wynalazku.

Urządzenie stanowiące stację mieszającą posiada dwa przewody doprowadzające 1, 2, dwa zawory 3, 4 do regulacji natężenia przepływu gazu, przewód gazowy 5 do dalszego przesyłania wstępnie zmieszanych gazów, zbiomik buforowy 6, sprężarkę 7, przewód gazowy 8 usytuowany pomiędzy zbiornikiem buforowym 6 i sprężarką 1, przewód upustowy 9, przewód zwrotny 10 pomiędzy zbiornikiem buforowym i sprężarką, zawór regulacyjny 11 umieszczony w przewodzie zwrotnym i zawór 12 do regulacji pobieranej ilości jednorodnej mieszaniny gazów.

Urządzenie może zawierać jeszcze inne użyteczne elementy konstrukcyjne, takie jak jeden lub wiele manometrów, reduktorów ciśnienia, mierników przepływu, zaworów nadciśnieniowych, automatycznych wyłączników sprężarki, stanowisk poboru próbek lub stanowisko poboru jednorodnej mieszaniny gazów. Szczególnie korzystne jest, gdy urządzenie ma masowy miernik przepływu do regulacji ilości gazu. Tego rodzaju urządzenie niezależnie od temperatury (pory dnia, pory roku), przy której pracuje, dostarcza dokładnych wyników mimo dużych różnic gęstości gazów.

Urządzenie jako stacja mieszająca, może być wykonane jako jezdna stacja mieszająca. Składa się wtedy z uprzednio opisanej stacji mieszającej i podwozia, na którym jest zamontowana stacja. Przykładowo może to być podwozie samochodu ciężarowego lub przyczepy do takiego samochodu. Ma to tę zaletę, że całe urządzenie może poruszać się odpowiednio do ułożenia izolowanego kabla ziemnego.

Urządzenie, zwłaszcza stacja mieszająca, może ponadto zawierać: przynajmniej jeden uchwyt do osadzania butli gazowych pod ciśnieniem z jednym lub z wieloma niezmieszanymi gazami, przyłącza do podłączania butli gazowej pod ciśnieniem w celu napełnienia jej jednorodną, sprężoną mieszaniną gazów i przynajmniej jeden uchwyt dla takiej butli gazowej pod ciśnieniem.

Poza tym, urządzenie może zawierać środki do ochrony przed wpływami z zewnątrz. Mogą to być np. nadbudówki w postaci plandeki, które osłaniają je od zanieczyszczeń i działania czynników atmosferycznych.

Sposób według wynalazku jest przedstawiony dodatkowo na fig. 2. Sześciofluorek siarki i azot pobierane ze zbiornika sześciofluorku siarki ST, względnie ze zbiornika azotu NT, poprzez wyparkę V, manometr M i reduktor ciśnienia D wprowadza się do mieszacza gazowego G. Ciśnienie pomiędzy manometrem i reduktorem ciśnienia wynosi 9 do 15 barów. W mieszaczu oba gazy poprzez masowe przepływomierze i zawory dławiące wprowadza się do wspólnego przewodu 5. Ciśnienie różnicowe pomiędzy M i statycznym mieszaczem F wynosi co najmniej 3 baiy Poprzez statyczny mieszacz F wstępnie zmieszany gaz wprowadza się do zbiornika buforowego 6, a ze zbiornika buforowego poprzez przewód 8 gaz ten przechodzi do sprężarki 7. Część gazu pobrana poprzez przewód 9 ze sprężarki, poprzez przewód 10 i zawór regulacyjny 11 zawraca się do zbiornika buforowego. Ciśnienie w przewodzie 9 wynosi do 13 barów (tzn. 14 barów wartości absolutnej). Poprzez stanowiska pobierania próbek 13, 13', 13” pobiera się próbki gazu do analizy. Natężenie przepływu w przewodzie 9 wynosi 5 do 250 Ńm³/h. Poprzez przewód 9 jednorodną mieszaniną gazów napełnia się butlę gazową tutaj nie uwidocznioną. Zawór regulacyjny 11 jest tak nastawiony, że uzyskuje się żądany stopień wymieszania, im większa część objętości jest zawracana, tym lepsze jest przemieszanie ale oczywiście tym mniejsza jest ilość odprowadzanej sprężonej mieszaniny gazowej. Sprężony gaz, poprzez zawór odcinający 14 odprowadza się do napełnianego obiektu (np. kabel elektryczny lub butla gazowa pod ciśnieniem).

Natężenia przepływu ze zbiornika sześciofluorku siarki, względnie ze zbiornika azotu zostały tak wyregulowane, że stosunek objętości SFć:N₂ wyniósł dokładnie 5:95.

Na stanowisku pobierania próbek 13 została pobrana próbka gazu, która zgodnie z analizą wykazała zawartość 6,7% obj. SF₆ i 93,3% obj. N₂. Wskazuje to na jeszcze niezupełne wymieszanie. Próbki, które zostały pobrane bezpośrednio za zbiornikiem buforowym gazu i z butli gazowej wskazują każdą zawartość 5% obj. SF₆ i 95% N₂ i wykazują optymalne wymieszanie.

187 032

Próba została powtórzona przy nastawieniu stosunku objętości SF6:N2 wynoszącym 15:85. Próbka pobrana bezpośrednio za mieszaczem gazów wykazała zawartość 16,7% obj. SFć i 83,3% obj. N2. Próbka pobrana za zbiornikiem buforowym zawierała 15,7% obj., a próbka pobrana z butli gazowej zawierała 15,8% obj. SFć. Odchylenie od idealnej wartości 15% obj. spowodowane jest tym, że mieszacz gazu pracował w obszarze granicznym i dlatego stosunek objętości SF6:N2 mimo nominalnego nastawienia wynoszącego 15:85 wynosił efektywnie ok. 15,7:84,3 a więc wymieszanie było idealne.

187 032

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania zasadniczo jednorodnych, sprężonych mieszanin gazów składających się z SF6 i N2, z gazów istniejących osobno, przy czym istniejące osobno gazy miesza się wstępnie tworząc niejednorodną mieszaninę gazów, znamienny tym, że niejednorodną mieszaninę gazów wprowadza się poprzez przewód gazowy do statycznego mieszacza i potem do zbiornika buforowego a mieszaninę gazów ze zbiornika buforowego wprowadza się do sprężarki, a ze sprężarki odprowadza się zasadniczo jednorodną, sprężoną mieszaninę gazów, przy czym część odprowadzonej ze sprężarki zasadniczo jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów poprzez przewód zwrotny zawraca się do zbiornika buforowego i wytwarza się zasadniczo jednorodne, sprężone mieszaniny gazów, które zawierają 3 do 50% objętościowych SF₆, korzystnie 3 do 20% objętościowych SF6 i resztę do 100% objętościowych w postaci N2, przy czym żądana zawartość SF6 w odprowadzonej próbce odbiega maksymalnie o ± 0,7% objętościowych od wartości, która istnieje przy idealnym wymieszaniu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze sprężarki odprowadza się mieszaninę gazów o ciśnieniu aż do 13 barów.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sprężarkę pracującą bezolejowo.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się sprężarkę tłokową lub membranową.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przewód zwrotny włącza się zawór regulacyjny, który reguluje zawracanie mieszaniny gazów do żądanej części objętościowej odprowadzonego sprężonego gazu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że wytwarza się mieszaninę składającą się z SF6 i N2 i jako gaz izolacyjny wprowadza się w przewodzący prąd kabel ziemny.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszane strumienie gazów reguluje się przy zastosowaniu masowych przepływomierzy·'.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się go przy zastosowaniu urządzenia, zwłaszcza jezdnej stacji mieszającej.
9. 9. Urządzenie do stosowania sposobu według wynalazku, znamienne tym, że stanowi stację mieszającą, która zawiera co najmniej dwa przewody doprowadzające (1, 2) do doprowadzania przeznaczonych do zmieszania gazów, przewód gazowy (5) do wspólnego dalszego przesyłania zmieszanych wstępnie gazów, stacjonarny mieszacz (F), w którym ma ujście przewód gazowy (5) do wspólnego dalszego przesyłania wstępnie zmieszanych gazów, zbiornik buforowy (6), przewód gazowy (8), który połączony jest ze zbiornikiem buforowym (6) 1 sprężarką (7), poprzez który to przewód mieszaninę gazów przesyła się ze zbiornika buforowego (6) do sprężarki (7), sprężarkę (7), w której spręża się i ujednoradnia mieszaninę gazów odprowadzoną ze zbiornika buforowego (6) lub ze stacjonarnego mieszacza (F), przewód upustowy (9) do odprowadzania jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów ze sprężarki, przewód zwrotny (10), do zawracania części zasadniczo jednorodnej, sprężonej mieszaniny gazów odprowadzonej ze sprężarki (7) do zbiornika buforowego (6), który to przewód połączony jest z przewodem upustowym (9) ze sprężarki (7) i ze zbiornika buforowego (6), zawór regulacyjny (11) w przewodzie zwrotnym (10).
10. 10. Urządzenie wedieg edstrg . 9, znamienne tym, że mwierz ponadto: przynajmniej jeden uchwyt do osadzania butli gazowych pod ciśnieniem jednego lub wielu nie zmieszanych gazów, przyłącza do przyłączania butli gazowej dla daoełdiedia jej jednorodną, sprężoną miesndnidą gazów, oazydajmdiej jeden uchwyt dla takich butli gazowych pod ciśnieniem.

    187 032
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że ma co najmniej jeden dodatkowy element konstrukcyjny z grupy obejmującej manometr, reduktor ciśnienia, przepływomierz, stanowisko lub stanowiska poboru próbek (13,13', 13).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że jako przepływomierz ma masowy przepływomierz.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że zawiera podwozie, przy czym stacja mieszająca zamontowana jest na podwoziu.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że podwoziem jest samochód ciężarowy.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że ma środki, które chronią przed wpływami z zewnątrz, takimi jak zanieczyszczenia i działanie czynników atmosferycznych.