RU2070681C1 - Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2070681C1 RU2070681C1 RU94015430/06A RU94015430A RU2070681C1 RU 2070681 C1 RU2070681 C1 RU 2070681C1 RU 94015430/06 A RU94015430/06 A RU 94015430/06A RU 94015430 A RU94015430 A RU 94015430A RU 2070681 C1 RU2070681 C1 RU 2070681C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- gas phase
- diameter
- gas
- pipeline
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к области химической, нефтехимической промышленности, а также теплотехнике, имеющих в своих производствах трубопроводные системы. Сущность изобретения: выявление прорыва трубопроводных систем на ранней стадии осуществляется улавливанием на участке трубопровода газовой фазы турбулентного потока, что достигается путем преобразования турбулентного режима течения жидкости в ламинарный, гашением поперечных пульсаций скорости течения, формированием продольной скорости в ламинарном потоке такой величины, при которой время всплытия газового пузырька минимального диаметра было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода, и сбором газовой фазы в накопительной емкости. Устройство улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе состоит из полой цилиндрической вставки большего диаметра и присоединенных к ней конических диффузора и конфузора, внутри которых помещены коаксиально ориентированные конуса. В верхней части цилиндрической вставки снаружи размещен накопитель газовой фазы. Длина цилиндрической вставки равна ее диаметру, умноженному на отношение скорости сформированного в ней ламинарного потока к скорости всплытия газового пузырька минимального диаметра и на коэффициент запаса больше единицы. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области химической, нефтехимической промышленности, теплотехнике, имеющих в своих производствах трубопроводные системы для транспортировки жидкостей, в частности в ряде установок нефтехимических комплексов.
Во вторых контурах охлаждения таких установок в качестве теплоносителя применяют воду, которая по трубопроводам собирается в открытые водосборники для дальнейшего применения. В качестве теплоносителей в первых контурах применяется газообразный водород или другие газообразные вещества, которые при возникновении аварийной ситуации прорыве трубопроводов первого контура попадают в теплоноситель (воду) второго контура и далее накапливаются в водосборниках, что приводит к опасности взрыва образующейся при смешивании водорода с воздухом взрывоопасной смеси и разрушению установки. При этом неизвестными параметрами являются место прорыва, время прорыва, характер прорыва, количество попавшего в воду взрывоопасного газообразного вещества. Единственной информацией о явлении прорыва является характер транспортировки его в воде в виде пузырьков газа (водорода) различного диаметра, образование и структура которых зависят от характера и места прорыва.
Изобретение направлено на выявление прорыва на ранней стадии посредством сбора и анализа газовой фазы в процессе работы установки без нарушения технологического процесса.
Диагностике газовой фазы в водяном потоке посвящены целые направления в научных исследованиях, базирующиеся на акустических, радиационных, электростатических и других методах. По этим проработкам получен ряд авторских свидетельств, например а. с. N 530243, G 01 N 29/00, N 693116, G 01 F 23/10, N 487304, G 01 F 1/00, N 1100459, кл. F 17 D 1/14, 1982. Известен патент США N 4320665.
Кроме того, известно применение деаэрации жидкости в гидродинамических и кавитационных трубах (Р. Кнэппа, Дж. Дэйли, Ф. Хэммита "Кавитация", М. 1974).
Все эти методы и средства позволяют с определенной степенью точности зафиксировать факт и количественное содержание газовой фазы, но не позволяют определить ее состав, что необходимо делать для обнаружения аварийного состояния или предаварийного (начальной стадии развития) состояния промышленной установки.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ и устройство по а. с. N 1100459, кл. F 17 D 1/14, 1982. Возьмем его за прототип. В этом изобретении также, как и в заявленном осуществляется перестройка структуры течения газа в потоке двухфазной жидкости, причем также, как и в заявленном устройство для улавливания газовой фазы турбулентного потока содержит узел изменения направления движения газовой фазы в виде установленной на участке трубопровода полой цилиндрической вставки. Однако это изобретение не позволяет решить поставленной задачи. В нем операции с газовой средой направлены на прямо противоположные действия и достижения других целей по сравнению с заявленным. Сформировавшееся каким-либо образом газовое ядро потока жидкости в трубе переводят из верхней половины сечения трубы в пристенный слой ее нижней половины с образованием пленочного слоя газовой смазки, что дает в целом снижение гидравлического сопротивления тракта и тем самым энергозатрат на транспортировку жидкости (нефтепродуктов) по трубопроводной системе. Задача предлагаемого изобретения прямо противоположная на коротком участке трубопровода осуществить сбор максимально возможного количества газовой фазы жидкости для ее анализа и удаления (при необходимости).
Суть изобретения состоит в следующем.
Для сбора газовой фазы, используя силу Архимеда пузырьков любого диаметра, перестраивают структуру течения на отдельном участке трубопровода:
турбулентный режим течения (при Re ≥ 2000 преимущественно переходный, 2000 ≅ Re < 5000) переводят в ламинарный, гасят пульсации поперечных скоростей. Продольную скорость в ламинарном потоке формируют таким образом, чтобы время всплытия газового пузырька было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода, на котором производят сбор пузырьков газа, что обеспечивает равномерный поток и гарантированное всплытие и сбор пузырьков, и после сбора газовой фазы преобразуют поток в первоначальный режим течения.
турбулентный режим течения (при Re ≥ 2000 преимущественно переходный, 2000 ≅ Re < 5000) переводят в ламинарный, гасят пульсации поперечных скоростей. Продольную скорость в ламинарном потоке формируют таким образом, чтобы время всплытия газового пузырька было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода, на котором производят сбор пузырьков газа, что обеспечивает равномерный поток и гарантированное всплытие и сбор пузырьков, и после сбора газовой фазы преобразуют поток в первоначальный режим течения.
Существенные признаки изобретения:
перестройка структуры течения газа,
формирование продольной скорости в ламинарном потоке таким образом, чтобы время всплытия газового пузырька было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода,
улавливание всплывающей газовой фазы.
перестройка структуры течения газа,
формирование продольной скорости в ламинарном потоке таким образом, чтобы время всплытия газового пузырька было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода,
улавливание всплывающей газовой фазы.
Признак "перестройка структуры течения газа" совпадает с прототипом, остальные являются отличительными.
Реализацию предлагаемого способа при движении газожидкостной смеси по трубопроводу осуществляют с помощью предлагаемого устройства уловителя.
Для трубопроводных систем к конструкции предъявляются повышенные требования: он должен улавливать не менее 80.90% общего количества газовой фазы движущегося по трубопроводу потока.
На чертеже представлена конструкция уловителя, обеспечивающего выполнение процессов, заложенных в предлагаемом способе.
Уловитель состоит из полой цилиндрической вставки 1 и присоединенных к ней конических диффузора 2 и конфузора 3. Внутри диффузора и конфузора размещены коаксиально установленные конуса 4, 5, 6, закрепленные между собой и с диффузором и конфузором штырями 7 и служащие для обеспечения безотрывного разворота входящего в устройство и выходящего из него потока и гашения поперечных пульсаций скоростей. В верхней части цилиндрической вставки размещен произвольной формы накопитель газовой фазы 8.
Средняя по сечению цилиндрической вставки осевая скорость потока (Vл) в зависимости от площади (диаметра) цилиндра определяется зависимостью
где Vo скорость на входе и выходе уловителя,
So площадь поперечного сечения трубопровода,
Sц площадь поперечного сечения цилиндрической вставки.
где Vo скорость на входе и выходе уловителя,
So площадь поперечного сечения трубопровода,
Sц площадь поперечного сечения цилиндрической вставки.
Поэтому увеличение поперечной площади цилиндрической вставки уловителя дает пропорциональное уменьшение скорости потока в уловителе и, следовательно, числа Рейнольдса, являющегося критерием режима течения, выбором площади вставки можно обеспечить ламинарный режим течения в уловителе. Введением пакетов конусов обеспечивается гашение поперечных пульсаций скоростей. Сформированный ламинарный режим течения в уловителе (за конусами на входе) обеспечивает равномерное течение жидкости вдоль оси уловителя (в горизонтальном направлении) и отсутствие поперечных составляющих вектора скорости по всему объему уловителя. Поскольку пузырьки газовой фазы имеют положительную плавучесть, то есть в жидкости они всплывают в вертикальном направлении (в поле тяжести), и скорости всплывания зависят от диаметра пузырька, и поэтому пузырек газа, попав в эту часть уловителя, участвует в двух движениях:
в горизонтальном направлении сносится по потоку,
всплывает в вертикальном направлении за счет собственной силы плавучести.
в горизонтальном направлении сносится по потоку,
всплывает в вертикальном направлении за счет собственной силы плавучести.
Поэтому, если его время всплытия (до накопителя) меньше времени прохождения до входа в отводящие конуса, что определяется предельными габаритами уловителя длиной цилиндрической вставки Lц и ее диаметром Dл, то пузырек попадает в накопитель прежде, чем дойдет до выхода.
Основные габариты уловителя (длина и диаметр) выбираются по параметрам потока трубопроводной системы: диаметру магистрали, средней по сечению скорости потока, скорости всплытия пузырька наименьшего диаметра.
Диаметр цилиндрической вставки уловителя определяется из условия обеспечения равенства, с коэффициентом запаса R, времени всплытия 
пузырьков наименьших диаметров и времени 
их движения вместе с потоком по цилиндрической части от входа до выхода
tл R • tв,
что определяет связь между основными габаритами уловителя: диаметром Dл цилиндрической вставки, его длиной Lц и скоростью потока по оси цилиндрической вставки Vл и скоростью всплытия пузырька V
,
где R коэффициент запаса, ≥ 1,0.
tл R • tв,
что определяет связь между основными габаритами уловителя: диаметром Dл цилиндрической вставки, его длиной Lц и скоростью потока по оси цилиндрической вставки Vл и скоростью всплытия пузырька V
где R коэффициент запаса, ≥ 1,0.
Накопитель представляет собой коробчатую конструкцию произвольной формы, выступающую за пределы цилиндрической вставки и расположенную на ее верхней части и имеющую общий объем с внутренней частью уловителя, внутри которого при работе (течении жидкости) формируется застойная зона с еще более меньшими скоростями потока, чем в цилиндрической вставке. Пузырьки воздуха, попав в эту зону, задерживаются в ней, поскольку локальной скорости потока в этой части накопителя недостаточно, чтобы вынести пузырьки из него. Постепенное накопление пузырьков и их слияние приводит к образованию и росту значительной газовой полости в верхней части накопителя, с которой можно проводить необходимые действия (брать пробы для анализа, удалять и тому подобное).
Признаками изобретения являются
конфузорно-диффузорный переход с цилиндрической вставкой большего диаметра,
длина цилиндрической вставки равна ее диаметру, умноженному на коэффициент запаса и на отношение скорости сформированного в ней ламинарного потока к скорости всплытия газового пузырька наименьшего диаметра,
внутри конфузора и диффузора помещены коаксиально ориентированные конуса,
в верхней части цилиндрической вставки снаружи размещается накопитель газовой фазы.
конфузорно-диффузорный переход с цилиндрической вставкой большего диаметра,
длина цилиндрической вставки равна ее диаметру, умноженному на коэффициент запаса и на отношение скорости сформированного в ней ламинарного потока к скорости всплытия газового пузырька наименьшего диаметра,
внутри конфузора и диффузора помещены коаксиально ориентированные конуса,
в верхней части цилиндрической вставки снаружи размещается накопитель газовой фазы.
Общим признаком является "наличие цилиндрической вставки". Остальные признаки отличительные.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство обладают изобретательским уровнем, так как совокупность признаков данного способа и устройства обусловливает новое свойство, дающее требуемый технический эффект:
контроль состояния промышленной установки и трубопроводной системы, и по уловленной газовой фазе, ее составу выявляют факт предаварийного состояния на ранней стадии, тем самым повышается безопасность всего промышленного комплекса в целом.
контроль состояния промышленной установки и трубопроводной системы, и по уловленной газовой фазе, ее составу выявляют факт предаварийного состояния на ранней стадии, тем самым повышается безопасность всего промышленного комплекса в целом.
Пример реализации.
Для трубопровода диаметром 0,300 м с расходом воды 700 м3/час средняя скорость течения по трубе равна 2,75 м/с. Выбор диаметра цилиндрической вставки Dл 0,900 м и задание скорости всплытия пузырька диаметром 1 мм V 0,25 м/с, обеспечивают следующие параметры потока в уловителе и габариты: Vл 0,31 м/с, Lц 0,716 м, коэффициент запаса R 1,1, что гарантирует сбор 70% пузырьков диаметром 1 мм и до 100% всех пузырьков большего диаметра, как обладающих большей скоростью всплытия.
Опытный образец описанной конструкции прошел успешные испытания на одной из установок на Ново-Уфимском нефтеперерабаывающем заводе и запускается в производство для внедрения на других установках.
Claims (2)
1. Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе, включающий сбор пузырьков газа за счет перестраивания структуры течения на участке трубопровода, отличающийся тем, что на упомянутом участке трубопровода режим течения жидкости преобразуют в ламинарный, гасят поперечные пульсации скорости течения, формируют продольную скорость в ламинарном потоке так, чтобы время всплытия газового пузырька минимального диаметра было меньше времени прохождения потоком участка трубопровода, на котором производят сбор пузырьков газа, и после сбора газовой фазы преобразуют поток в первоначальный режим течения.
2. Устройство улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе, содержащее узел изменения направления движения потока в виде установленной на участке трубопровода полой цилиндрической вставки, отличающееся тем, что последняя снабжена коническими конфузорно-диффузорными переходами и накопительной емкостью, причем внутри конфузора и диффузора размещены коаксиально установленные конусы, диаметр цилиндрической вставки равен большему диаметру конфузора, а длина определяется из соотношения
Lц Дл • k • Vл/V,
где Lц длина цилиндрической вставки,
Дл диаметр цилиндрической вставки,
k коэффициент запаса, больший единицы,
Vл скорость сформированного ламинарного потока,
V скорость всплытия пузырька минимального диаметра.
Lц Дл • k • Vл/V,
где Lц длина цилиндрической вставки,
Дл диаметр цилиндрической вставки,
k коэффициент запаса, больший единицы,
Vл скорость сформированного ламинарного потока,
V скорость всплытия пузырька минимального диаметра.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94015430/06A RU2070681C1 (ru) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94015430/06A RU2070681C1 (ru) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94015430A RU94015430A (ru) | 1995-12-20 |
| RU2070681C1 true RU2070681C1 (ru) | 1996-12-20 |
Family
ID=20155289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94015430/06A RU2070681C1 (ru) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2070681C1 (ru) |
-
1994
- 1994-04-26 RU RU94015430/06A patent/RU2070681C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1100459, кл. F 17D 1/14, 1982. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nouri et al. | Particle motion and turbulence in dense two-phase flows | |
| King et al. | Solids transport in multiphase flows—application to high-viscosity systems | |
| Van Campen | Bulk dynamics of droplets in liquid-liquid axial cyclones | |
| RU2706820C1 (ru) | Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение | |
| Pietrzak | Flow patterns and volume fractions of phases during liquid–liquid two-phase flow in pipe bends | |
| Rosas et al. | Measurements of horizontal three‐phase solid‐liquid‐gas slug flow: Influence of hydrate‐like particles on hydrodynamics | |
| RU2070681C1 (ru) | Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления | |
| Dol et al. | Experimental study on the effects of water-in-oil emulsions to wall shear stress in the pipeline flow | |
| US4619771A (en) | Technique for increased retention time in oil field settling tanks | |
| Kesana et al. | Experimental study of sand particle concentration profiles in straight and pipe elbow for horizontal multiphase flows | |
| Lubbers | On gas pockets in wastewater pressure mains and their effect on hydraulic performance | |
| Seyer et al. | Drag reduction in large tubes and the behavior of annular films of drag reducing fluids | |
| Zhang et al. | Experimental study of swirling flow pneumatic liquid-carrying characteristics in the vortex tool inserted tube under liquid loading conditions | |
| Ibarra et al. | Investigation of oil-water flow in concentric and fully eccentric annuli pipes | |
| Awwad et al. | Flow patterns and pressure drop in air/water two-phase flow in horizontal helicoidal pipes | |
| RU2314859C2 (ru) | Устройство для преобразования потока газа/жидкости в ламинарный поток или в поток с расслоенным режимом | |
| Hirobayashi et al. | A study on gas-liquid two phase flow in methane hydrate production system | |
| Bizhani et al. | Effect of Sand Bed Deposits on the Characteristics of Turbulent Flow of Water in Horizontal Annuli | |
| Kesana et al. | Experimental investigation of slug characteristics through a standard pipe bend | |
| RU2744373C1 (ru) | Способ для перемешивания среды, транспортируемой по трубопроводу, и устройство для его осуществления | |
| Momin et al. | The impact of 180° return bend inclination on pressure drop characteristics and phase distribution during oil-water flow | |
| Duda et al. | Inviscid flow through a sudden contraction | |
| Belgacem et al. | Experimental investigation of slug pattern in a horizontal two-phase flow | |
| Jaisinghani et al. | A study of oil/water separation in corrugated plate separators | |
| Ibarra-Hernandez et al. | Two-phase gas-liquid flow in concentric and fully eccentric annuli. Part I: Flow patterns, holdup, slip ratio and pressure gradient |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20010410 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20010410 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20010410 Effective date: 20110527 |