RU2181336C2

RU2181336C2 - Breathing system of reservoir for highly volatile liquids

Info

Publication number: RU2181336C2
Application number: RU99101474A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Данченко; С.В. Кулаков
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: petrochemical industry. SUBSTANCE: proposed breathing system has condenser with fitted-on gas-collector. Condenser communicates with reservoir. Adsorber with sorbent grains is installed on condenser. Heat exchanger in form of flat bank of thermocells is located between condenser and adsorber. Its cold junctions are pointed to condenser, and hot ones, to adsorber. Branch pipe for communicating condenser with adsorber and with atmosphere is installed on adsorber. Gas collector is made of high-porosity permeable cellular material. Cellular material used in system has porosity of 85 - 97%, with diameter of pores 0.5 - 4.5 mm. Adsorber from side of hot junction of thermocell is provided with plate made of high-porosity permeable cellular material. Vertical holes of diameter exceeding diameter of pores of high-porosity permeable cellular material can be made in gas collector and plate. EFFECT: increased efficiency of condensing of highly volatile liquid vapors, reduced ejection of vapors into atmosphere. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию резервуаров для хранения легкоиспаряющихся жидкостей и может быть использовано, например, в нефтехимической промышленности. The invention relates to the equipment of tanks for storing volatile liquids and can be used, for example, in the petrochemical industry.

Известна дыхательная система топливных цистерн, включающая трубопровод для сброса паров, соединенный с цистерной, и конденсатор, выполненный в виде закрепленной на трубопроводе обечайки с расположенным в ней змеевиковым теплообменником, который снаружи снабжен собранными в пакет изогнутыми перфорированными пластинами (авт. свид-во 709435, МКИ B 65 D 87/32, 1980). A known breathing system of fuel tanks, including a vapor discharge pipe connected to the tank, and a condenser made in the form of a shell mounted on the pipe with a coil heat exchanger located inside it, which is externally equipped with curved perforated plates assembled in a bag (author certificate 709435, MKI B 65 D 87/32, 1980).

Недостатком известной системы является низкая эффективность утилизации сбросных паров. A disadvantage of the known system is the low efficiency of the disposal of waste vapor.

Известен дыхательный клапан резервуара для легкоиспаряющейся жидкости, в котором корпуса расположены соосно один в другом, внешний корпус выполнен теплоизолированным и имеет патрубок для сообщения с атмосферой, трубопровод для подвода паров жидкости из резервуара с регулировочным клапаном и трубопровод для слива конденсата, внутренний корпус с оребренной внутренней и внешней поверхностью имеет трубопровод для подвода паров жидкости из резервуара, гибкий трубопровод с перфорированным поплавком на концевом участке для слива в резервуар конденсата и емкость с отверстием для криогенного охладителя (авт. свид-во 1652214, МКИ B 65 D 90/28, 1991). Known breathing valve of the reservoir for volatile liquid, in which the housing is coaxial one in another, the outer housing is thermally insulated and has a pipe for communicating with the atmosphere, a pipe for supplying liquid vapor from the tank with a control valve and a pipeline for draining condensate, an inner body with finned inner and the external surface has a pipeline for supplying liquid vapor from the tank, a flexible pipeline with a perforated float at the end section for discharge to the reserve ap and condensate container with an opening for the cryogenic cooler (auth. svid of 1652214, IPC B 65 D 90/28, 1991).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и эксплуатации, а также низкая экономичность из-за необходимости пополнения емкости криогенным охладителем. A disadvantage of the known device is the complexity of the design and operation, as well as low efficiency due to the need to replenish the capacity with a cryogenic cooler.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции является дыхательная система резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей, включающая сообщенный с резервуаром конденсатор, адсорбер с гранулами сорбирующего вещества, установленный на конденсаторе, теплообменник в виде плоской батареи термоэлементов, расположенный между кондесатором и адсорбером, и обращенный холодными спаями к конденсатору, конический газосборник, укрепленный в кондесаторе, патрубок с горячими к адсорберу обратными клапанами для сообщения конденсатора с адсорбером (авт. свид-во 1564061, МКИ В 65 В 90/30, 1990). Closest to the technical nature of the claimed design is the respiratory system of the reservoir for volatile liquids, including a condenser connected to the reservoir, an adsorber with sorbent granules mounted on the condenser, a heat exchanger in the form of a flat battery of thermocouples located between the condenser and the adsorber, and facing cold junctions to condenser, conical gas collector mounted in the condenser, pipe with check valves hot to the adsorber for condensate communication torus with an adsorber (ed. certificate 1564061, MKI B 65 V 90/30, 1990).

Недостаток системы заключается в том, что она не обеспечивает высокую степень конденсации паров из-за незначительной площади поверхности холодного слоя термоэлемента и охлаждаемого им конического газосборника, на которых происходит конденсация паров. The disadvantage of the system is that it does not provide a high degree of vapor condensation due to the insignificant surface area of the cold layer of the thermocouple and the conical gas collector cooled by it, on which vapor condensation occurs.

Заявляемая система позволяет повысить эффективность конденсации паров легкоиспаряющихся жидкостей и снизить их выбросы в атмосферу. The inventive system allows to increase the efficiency of condensation of vapor of volatile liquids and reduce their emissions into the atmosphere.

Предлагаемая дыхательная система резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей, включающая сообщенный с резервуаром конденсатор с укрепленным в нем газосборником, адсорбер с гранулами сорбирующего вещества, установленный на кондесаторе, теплообменник в виде плоской батареи термоэлементов, расположенный между кондесатором и адсорбером и обращенный холодными спаями к конденсатору, а горячими к адсорберу, патрубок для сообщения конденсатора с адсорбером и атмосферой, отличается тем, что газосборник выполнен из высокопористого проницаемого ячеистого материала. При этом высокопористый проницаемый ячеистый материала взят с пористостью 85-97% и диаметром пор 0,5-4,5 мм, а адсорбер со стороны горячего спая теплоэлемента снабжен пластиной из высокопористого проницаемого ячеистого материала. В газосборнике и пластине могут быть выполнены вертикальные отверстия, имеющие диаметр, превышающий диаметр пор высокопористого проницаемого ячеистого материала. The proposed breathing system of the reservoir for volatile liquids, including a condenser connected to the reservoir with a gas collector fixed therein, an adsorber with sorbent granules mounted on a condenser, a heat exchanger in the form of a flat thermocouple battery located between the condenser and the adsorber and facing the condenser with cold junctions, and hot to the adsorber, the pipe for the condenser to communicate with the adsorber and the atmosphere, characterized in that the gas collector is made of highly porous permeable wow cellular material. In this case, the highly porous permeable cellular material is taken with a porosity of 85-97% and a pore diameter of 0.5-4.5 mm, and the adsorber on the side of the hot junction of the heat element is equipped with a plate of highly porous permeable cellular material. Vertical openings having a diameter greater than the pore diameter of the highly porous permeable cellular material can be made in the gas collector and the plate.

На фиг. 1 представлена структура высокопористого проницаемого ячеистого материала (ВПЯМ). In FIG. 1 shows the structure of highly porous permeable cellular material (HPMP).

ВПЯМ, получаемый дублированием структуры открытоячеистого пенополиуретана, характеризуется независимостью размера пор, изменяющейся дискретно от 0,5 до 4,5 мм от пористости, которая регулируется в диапазоне 85-97%. Вследствие этого ВПЯМ обладает практически независящими друг от друга структурными и каркасными свойствами. К первой группе свойств относится и проницаемость, которая у ВПЯМ на два порядка выше, чем для традиционных пористых металлов. Это позволяет парам легкоиспаряющихся жидкостей практически беспрепятственно проникать в поровое пространство ВПЯМ, где происходит их контакт с сетчато-ячеистым каркасом. Каркасные свойства ВПЯМ, в том числе и теплопроводность, лишь на 5-20 % ниже, чем у литого аналога, так как микропористость самого каркаса незначительна (высокая пористость ВПЯМ обеспечивается исключительно за счет ячеистых пор). Это в свою очередь обеспечивает эффективное охлаждение сетчато-ячеистого каркаса, установленного на холодном спае термоэлемента, и паров легкоиспаряющейся жидкости, заполняющих поры и контактирующих с каркасом. Следствием этого является высокая производительность конденсатора по конденсации паров. HPLC obtained by duplication of the structure of open-cell polyurethane foam is characterized by the independence of pore size, which varies discretely from 0.5 to 4.5 mm from porosity, which is regulated in the range of 85-97%. As a result, HPLM possesses structural and skeleton properties that are practically independent of each other. The first group of properties also includes permeability, which is two orders of magnitude higher for HPMP than for traditional porous metals. This allows vapors of easily evaporating liquids to penetrate into the pore space of the HPMF almost unhindered, where they come into contact with the mesh-cellular frame. The frame properties of HPLC, including thermal conductivity, are only 5-20% lower than that of the cast analog, since the microporosity of the framework itself is insignificant (high porosity of the HPLC is provided solely due to cellular pores). This, in turn, provides effective cooling of the mesh-cellular frame installed on the cold junction of the thermocouple and the vapor of an easily volatile liquid filling the pores and in contact with the frame. The consequence of this is the high capacity of the condenser for vapor condensation.

Установка над адсорбером пластины ВПЯМ, на которой размещены гранулы сорбирующего вещества, интенсифицирует отвод тепла от горячего спая термоэлемента (необходимого для нормальной работы термоэлемента), так как теплопроводность металлического сетчато-ячеистого каркаса существенно выше, чем у засыпки из гранул сорбирующего вещества. Под действием тепла от каркаса гранулы нагреваются и происходит десорбция влаги, что способствует лучшей работе дыхательной системы в целом. The installation of a HPLM plate above the adsorber, on which the granules of the sorbent substance are placed, intensifies the heat removal from the hot junction of the thermocouple (necessary for the normal operation of the thermocouple), since the thermal conductivity of the metal mesh-cellular frame is significantly higher than that of the backfill from the granules of the sorbing substance. Under the action of heat from the frame, the granules heat up and desorption of moisture occurs, which contributes to the better functioning of the respiratory system as a whole.

Отверстия в выполненных из ВПЯМ газосборнике и пластине, находящейся в адсорбере, выполняют роль дополнительных каналов с низким гидравлическим сопротивлением. По каналам, если они образованы в газосборнике, движется пар легкоиспаряющейся жидкости и стекает образовавшийся при ее охлаждении конденсат. В отверстиях пластины ВПЯМ, расположенной в адсорбере, помещаются гранулы сорбента, при этом они лучше нагреваются от сетчато-ячеистого каркаса и интенсивнее десорбируют влагу, что благоприятно сказывается на работе дыхательной системы резервуара в целом. The holes in the gas collector made of HPLC and the plate located in the adsorber serve as additional channels with low hydraulic resistance. Through the channels, if they are formed in the gas collector, the vapor of the easily evaporating liquid moves and the condensate formed during its cooling flows off. Sorbent granules are placed in the openings of the HPLM plate located in the adsorber; moreover, they heat better from the mesh-cellular frame and desorb moisture more intensively, which favorably affects the respiratory system of the reservoir as a whole.

На фиг. 2 схематично изображена предлагаемая дыхательная система резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей. In FIG. 2 schematically shows the proposed respiratory system of the reservoir for volatile liquids.

Дыхательная система состоит из установленного на горловину 1 резервуара и сообщенного с ним конденсатора 2, облицованного снаружи слоем теплоизоляционного материала 3. На конденсаторе 2 с помощью фланцев 4 установлен адсорбер 5, наружная часть которого имеет высокоразвитую поверхность 6 для отвода тепла. В верхней части адсорбера 5 установлена пластина из крупноячеистого ВПЯМ 7, являющаяся фильтром грубой очистки. Съемный колпачок 8 предохраняет адсорбер 5 от попадания атмосферных осадков и крупных предметов. Внутри адсорбера 5 находятся гранулы 9 сорбирующего вещества (например, силикагеля) для поглощения паров воды. Над гранулами сорбента 9 укреплен фильтр 10, выполненный, например, из мелкоячеистого ВПЯМ. Фильтр 10 помимо улавливания мелкодисперсных частиц выполняет одновременно функцию пламяпреградителя, защищая хранимую в резервуаре жидкость от открытого огня. The respiratory system consists of a tank installed on the neck 1 and a condenser 2 connected with it, lined with a layer of heat-insulating material 3. The adsorber 5 is mounted on the condenser 2 using flanges 4, the outer part of which has a highly developed surface 6 for heat removal. In the upper part of the adsorber 5, a plate of coarse-grained HPLM 7 is installed, which is a coarse filter. A removable cap 8 protects the adsorber 5 from atmospheric precipitation and large objects. Inside the adsorber 5 there are granules 9 of a sorbent substance (for example, silica gel) to absorb water vapor. Above the sorbent granules 9, a filter 10 is mounted, made, for example, of fine-meshed VPYAM. The filter 10, in addition to trapping fine particles, simultaneously performs the function of a flame arrestor, protecting the liquid stored in the tank from open flame.

Между адсорбером 5 и конденсатором 2 расположен теплообменник 11, выполненный в виде плоской батареи термоэлементов. На горячих спаях термоэлементов установлена пластина 12 с оребрением 13 из ВПЯМ, на котором находятся гранулы сорбента. Горячие спаи соединены с источником постоянного тока 14. К холодным спаям термоэлементов присоединена пластина 15 с газосборником 16, выполненным из ВПЯМ, причем газосборник находится в конденсаторе 2. Для обеспечения контакта пластин 12 и 15 со спаями термоэлемента 11 и соответственно хорошего отвода тепла и холода от спаев в оребрение 13 и газосборник 16 монтаж указанных составляющих осуществлен на трубе 17 с помощью буртика 18 и колпака 19. Со стороны газосборника 16 труба 17 заглушена колпаком 19. В части трубы 17, расположенной в газосборнике 16, выполнены перфорации 20. Выходной участок трубы 17 для отвода воздуха из конденсатора 2 оснащен обратным клапаном 21, закрыт фильтром 22 из ВПЯМ для предотвращения попадания пылевых частиц и расположен над фильтром 10. Патрубок для сообщения адсорбера 5 с конденсатором 2 установлен в адсорбере ниже фильтра 10, снабжен обратным клапаном 23 и закрыт фильтром 24 из мелкоячеистого ВПЯМ от попадания в него сорбента 9. Between the adsorber 5 and the condenser 2 is a heat exchanger 11, made in the form of a flat battery of thermocouples. On the hot junctions of the thermocouples, a plate 12 with a finning 13 made of VPNM, on which the sorbent granules are located, is installed. The hot junctions are connected to a direct current source 14. To the cold junctions of the thermocouples, a plate 15 is connected with a gas collector 16 made of HPLC, and the gas collector is in the capacitor 2. To ensure the contact of the plates 12 and 15 with the junctions of the thermocouple 11 and, accordingly, good heat and cold removal from junctions in the fins 13 and the gas collector 16, the installation of these components was carried out on the pipe 17 with a shoulder 18 and a cap 19. From the side of the gas collector 16, the pipe 17 is plugged with a cap 19. In part of the pipe 17 located in the gas collector 16, no perforation 20. The output section of the pipe 17 for exhausting air from the condenser 2 is equipped with a check valve 21, is closed by a filter 22 from the HPMP to prevent dust particles and is located above the filter 10. A pipe for communicating the adsorber 5 with the condenser 2 is installed in the adsorber below the filter 10, equipped with a check valve 23 and is closed by a filter 24 from fine-meshed HPMF from sorbent 9 entering it.

Дыхательная система резервуара для хранения легкоиспаряющихся жидкостей работает следующим образом. The respiratory system of the reservoir for storing volatile liquids operates as follows.

При повышении давления паров легкоиспаряющейся жидкости, происходящем при заполнении резервуара жидкостью или повышении ее температуры, газовоздушная смесь через горловину 1 поступает в конденсатор 2. Здесь она легко проникает в поровое пространство газосборника 16 из ВПЯМ, соприкасаясь с холодной поверхностью сетчато-ячеистой матрицы и пластины 15, охлаждаемых за счет эффекта Пельтье от холодного спая термоэлемента 11. При этом газовоздушная смесь охлаждается на высокоразвитой поверхности газосборника 16 и пластины 15. Конденсат в виде капель или пленки жидкости под воздействием собственного веса стекает по сетчато-ячеистому каркасу и падает через горловину 1 или стекает по внутренней стенке конденсатора 2 в резервуар. Очищенный от паров воздух через отверстия 20 попадает в трубу 17 и через клапан 21 удаляется в атмосферу. When the vapor pressure of a volatile liquid occurs when the tank is filled with liquid or its temperature rises, the air-gas mixture enters the condenser 2 through the neck 1. Here, it easily penetrates into the pore space of the gas collector 16 from HPMP, in contact with the cold surface of the mesh-cell matrix and plate 15 cooled due to the Peltier effect from the cold junction of the thermocouple 11. In this case, the gas-air mixture is cooled on the highly developed surface of the gas collector 16 and plate 15. Condensate in the form of under the influence of its own weight, a liquid or film of liquid flows down the mesh-cellular frame and falls through the neck 1 or flows down the inner wall of the condenser 2 into the tank. Purified air from the vapors through the openings 20 enters the pipe 17 and through the valve 21 is removed into the atmosphere.

При понижении давления паров, например, в процессе слива жидкости из резервуара или понижении ее температуры из-за суточных теплосмен, воздух засасывается через фильтр грубой очистки 7 и фильтр тонкой очистки 10 в адсорбер 5. Гранулы 9 сорбируют влагу воздуха, который далее через фильтр 24 и клапан 23 при закрытом клапане 21 поступает в трубу 17, а из нее через отверстие 20 в газосборник 16 и далее в резервуар. При работе термоэлемента 11 выделяемая на горячем спае теплота через пластину 12 и оребрение из ВПЯМ 13 передается гранулам сорбента 9. В результате нагрева гранулы сорбирующего вещества 9 десорбируют влагу (работают обратимо), при этом парогазовая смесь выбрасывается в атмосферу через фильтры 10 и 7. Избыточная теплота через оребрение 6 на адсорбере 5 конвергирует в атмосферу. With a decrease in vapor pressure, for example, in the process of draining the liquid from the tank or lowering its temperature due to daily heat changes, the air is sucked in through the coarse filter 7 and the fine filter 10 into the adsorber 5. Granules 9 absorb air moisture, which then passes through the filter 24 and the valve 23, when the valve 21 is closed, enters the pipe 17, and from it through the opening 20 to the gas collector 16 and further to the tank. During operation of the thermocouple 11, the heat released by the hot junction through the plate 12 and the fins from the HPMP 13 is transferred to the sorbent granules 9. As a result of heating the granules of the sorbent 9, moisture is desorbed (they work reversibly), and the vapor-gas mixture is released into the atmosphere through filters 10 and 7. Excess the heat through the fins 6 on the adsorber 5 converts into the atmosphere.

Выполнение газосборника 16 из ВПЯМ, который обладает высокой удельной поверхностью, низким гидравлическим сопротивлением и хорошими теплопроводящими свойствами, позволяет значительно повысить производительность работы конденсатора и снизить тем самым выброс в атмосферу паров легкоиспаряющихся жидкостей, хранимых в резервуаре. Установка в адсорбере элемента из ВПЯМ обеспечивает эффективный отвод тепла от горячего спая термоэлемента и нагрев гранул сорбента, что приводит к постоянному удалению из них поглощенной влаги из воздуха. The implementation of the gas collector 16 of HPMP, which has a high specific surface, low hydraulic resistance and good heat-conducting properties, can significantly increase the performance of the condenser and thereby reduce the emission into the atmosphere of vapors of volatile liquids stored in the tank. The installation of an element from HPMP in the adsorber provides effective heat removal from the hot junction of the thermocouple and heating of the sorbent granules, which leads to the constant removal of absorbed moisture from them from the air.

Claims

1. The respiratory system of the reservoir for volatile liquids, including a condenser connected to the reservoir with a gas collector fixed in it, an adsorber with sorbent granules mounted on the condenser, a heat exchanger in the form of a flat thermoelement battery located between the condenser and the adsorber and facing the condenser with cold junctions, and hot - to the adsorber, a pipe for connecting the condenser with the adsorber and the atmosphere, characterized in that the gas collector is made of highly porous permeable cell istogo material, the system is provided with plates, one of which is located on the side of hot junctions of thermocouples, has fins made of a highly porous and permeable cellular material, and the other - by the cold junctions of the thermocouples is made of a highly porous and permeable cellular material is placed on the gas collector.

2. The respiratory system of the reservoir according to claim 1, characterized in that the highly porous permeable cellular material is taken with a porosity of 85-97% and a pore diameter of 0.5-4.5 mm.

3. The respiratory system of the reservoir according to claim 1, characterized in that vertical openings are made in the gas collector and the plate, having a diameter greater than the pore diameter of the highly porous permeable cellular material.