RU2234380C1 - Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent - Google Patents
Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234380C1 RU2234380C1 RU2003111917/12A RU2003111917A RU2234380C1 RU 2234380 C1 RU2234380 C1 RU 2234380C1 RU 2003111917/12 A RU2003111917/12 A RU 2003111917/12A RU 2003111917 A RU2003111917 A RU 2003111917A RU 2234380 C1 RU2234380 C1 RU 2234380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pipeline
- nozzle
- chemical
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Colloid Chemistry (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке химреагентами внутренней поверхности газопроводов путем образования и впрыска их аэрозоля в газовый поток в газопроводе. В качестве химреагентов могут быть применены: обезжиривающие и моющие растворы, краски, минеральные масла, ингибиторы коррозии. Устройство найдет применение при обработке воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования жилых и производственных зданий, трубопроводов технологических систем в нефтяной, газовой, металлургической и химической промышленности. Наиболее широко значимое и постоянное применение изобретение найдет в защите ингибиторами от коррозии внутренней поверхности магистральных газопроводов, транспортирующих коррозионно-активный газ.The invention relates to the processing of chemicals on the inner surface of gas pipelines by the formation and injection of aerosol into a gas stream in a gas pipeline. As chemical reagents can be applied: degreasing and washing solutions, paints, mineral oils, corrosion inhibitors. The device will find application in the processing of air ducts of ventilation and air conditioning systems of residential and industrial buildings, pipelines of technological systems in the oil, gas, metallurgical and chemical industries. The invention will find the most widely significant and permanent application in protection by inhibitors from corrosion of the inner surface of gas pipelines transporting corrosive gas.
Известно устройство для ввода диспергированного ингибитора коррозии в газопровод (SU, а.с. №1683819 А1; 30.08.89; В 05 В 17/00), содержащее систему подвода ингибитора от резервуара и соединенную с ней форсунку, размещенную в пристеночной области газопровода наклонно к его оси, которое снабжено по меньшей мере одной дополнительной форсункой, размещенной симметрично основной относительной оси газопровода, причем основная и дополнительная форсунки установлены сопловыми отверстиями навстречу движению потока.A device is known for introducing a dispersed corrosion inhibitor into a gas pipeline (SU, AS No. 1683819 A1; 08.30.89; B 05 B 17/00), comprising an inhibitor supply system from a reservoir and a nozzle connected to it located obliquely in the wall region of the gas pipeline to its axis, which is equipped with at least one additional nozzle placed symmetrically to the main relative axis of the gas pipeline, the main and additional nozzles installed with nozzle openings in the direction of flow.
Известное устройство имеет ряд недостатков:The known device has several disadvantages:
- конструкция устройства не обеспечивает сохранения дисперсности аэрозоля ингибитора на заданном уровне при регулировании устройства в сторону снижения расхода ингибитора;- the design of the device does not ensure the preservation of the dispersion of the aerosol of the inhibitor at a given level when regulating the device in the direction of reducing the consumption of the inhibitor;
- работа устройства возможна только в строго ограниченном диапазоне условий: расстояние между форсунками, плотность газового потока и расход ингибитора;- the operation of the device is possible only in a strictly limited range of conditions: the distance between the nozzles, the density of the gas stream and the flow rate of the inhibitor;
- невозможно использование на практике идеи повторного диспергирования аэрозоля ингибитора в результате соударения капель, движущихся навстречу друг другу, заложенной в основу конструкции устройства.- it is impossible to use in practice the idea of re-dispersing the aerosol of the inhibitor as a result of the collision of droplets moving towards each other, which is the basis for the design of the device.
Это объясняется следующим образом: при обработке внутренней поверхности газопровода аэрозолем ингибитора плотность его в газовом потоке должна быть оптимальной. При заниженной плотности аэрозоля, то есть при заниженном против оптимальной нормы расходе ингибитора время обработки газопровода увеличивается.This is explained as follows: when treating the inner surface of a gas pipeline with an aerosol of an inhibitor, its density in the gas stream must be optimal. When the density of the aerosol is underestimated, that is, when the flow rate of the inhibitor is underestimated against the optimal rate, the processing time of the gas pipeline increases.
При завышенной плотности аэрозоля, то есть при завышенном расходе наступает перенасыщение газового потока каплями ингибитора, вероятность соприкосновения и, как следствие, слияние друг с другом капель аэрозоля ингибитора значительно увеличивается. Соприкосновение капель вызвано хаотичностью их траекторий витания, обусловленной наличием вихревого перемешивания струек турбулентного газового потока. Крупные капли, образовавшиеся в результате слияния более мелких, выпадают под действием силы тяжести на дно газопровода. Таким образом, происходит безвозвратная и вредная для процесса обработки газопровода потеря ингибитора.With an overestimated aerosol density, that is, with an overestimated flow rate, the gas stream becomes supersaturated with drops of the inhibitor, the probability of contact and, as a consequence, the merging of the drops of the aerosol of the inhibitor with each other increases significantly. The contact of the droplets is caused by the randomness of their trajectories of movement, due to the presence of vortex mixing of the jets of turbulent gas flow. Large droplets formed as a result of the merger of smaller ones fall out by gravity to the bottom of the pipeline. Thus, there is an irrevocable and harmful for the process of processing the pipeline loss of inhibitor.
Для создания оптимальной плотности аэрозоля ингибитора в газовом потоке газопровода уменьшенного диаметра необходимо снизить расход ингибитора, что при неизменных геометрии форсунок и пневмогидравлической системы подвода ингибитора к форсункам возможно обеспечить только снижением скорости истечения газожидкостного потока из форсунок. Снижение скорости ведет, как показано в работе: Пажи Д.Г., Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984, к увеличению размера капель аэрозоля. Это видно из уравнения 7.3:In order to create an optimal inhibitor aerosol density in the gas stream of a reduced diameter gas pipeline, it is necessary to reduce the inhibitor consumption, which, with the nozzle geometry and the pneumohydraulic system for supplying the inhibitor to the nozzles unchanged, can only be achieved by reducing the rate of gas-liquid flow from the nozzles. A decrease in speed leads, as shown in the work: Pazhi D.G., Galustov V.S. Fundamentals of spraying liquids. - M .: Chemistry, 1984, to an increase in the size of aerosol droplets. This can be seen from equation 7.3:
где dm - медианный диаметр капель;where d m is the median diameter of the droplets;
dc - диаметр сопла форсунки;d c - nozzle nozzle diameter;
Wсм - усредненная скорость газожидкостной смеси.W cm - the average velocity of the gas-liquid mixture.
Снижение скорости можно осуществить только перекрытием редукционного устройства, что ведет к снижению подачи ингибитора и газа.Reducing the speed can only be done by blocking the reduction device, which leads to a decrease in the supply of inhibitor and gas.
Таким образом, регулирование устройства в сторону снижения расхода ингибитора приводит к увеличению размера капель аэрозоля ингибитора, то есть к отклонению дисперсности аэрозоля от заданного уровня.Thus, the regulation of the device in the direction of reducing the consumption of the inhibitor leads to an increase in the droplet size of the aerosol of the inhibitor, that is, to a deviation of the dispersion of the aerosol from a predetermined level.
Увеличение расстояния между форсунками при неизменности геометрии форсунок и расхода ингибитора, то есть увеличение диаметра газопровода, уменьшает относительную скорость соударения капель за счет увеличения пути их аэродинамического торможения, что приводит не к повторному их дроблению, а к слиянию в общие капли большего размера. Это видно из рассмотрения влияния коэффициента эффективности соударения Ф на результаты процесса встречного взаимодействия капель (см. вышеназванную работу “Основы техники распыливания жидкостей”, стр.22-26). Такое же развитие событий (снижение скорости) происходит при снижении расхода ингибитора или же при повышении плотности газового потока за счет увеличения аэродинамической силы торможения, приложенной к капле.An increase in the distance between the nozzles while the geometry of the nozzles and the flow rate of the inhibitor remains unchanged, i.e., an increase in the diameter of the gas pipeline, reduces the relative velocity of the droplets collision due to the increase in the path of their aerodynamic drag, which leads not to re-crushing them, but to merge into larger droplets. This can be seen from considering the impact of the collision efficiency coefficient Ф on the results of the process of counter-interaction of droplets (see the aforementioned work “Fundamentals of spraying liquids”, pp. 22-26). The same development of events (speed reduction) occurs when the inhibitor consumption decreases or when the gas flow density increases due to an increase in aerodynamic drag force applied to the drop.
Таким образом, любое изменение условий работы устройства: увеличение диаметра газопровода, увеличение плотности газового потока или же снижение расхода, приводит при неизменности геометрии форсунок к увеличению размера капель аэрозоля ингибитора и их выпадению из газового потока, то есть приводит к нарушению работы устройства.Thus, any change in the operating conditions of the device: an increase in the diameter of the gas pipeline, an increase in the density of the gas stream, or a decrease in the flow rate, if the geometry of the nozzles remains unchanged, leads to an increase in the size of the droplets of the aerosol of the inhibitor and their loss from the gas stream, i.e., it leads to disruption of the device.
Следует отметить также следующее: в подавляющем большинстве условий, возможных в распылительных аппаратах, вероятность столкновения капель при пересечении факелов распыла чрезвычайно мала - меньше 1/1000, что явно неприемлемо для практики. Это рассмотрено в вышеназванной работе (см. стр.26).It should also be noted the following: in the vast majority of conditions possible in spraying apparatuses, the probability of collision of droplets when crossing spray torches is extremely small - less than 1/1000, which is clearly unacceptable for practice. This is discussed in the above work (see page 26).
Решение технической задачи по устранению отмеченных недостатков можно достигнуть дополнительными, сверх гидравлического (посредством струйной форсунки) распыливания, воздействиями на химреагент в процессе его диспергирования.The solution to the technical problem of eliminating the noted drawbacks can be achieved by additional, in addition to hydraulic (by means of a jet nozzle) spraying, effects on a chemical agent in the process of its dispersion.
Одним из вариантов способов воздействия и устройств для его осуществления является предварительное газонасыщение жидкости непосредственно перед форсункой посредством установки перед форсункой аэратора по ходу движения жидкости и регулятора давления для газа, подаваемого в аэратор (SU, заявка №95103305/25, кл. В 05 В 17/00, 1995 г.).One of the methods of exposure and devices for its implementation is the preliminary gas saturation of the liquid directly in front of the nozzle by installing an aerator in front of the nozzle in the direction of the liquid and a pressure regulator for the gas supplied to the aerator (SU, application No. 95103305/25, class B 05 V 17 / 00, 1995).
Эти способ и устройство не подходят для решения технической задачи, поскольку требуется независимый источник газа с давлением, превышающим давление жидкости перед форсункой. Кроме того, устройство предусматривает диспергирование жидкости сначала предварительно в акустической форсунке, а затем окончательно в сверхзвуковой струе воздуха. Уменьшение расхода жидкости ведет к увеличению дисперсности аэрозоля и согласно способу к уменьшению степени предварительного газонасыщения и наоборот, с тем, чтобы поддерживать стабильность дисперсности. Такая программа регулирования с точностью наоборот противоположна программе регулирования в устройстве, в основе которого лежит способ гидравлического распыливания жидкости в струйной форсунке.This method and device are not suitable for solving the technical problem, since an independent gas source with a pressure exceeding the liquid pressure in front of the nozzle is required. In addition, the device provides for the dispersion of the liquid first first in an acoustic nozzle, and then finally in a supersonic air stream. A decrease in the flow rate of the liquid leads to an increase in the dispersion of the aerosol and, according to the method, to a decrease in the degree of preliminary gas saturation and vice versa, in order to maintain the stability of the dispersion. Such a control program is exactly the opposite of the control program in the device, which is based on the method of hydraulic atomization of a liquid in a jet nozzle.
Известно устройство для предварительной подачи газа в жидкость и перемешивания его с ней путем создания разрежения на входе в насос, соединенный с емкостью под залив, в котором повышается давление газожидкостной смеси до уровня, обеспечивающего растворение части газа в жидкости (US №4072612 А, кл. В 01 F 3/04, 07.02.78 г.).A device is known for pre-supplying gas to a liquid and mixing it with it by creating a vacuum at the inlet of a pump connected to a reservoir under the bay, in which the pressure of the gas-liquid mixture rises to a level that ensures the dissolution of part of the gas in the liquid (US No. 4072612 A, cl. B 01 F 3/04, 02/07/78).
Использование известного устройства для воздействия на химреагент путем предварительного его газонасыщения неприемлемо, поскольку на входе в насос высокого давления (обычно это дозирующий плунжерный насос) разрежение противопоказано, и должно быть предусмотрено давление поддавливания химреагента поддавливающим насосом.The use of a known device for acting on a chemical by prior to gas saturation is unacceptable, since rarefaction is contraindicated at the inlet to a high pressure pump (usually a metering plunger pump), and a pressure for pressurizing the chemical with a booster pump should be provided.
Подача газа на вход поддавливающего насоса нерациональна, потому что путь газожидкостной смеси от входа в поддавливающий насос через систему трубопровода, арматуры, фильтров, до входа в дозирующий насос слишком велик и мелкие пузырьки газа не успеют раствориться, но зато успеют слиться в большие объемные пузыри. Общая площадь контакта газа и химреагента уменьшается в сотни и тысячи раз по сравнению с общей площадью контакта мелких пузырьков газа с химреагентом на входе. Подача газа в химреагент возможна исключительно в виде множества мелких пузырьков. Количество растворенного газа, успевшего раствориться даже после дозирующего насоса, будет незначительным. К тому же наличие крупных объемных пузырей газа на входе в дозирующий насос, пусть даже с давлением поддавливания, сорвет его нормальную работу. Это произойдет потому, что количество газа, поддаваемого в химреагент, определено в расчете на давление, развиваемое дозирующим насосом. Давление, развиваемое поддавливающим насосом, равно 4-5 МПа, в то время как давление за насосом дозирующим 25 МПа. Подавать меньше газа в расчете на давление за поддавливающим насосом нерационально, поскольку не используется возможность дозирующего насоса растворить значительно большее количество газа. К тому же количество газа, рассчитанное на возможности дозирующего насоса, подаваемое на вход поддавливающего насоса, превышает его возможности, и это обстоятельство вызовет срыв потока химреагента на его входе, поскольку насос всасывает химреагент за счет разрежения, создаваемого его работой, на входе. Рациональным решением в итоге является подача газа через аэратор на входе в дозирующий насос с давлением, превышающим давление поддавливания.The gas supply to the inlet of the boost pump is irrational, because the path of the gas-liquid mixture from the entrance to the boost pump through the piping system, fittings, filters, to the entrance to the metering pump is too large and the small gas bubbles do not have time to dissolve, but instead have time to merge into large volume bubbles. The total contact area of the gas and the chemical decreases by hundreds and thousands of times compared with the total contact area of small gas bubbles with the chemical at the inlet. The gas supply to the chemical is possible only in the form of many small bubbles. The amount of dissolved gas that dissolves even after the metering pump will be negligible. In addition, the presence of large volumetric gas bubbles at the inlet to the metering pump, even with a squeezing pressure, will disrupt its normal operation. This will happen because the amount of gas supplied to the chemical is determined based on the pressure developed by the metering pump. The pressure developed by the pressurizing pump is 4-5 MPa, while the pressure behind the metering pump is 25 MPa. It is irrational to supply less gas per pressure behind the pressurization pump, since the ability of the metering pump to dissolve a much larger amount of gas is not used. In addition, the amount of gas calculated on the capacity of the metering pump supplied to the inlet of the booster pump exceeds its capabilities, and this will cause a disruption of the flow of the chemical at its inlet, since the pump absorbs the chemical due to the vacuum created by its work at the inlet. The rational solution in the end is the gas supply through the aerator at the inlet to the metering pump with a pressure exceeding the pressurization pressure.
Другим воздействием является нагрев химреагента непосредственно перед форсункой. Это воздействие довольно эффективно, поскольку снижает и весьма, вязкость и коэффициент поверхностного натяжения, что в значительной мере способствует повышению диспергирования (степени раздробления вещества, см. “Большой словарь иностранных слов в русском языке” Юнвес, Москва, 2001 г.) химреагента. Нагрев в сочетании с предварительным газонасыщением химреагента дает исключительный эффект, поскольку не только изменяет в благоприятную для процесса диспергирования сторону физические свойства химреагента, но и повышает потенциальную энергию газа в химреагенте, которая при истечении химреагента с газом из форсунки участвует в процессе раздробления капель химреагента. Чем выше энергия, тем более степень раздробления. Подобное сочетание воздействий в технике образования аэрозолей неизвестно.Another effect is the heating of the chemical immediately in front of the nozzle. This effect is quite effective because it also reduces the viscosity and surface tension coefficient, which significantly contributes to the dispersion (degree of fragmentation of the substance, see “Great Dictionary of Foreign Words in Russian” Unves, Moscow, 2001). Heating, combined with preliminary gas saturation of the chemical agent, gives an exceptional effect, since it not only changes the physical properties of the chemical agent that is favorable for the dispersion process, but also increases the potential energy of the gas in the chemical agent, which, when the chemical agent expires with gas from the nozzle, is involved in the process of fragmentation of the chemical droplets. The higher the energy, the greater the degree of fragmentation. A similar combination of effects in aerosolization techniques is unknown.
Количественная оценка влияния степени предварительного газонасыщения на дисперсность аэрозоля затруднена и поэтому такая оценка проведена косвенно по изменению эффективности химико-технологического процесса абсорбции диоксида углерода водой и теплообмена между нагретым воздухом и водой в контактном теплообменнике (Пажи Д.Г., Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1994, глава 9.5).A quantitative assessment of the effect of the degree of preliminary gas saturation on the dispersion of an aerosol is difficult and therefore this assessment was carried out indirectly by changing the efficiency of the chemical-technological process of carbon dioxide absorption by water and heat transfer between heated air and water in a contact heat exchanger (Pazhi D.G., Galustov V.S. liquid spraying techniques. - M.: Chemistry, 1994, chapter 9.5).
Изменение степени газонасыщения Сгн. с 0,4 до 1,6%, то есть в 4 раза, привело к росту эффективности тепло- и массопередачи (k1 и km) с 2 до 5, то есть в 2,5 раза. Эффективность тепло- и массопередачи, это очевидно, напрямую зависит от величины общей площади поверхностей капель аэрозоля. Поэтому, принимая, что величина общей площади поверхности капель увеличилась в N=2,5 раза за счет того, что крупные капли диаметром D разбились на n одинаковых мелких капель диаметром d, можно рассчитать, во сколько C=D/d раз уменьшился размер капель на основании следующих уравнений:Changing the degree of gas saturation With Mr. from 0.4 to 1.6%, that is, 4 times, led to an increase in the efficiency of heat and mass transfer (k 1 and k m ) from 2 to 5, that is, 2.5 times. The efficiency of heat and mass transfer, this is obviously dependent on the size of the total surface area of the aerosol droplets. Therefore, assuming that the total surface area of the droplets increased by N = 2.5 times due to the fact that large droplets of diameter D broke into n identical small droplets of diameter d, we can calculate how much C = D / d times the size of the droplets decreased based on the following equations:
откуда:where from:
можно сделать вывод, что диаметр капель в результате увеличения степени предварительного газонасыщения в 4 раза уменьшился в 2,5 раза при росте их количества в 15,6 раз. Условия распыления в струйных форсунках в рассмотренном случае трудно соотнести с условиями распыления в струйной форсунке высокого давления. Например, срабатываемый перепад давлений жидкости в форсунках аппаратов не превышает 0,05 МПа, в то время как в рассматриваемом примере 19 МПа. Поэтому можно вести речь только о качественной оценке: предварительное газонасыщение увеличивает поверхностную энергию капель, что приводит к их более эффективному диспергированию; и экспериментальной проверке качественной оценки, что возможно только после практического воплощения изобретения. Но эффективность влияния предварительного газонасыщения жидкости на дисперсность ее аэрозоля несомненна.we can conclude that the diameter of the droplets as a result of an increase in the degree of preliminary gas saturation by 4 times decreased by 2.5 times with an increase in their number by 15.6 times. The spray conditions in the jet nozzles in the case considered are difficult to relate to the spray conditions in the high pressure jet nozzle. For example, the triggered differential pressure of the liquid in the nozzles of the apparatus does not exceed 0.05 MPa, while in the considered example it is 19 MPa. Therefore, we can only talk about a qualitative assessment: preliminary gas saturation increases the surface energy of the droplets, which leads to their more efficient dispersion; and experimental verification of quality assessment, which is possible only after the practical implementation of the invention. But the effectiveness of the effect of preliminary gas saturation of a liquid on the dispersion of its aerosol is undeniable.
Влияние вязкости жидкости и следовательно коэффициента поверхностного натяжения достаточно эффективно. Это видно из работы Дитякин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. - М.: Машиностроение, 1977, глава 21. Например, при уменьшении вязкости жидкости в 2 раза (см. график рис.97) медианный диаметр капель жидкости при скорости истечения 228,5 м/сек уменьшился в 1,25 раза. Достигнуть изменения величины поверхностного натяжения физическим способом можно только нагревом. Например, нагрев этанола с 20 до 150° С под давлением снижает его поверхностное натяжение примерно в 2 раза.The effect of the viscosity of the liquid and therefore the coefficient of surface tension is quite effective. This is evident from the work of Dityakin Yu.F. and others. Spraying liquids. - M .: Mashinostroenie, 1977, chapter 21. For example, with a decrease in fluid viscosity by a factor of 2 (see graph Fig. 97), the median diameter of the liquid droplets at a discharge velocity of 228.5 m / s decreased by 1.25 times. Achieving changes in the magnitude of surface tension in a physical way is possible only by heating. For example, heating ethanol from 20 to 150 ° C under pressure reduces its surface tension by about 2 times.
На дисперсность аэрозоля влияют, кроме указанных воздействий, физические параметры газа, в котором происходит распыливание жидкости, плотность жидкости. Но речь идет о влиянии воздействия факторов: степень предварительного газонасыщения жидкости, ее вязкость и коэффициент поверхностного натяжения; которые можно изменять по заранее заданной программе с помощью устройства для образования аэрозоля.The aerosol dispersion is affected, in addition to the indicated effects, by the physical parameters of the gas in which the atomization of the liquid occurs, and the density of the liquid. But we are talking about the influence of factors: the degree of preliminary gas saturation of the liquid, its viscosity and surface tension coefficient; which can be changed according to a predetermined program using the device for the formation of aerosol.
Известно устройство аэрозольного ингибирования (Газовая промышленность, №12, 2000), содержащее емкость с ингибитором, форсунку, сообщенную с полостью газопровода, систему подачи ингибитора из емкости в форсунку, состоящую из трубопроводов, запорной, предохранительной арматуры, контрольных приборов, фильтров предварительной, грубой, тонкой и окончательной очистки, блок управления, насосы поддавливающий и дозирующий.A device for aerosol inhibition (Gas industry, No. 12, 2000), containing a container with an inhibitor, a nozzle in communication with a cavity of the pipeline, a system for supplying an inhibitor from a container to a nozzle, consisting of pipelines, stop valves, safety valves, control devices, preliminary, rough filters , fine and final cleaning, control unit, pressurizing and dosing pumps.
Известное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что конструкция устройства не обеспечивает регулирование дисперсности аэрозоля, впрыскиваемого в газовый поток газопровода, независимо от регулирования расхода ингибитора, осуществляемого с целью оптимизации плотности аэрозоля в газовом потоке для предотвращения перенасыщения, переобеднения газового потока каплями ингибитора.The known device has the disadvantage that the design of the device does not provide control of the dispersion of the aerosol injected into the gas stream of the pipeline, regardless of the regulation of the flow of the inhibitor, carried out in order to optimize the density of the aerosol in the gas stream to prevent oversaturation, depletion of the gas stream with droplets of the inhibitor.
Это объясняется следующим образом: геометрия форсунки неизменна и рассчитана на максимальный расход ингибитора при заданной дисперсности аэрозоля. При установке устройства на газопровод меньшего диаметра, чем тот, на который рассчитано устройство, необходимо уменьшить расход ингибитора, чтобы избежать перенасыщения газового потока каплями аэрозоля ингибитора, чреватого укрупнением размеров капель и их выпадением из газового потока. Снижение расхода можно обеспечить только снижением скорости истечения струи ингибитора из сопла форсунки, что приводит к увеличению размеров капель аэрозоля, как показано в уравнении 7.4 в вышеприведенной работе (“Основы техники распыливания жидкостей”). При необходимости уменьшить размеры капель аэрозоля приходится увеличивать расход ингибитора, что приводит к завышению плотности аэрозоля в газовом потоке и его перенасыщению ингибитором. Это устройство наиболее близко к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам.This is explained as follows: the nozzle geometry is unchanged and is designed for the maximum inhibitor consumption for a given aerosol dispersion. When installing the device on a gas pipeline of a smaller diameter than the one designed for the device, it is necessary to reduce the consumption of the inhibitor in order to avoid supersaturation of the gas stream with droplets of the aerosol of the inhibitor, fraught with the enlargement of the size of the droplets and their loss from the gas stream. A reduction in flow rate can only be achieved by reducing the rate of flow of the inhibitor jet from the nozzle of the nozzle, which leads to an increase in the size of aerosol droplets, as shown in equation 7.4 in the above work (“Fundamentals of spraying liquids”). If it is necessary to reduce the size of the aerosol droplets, it is necessary to increase the consumption of the inhibitor, which leads to an overestimation of the density of the aerosol in the gas stream and its saturation with the inhibitor. This device is closest to the invention in technical essence and the achieved results.
Технической задачей изобретения является создание устройства, конструкция которого обеспечивает регулирование дисперсности аэрозоля химреагента для обработки внутренней поверхности газопровода независимо от регулирования величины расхода химреагента с максимально возможной эффективностью.An object of the invention is to provide a device, the design of which provides control of the dispersion of the aerosol of the chemical agent for treating the internal surface of the gas pipeline, regardless of the regulation of the flow rate of the chemical agent with the highest possible efficiency.
Техническая задача решается тем, что в устройстве регулируемом для аэрозольной обработки химреагентами внутренней поверхности газопровода, содержащем емкость с химреагентом, форсунку, сообщенную с полостью газопровода, систему подачи химреагента из емкости в форсунку, состоящую из трубопроводов, запорной, предохранительной арматуры, контрольных приборов, фильтров предварительной, грубой, тонкой и окончательной очистки, блок управления, поддавливающий и дозирующий насосы, согласно изобретения на вертикальном участке трубопровода подачи химреагента непосредственно перед входом в дозирующий насос установлен аппарат предварительного газонасыщения в виде цилиндрической колонны, с расположенной внутри нее по оси замкнутой камерой в виде полого усеченного конуса удлиненной формы, обращенного сужением по ходу потока и сообщенного с газопроводом трубопроводом, снабженным регулятором расхода газа, поступающего из газопровода, в камеру, при этом нарастающая по ходу потока величина площади кольцевого сечения прохода между стенками камеры и колонны выбрана с возможностью обеспечения ламинарного режима течения смеси химреагента с газом в проходе, а перед входом в устройство предварительного газонасыщения на трубопроводе подачи химреагента установлен регулятор расхода химреагента, кроме того, на трубопроводе подачи смеси химреагента с газом непосредственно перед входом в форсунку установлен поверхностный электронагреватель с датчиком температуры, вмонтированным в стенку форсунки, проточная часть которой по ходу течения смеси спрофилирована по аналогии с соплом Лаваля: конфузор, горло и далее специально спрофилированная расширяющаяся часть; причем для управления работой электрообогревателя, как и регуляторов расхода газа и химреагента, также и дозирующего насоса, в блоке управления установлен блок автоматики со специально задаваемой программой регулирования параметров работы устройства.The technical problem is solved by the fact that in the device, adjustable for aerosol treatment with chemicals, the inner surface of the gas pipeline containing the container with the chemical agent, an injector in communication with the cavity of the pipeline, a system for supplying the chemical agent from the container to the nozzle, consisting of pipelines, valves, safety valves, control devices, filters preliminary, rough, fine and final cleaning, the control unit, pressurizing and metering pumps, according to the invention in a vertical section of the pipeline As soon as the chemical reagent, immediately before entering the metering pump, a gas pre-saturation apparatus is installed in the form of a cylindrical column with an enclosed chamber located inside it in the form of a hollow truncated cone of an elongated shape, inverted by narrowing along the flow and connected to the gas pipeline by a pipeline equipped with a gas flow regulator from the gas pipeline into the chamber, while the size of the annular section of the passage between the walls of the chamber and the column increasing along the flow is selected with the possibility to ensure the laminar flow of the chemical mixture with gas in the passage, and before entering the preliminary gas saturation device, the chemical flow regulator is installed on the chemical supply pipeline, in addition, a surface electric heater with a temperature sensor mounted in front of the nozzle is installed with a temperature sensor mounted into the nozzle wall, the flow part of which along the course of the mixture is profiled by analogy with the Laval nozzle: confuser, throat and further special no part of the profiled expanding; moreover, to control the operation of the electric heater, as well as gas and chemical flow controllers, as well as the metering pump, an automation unit with a specially defined program for controlling the operation parameters of the device is installed in the control unit.
Сущность изобретения поясняется на чертежах: фиг.1 - схема устройства; фиг.2 - выноска А с продольным разрезом аппарата.The invention is illustrated in the drawings: figure 1 - diagram of the device; figure 2 - callout A with a longitudinal section of the apparatus.
Устройство регулируемое для аэрозольной обработки химреагентами внутренней поверхности газопровода, в дальнейшем тексте “устройство”, содержит емкость 1 с химреагентом, оборудованную сапуном 2, блок управления 3, служащий также источником электрической энергии, с установленным в нем блоком автоматики 4, насосы поддавливающий 5 и дозирующий 6 плунжерный с регулированием хода и частоты вращения привода, форсунку 7, сообщенную с полостью газопровода 8, трубопровод 9, подводящий химреагент из емкости 1 к форсунке 7 через поддавливающий насос 5, запорную арматуру 10, фильтры грубой очистки 11, тонкой очистки 12, через регулятор расхода 13 и аппарат предварительного газонасыщения 14 к дозирующему насосу 6.An adjustable device for aerosol treatment with chemicals on the inner surface of the gas pipeline, hereinafter referred to as “the device”, contains a tank 1 with a chemical agent, equipped with a breather 2, a control unit 3, which also serves as a source of electric energy, with an automation unit 4 installed in it, pumps forcing 5 and metering 6 plunger with control of the stroke and speed of the drive, nozzle 7 in communication with the cavity of the gas pipe 8,
Трубопровод 15 через предохранительный клапан 16, арматуру 10 и фильтр окончательной очистки 17 подводит смесь химреагента с газом к форсунке 7. Трубопровод 18 через арматуру 10 и регулятор расхода газа 19 подводит газ к аппарату 14. Трубопровод 20 с арматурой 10 и фильтром предварительной очистки 21 служит для заправки емкости 1 химреагентом. Трубопровод 22 с арматурой 10 служит для слива загрязнений из фильтра 21. Трубопровод 23 с арматурой 10 служит для организации гидроперемешивания химреагента в емкости 1. Трубопровод 24 с гасителем гидроудара 25 служит для слива смеси химреагента с газом в емкость 1 из предохранительного клапана 16 при его срабатывании. Емкость 1 оборудована датчиком уровня 26 химреагента. Датчик 26 связан с блоком управления 3 контрольным проводом 27.The pipeline 15 through the safety valve 16, the valve 10 and the final filter 17 brings the mixture of chemical reagent and gas to the nozzle 7. The
Насос поддавливающий 5 связан блоком управления 3 силовым кабелем 28, дозирующий насос 6 - кабелем 29. На последнем перед форсункой 7 участке 30 трубопровода 15 установлен наружный поверхностный электронагреватель 31, связанный кабелем 32 с блоком управления 3. Для контроля работы электронагревателя 31 в тело форсунки 7 встроен датчик температуры 33, связанный контрольным проводом 34 с блоком управления 3. На трубопроводе 9 до фильтров 11, 12 и после них установлены местные датчики давления 35 и 36, служащие для контроля загрязнений фильтров 11, 12 и давления химреагента после насоса 5. Перед входом в аппарат 14 на трубопроводе 9 после регулятора расхода химреагента 13 установлен дистанционный датчик давления 37, такой же датчик 38 установлен перед входом в аппарат 14 на трубопроводе 18 после регулятора расхода газа 19. Датчики 37 и 38 служат для контроля работы регуляторов расхода 13 и 19 и связаны вместе с ними с блоком управления 3 шлейфом контрольных и управляющих проводов 39. На трубопроводе 15 после насоса 6 установлен дистанционный датчик давления 40, связанный контрольным проводом 41 с блоком управления 3, служащий для контроля давления смеси химреагента с газом перед форсункой 7. Аппарат 14 установлен на вертикальном участке трубопровода 9, подводящем химреагент от поддавливающего насоса 5 к дозирующему насосу 6, соосно трубопроводу 9 непосредственно на входе в насос 6. Аппарат 14 состоит из цилиндрической колонны 42, внутри которой по ее оси установлена замкнутая камера 43 из микропористого материала (например, приготовленного методами порошковой металлургии) в виде полого усеченного конуса удлиненной формы, обращенного сужением к выходу из колонны 42, камера 43 через трубопровод 18 и регулятор расхода газа 19 сообщена с полостью газопроводом 8. Площадь кольцевого сечения между стенками камеры 43 и колонны 42 нарастает по ходу движения потока продукта в проходе адекватно нарастанию объемного расхода смеси химреагента с газом с тем, чтобы обеспечить ламинарный режим течения смеси в проходе. Коническая форма камеры 43 выбрана для снижения до нуля возможности соприкосновения друг с другом соседних по месту истечения вдоль потока струек микропузырьков газа, вытекающих через микропоры (1-5 мкм) стенок камеры 43, с тем, чтобы избежать слияния микропузырьков газа в крупные пузыри. Для этого же аппарат 14 установлен вертикально непосредственно на входе в дозирующий насос 6.The pressurization pump 5 is connected by the control unit 3 by a power cable 28, the metering pump 6 by a cable 29. An external surface electric heater 31 is installed in the last section 30 of the pipe 15 in front of the nozzle 7 and connected by a cable 32 to the control unit 3. To control the operation of the electric heater 31 into the body of the nozzle 7 built-in temperature sensor 33, connected by a control wire 34 to the control unit 3. On the
Все эти меры продиктованы стремлением получить на входе в насос 6 гомогенную смесь химреагента с газом, с равномерно распределенными по всему объему потока смеси микропузырьками газа, смесь, наделенную физическими свойствами жидкости с повышенным коэффициентом сжимаемости. Это обеспечит с учетом поддавливания нормальную безотказную работу дозирующего насоса 6. Проточная часть форсунки 7 спрофилирована по аналогии с соплом Лаваля и состоит из конфузора 44, горла 45 и расширяющейся части 46, непосредственно выходящей в полость газопровода 8. Такая форма проточной части форсунки 7 вызвана необходимостью полностью сработать в форсунке 7 потенциальную энергию газожидкостной двухфазной смеси химреагента и газа, и получить максимально возможную скорость истечения капель химреагента из форсунки 7 и, значит, достигнуть максимальной дисперсности аэрозоля химреагента.All these measures are dictated by the desire to obtain a homogeneous mixture of a chemical reagent with gas at the pump inlet 6, with microbubbles of gas evenly distributed over the entire volume of the mixture flow, a mixture endowed with the physical properties of a liquid with an increased compressibility coefficient. This will ensure, taking into account the squeezing, the normal trouble-free operation of the metering pump 6. The flowing part of the nozzle 7 is profiled by analogy with the Laval nozzle and consists of a confuser 44, a neck 45 and an expanding part 46 directly extending into the cavity of the gas pipeline 8. This form of the flowing part of the nozzle 7 is necessary fully activate in the nozzle 7 the potential energy of the gas-liquid two-phase mixture of the chemical reagent and gas, and obtain the maximum possible rate of expiration of the droplets of the chemical reagent from the nozzle 7 and, therefore, reach s maximum dispersion aerosol chemical reagent.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Химреагент из емкости 1 поддавливающим насосом 5 по трубопроводу 9 через арматуру 10 и фильтры грубой 11, тонкой 12 очистки подается через регулятор расхода химреагента 13 на вход аппарата 14. Одновременно часть потока из трубопровода 9 по трубопроводу 23 через арматуру 10 подается обратно в емкость для организации гидроперемешивания химреагента в емкости 1 с целью предотвращения отстаивания химреагента и выпадения активных веществ в осадок.Chemical reagent from tank 1 by suction pump 5 through
В аппарате 14 химреагент, обтекая камеру 43, движется по проходу между стенками камеры 43 и колонны 42, насыщаясь газом. Из газопровода газ с давлением большим, чем давление химреагента, после насоса 5 по трубопроводу 18 с арматурой 10 через регулятор расхода газа 19 подается внутрь замкнутой камеры 43, откуда через микропоры (1-5 мкм) материала стенок камеры 43 внедряется в химреагент в виде вереницы микропузырьков, равномерно распределяемых в объеме потока. Часть газа, поступившая в химреагент, растворяется, поскольку величина общей площади контакта газа в микропузырьках с химреагентом исключительно велика. Этому способствует давление химреагента до 5,5 МПа, поскольку согласно закону Генри-Дальтона растворимость газов в жидкости пропорциональна давлению, достаточная величина промежутка времени прохождения потоком аппарата 14 по всей его длине, потому что нарастающая величина площади кольцевого сечения прохода между стенками камеры 43 и колонны 42 по ходу потока соответствует нарастающему объемному расходу потока по ходу его за счет внедрения газа в химреагент, а величина площади выбрана такой, чтобы обеспечить ламинарный режим течения потока в проходе. Нерастворившаяся часть газа в виде микропузрьков, равномерно распределенных по объему потока, не сливаясь друг с другом, чему способствует ламинарный режим течения потока, вертикальное направление потока в аппарате 14 и коническая форма камеры 43, сужением обращенная по ходу потока, поступает в составе гомогенной смеси химреагента с газом с физическими свойствами, присущими жидкости с большим коэффициентом сжимаемости, сразу, непосредственно во вход дозирующего насоса 6. В насосе 6 смесь сжимается до давления 25 МПа, часть газа дополнительно растворяется, другая в составе гомогенной смеси направляется по трубопроводу 15 с арматурой 10 через фильтр 17 окончательной очистки в форсунку 7.In the apparatus 14, the chemical agent flowing around the
Во время сжатия в насосе 6 химреагенту сообщается удельная энергияDuring compression in the pump 6, the chemical agent is given specific energy
где γ - удельный вес химреагента, например этанола 800 кгс/м3;where γ is the specific gravity of the chemical agent, for example ethanol, 800 kgf / m 3 ;
Δ Р=Рн-Рг; Рн=25 МПа - давление за насосом 6; Рг=6 МПа - давление газа в газопроводе, откуда:Δ P = P n -P g ; P n = 25 MPa - pressure behind the pump 6; P g = 6 MPa - gas pressure in the gas pipeline, where:
Расчет произведен по учебнику: Скворцов А.С., Поляков В.В. Насосы и вентиляторы. - М.: Стройиздат, 1990.The calculation was made according to the textbook: Skvortsov A.S., Polyakov V.V. Pumps and fans. - M .: Stroyizdat, 1990.
Газу по время сжатия сообщается удельная энергияSpecific energy is reported to the gas during compression
где 
k=l,25 - показатель адиабаты;k = l, 25 is the adiabatic exponent;
Т=297К - температура газа после смешения с химреагентом, откудаT = 297K - gas temperature after mixing with a chemical agent, whence
Расчет произведен по учебнику: Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. - М.: Наука, 1991.The calculation was made according to the textbook: Abramovich G.N. Applied gas dynamics. - M.: Science, 1991.
Из расчетов видно, что удельная энергия, запасенная в микропузырьках газа, в 10 и более раз больше удельной энергии напора химреагента. Этим объясняется исключительная эффективность предварительного газонасыщения, примененного в устройстве, на дисперсность аэрозоля. В последнем 30 участке перед форсункой 7 трубопровода 15 происходит нагрев смеси химреагента с газом с помощью наружного поверхностного электронагревателя 31 до температуры, величина которой ниже температуры кипения или разложения химреагента. При этом (Рид. Р. и др. Свойства газов и жидкостей - Л.: Химия, 1982) снижается растворимость газов, и растворенный газ начинает выделяться из раствора в химреагенте, снижается величина поверхностного натяжения и вязкость химреагента, повышается удельная энергия газа как выделившегося из раствора, так и сохранившегося в микропузырьках, во столько раз, во сколько раз повысилась термодинамическая температура смеси. Смесь разгоняется в проточной части форсунки 7. Скорость ее при малой степени предварительного газонасыщения определяется по известной формуле из гидродинамики 
При значительной степени предварительного газонасыщения химреагента течение смеси в проточной части форсунки 7 следует рассматривать как двухфазное (Циклаури Г.В. Адиабатные двухфазные течения - М.: Атомиздат, 1973 и Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах - М.: Машиностроение, 1974). Течение смеси в проточной части, спрофилированной по аналогии с соплом Лаваля, достигает скорости звука в месте, сдвинутом по течению, за горлом 45, в расширяющейся 46 проточной части форсунки 7 вследствие отставания капель химреагента при их разгоне расширяющейся не растворившейся газовой составляющей смеси. Скорость звука, например метана, в этих условиях может достигать величины 430-500 м/сек. Таким образом, величина скорости истечения капель химреагента из форсунки может колебаться в диапазоне, ограниченном этими величинами в зависимости от степени предварительного газонасыщения. Дисперсность аэрозоля также колеблется в пределах от 60 до 10 мкм. Профиль проточной части будет отличаться от профиля сопла Лаваля для газа согласно особым условиям двухфазных течений. Выделяющийся из раствора в химреагенте газ из-за снижения его растворимости в химреагенте при повышении температуры смеси в силу скоротечности прохождения смеси по последнему 30 участку трубопровода 15 не успевает выделиться весь до горла 45 проточной части форсунки 7 и продолжает выделяться в расширяющейся части 46, но там это происходит практически одномоментно из-за резкого снижения растворимости по причине падения давления смеси от 25 до 6 МПа. Кроме того, при падении давления происходит вскипание химреагента, нагретого до температуры кипения при давлении газа в газопроводе, газ, удельная энергия которого, полученная при сжатии в насосе 6 и повышенная при нагреве, достигает больших величин, разрывает капли химреагента, образовавшиеся в струе из проточной части форсунки 7 на более мелкие, тем более, что этому процессу способствует значительное снижение вязкости и поверхностного натяжения от повышения температуры смеси и вскипание части расхода химреагента. Режим распыливания химреагента в форсунке 7 в зависимости от степени предварительного газонасыщения меняется от гидравлического при струйном истечении до пневмогидравлического в спутной струе газа с переходными режимами в промежутке. Аэрозоль химреагента из форсунки 7, смешавшись с потоком газа в газопроводе 8, разносится потоком газа в газопроводе 8 по всей длине его, оседает на стенках, потоком размазывается в пленку, чем достигается цель обработки внутренней поверхности газопровода. В зависимости от диаметра газопровода количество химреагента, впрыскиваемого в поток газа, меняется, чтобы плотность содержания капель хитмреагента в потоке была оптимальной для предотвращения, или перенасыщения, чреватого преждевременным выпадением капель, или обеднения, чреватого затягиванием времени процесса обработки. При этом необходимо поддерживать дисперсность аэрозоля на необходимом уровне, которая зависит от плотности химреагента и газа в газопроводе, впрямую определяющих скорость витания, а значит, и размер капель также от скорости движения потока газа в газопроводе, режима течения потока газа: турбулентного, ламинарного или промежуточного, впрямую определяющих интенсивность вихрей в потоке, удерживающих капли во взвешенном состоянии в потоке газа необходимое время, достаточное для транспортировки на всю длину участка газопровода, подвергаемого обработке.With a significant degree of preliminary gas saturation of the chemical reagent, the flow of the mixture in the flowing part of the nozzle 7 should be considered as two-phase (Tsiklauri G.V. Adiabatic two-phase flows - M .: Atomizdat, 1973 and Sternin L.E. Fundamentals of gas dynamics of two-phase flows in nozzles - M .: Mechanical engineering , 1974). The flow of the mixture in the flow part, profiled by analogy with the Laval nozzle, reaches the speed of sound in the place shifted downstream, behind the throat 45, in the expanding 46 flow part of the nozzle 7 due to the lag of chemical droplets during their dispersal of the expanding insoluble gas component of the mixture. The speed of sound, for example methane, in these conditions can reach 430-500 m / s. Thus, the rate of expiration of droplets of a chemical reagent from a nozzle can fluctuate in the range limited by these values depending on the degree of preliminary gas saturation. The dispersion of the aerosol also ranges from 60 to 10 microns. The profile of the flow part will differ from the profile of the Laval nozzle for gas according to the special conditions of two-phase flows. The gas released from the solution in the chemical reagent due to the decrease in its solubility in the chemical reagent with increasing temperature of the mixture due to the speed of the mixture passing through the last 30 sections of the pipeline 15 does not have time to stand out to the throat 45 of the flowing part of the nozzle 7 and continues to be released in the expanding part 46, but there this occurs almost simultaneously due to a sharp decrease in solubility due to a drop in pressure of the mixture from 25 to 6 MPa. In addition, when the pressure drops, the chemical boils up, heated to the boiling point at the gas pressure in the gas pipeline, the gas whose specific energy obtained during compression in the pump 6 and increased during heating reaches large values, breaks the chemical droplets formed in the stream from the flowing parts of the nozzle 7 are smaller, especially since this process is facilitated by a significant decrease in viscosity and surface tension from increasing the temperature of the mixture and boiling of part of the chemical flow rate. The mode of spraying the chemical in the nozzle 7, depending on the degree of preliminary gas saturation, varies from hydraulic during jet flow to pneumohydraulic in a gas stream with transitional regimes in the gap. An aerosol of a chemical reagent from nozzle 7, mixed with a gas stream in a gas pipeline 8, is carried by a gas stream in a gas pipeline 8 along its entire length, settles on the walls, and spreads into a film by a stream, thereby achieving the goal of processing the internal surface of the gas pipeline. Depending on the diameter of the gas pipeline, the amount of chemical injected into the gas stream changes so that the density of the drops of the hit reagent in the stream is optimal to prevent, or over-saturation, fraught with premature dropping of drops, or depletion, fraught with delaying the processing time. In this case, it is necessary to maintain the dispersion of the aerosol at the required level, which depends on the density of the chemical agent and gas in the gas pipeline, which directly determine the flow rate, and hence the size of the droplets, also on the gas flow velocity in the gas pipeline, the gas flow regime: turbulent, laminar or intermediate directly determining the intensity of the vortices in the stream, holding the droplets in suspension in the gas stream, the necessary time sufficient for transportation over the entire length of the pipeline section is wow processing.
Изменение степени предварительной газонасыщенности химреагента устройство осуществляет с помощью регуляторов расхода химреагента 13 и газа 19, работой которых управляет блок управления 3 по программе блока автоматики 4. Контроль и согласование работы регуляторов 13, 19 осуществляется дистанционными датчиками 37 и 38, которые связаны вместе с регуляторами 13, 19 шлейфом контрольных и управляющих проводов 39 с блоком управления. Дистанционный датчик 40 давления служит для контроля работы устройства в целом и связан контрольным проводом 41 с блоком управления. По величине разницы в показаниях местных датчиков давления 35 и 36 можно заключить о степени загрязнения фильтров грубой 11 и тонкой 12 очистки и переключить их с помощью запорной арматуры на резервные для очистки первых. Электрическое питание и управления работой насосов поддавливающего 5 и дозирующего 6, электронагревателя 31 осуществляется с блока управления 3 с помощью кабелей 28, 29, 32 соответственно. Контроль за температурой нагрева смеси химреагента с газом перед форсункой 7 осуществляется термодатчиком 33. Заполнение емкости 1 химреагентом осуществляется через трубопровод 20 с арматурой 10 и фильтр предварительной очистки 21. Контроль наполнения емкости 1 осуществляется датчиком уровня 26, связанным контрольным проводом 27 с блоком управления 3. Контроль за превышением давления смеси химреагента с газом осуществляется предохранительным клапаном 16, сброс смеси из которого при срабатывании его осуществляется трубопроводом 24 через гаситель гидроудара 25. Газ, выделяющийся при этом, уходит в атмосферу через сапун 2. Клапан 16 настраивается на максимальное давление смеси, которое может возникнуть при отклонении в работе устройства для предотвращения разрушения устройства.The device carries out a change in the degree of preliminary gas saturation of the chemical agent using chemical flow controllers 13 and gas 19, the operation of which is controlled by the control unit 3 according to the program of the automation unit 4. Monitoring and coordination of the operation of the regulators 13, 19 is carried out by remote sensors 37 and 38, which are connected together with the regulators 13 , 19 by a loop of control and control wires 39 with a control unit. Remote pressure sensor 40 is used to monitor the operation of the device as a whole and is connected by a control wire 41 to the control unit. By the magnitude of the difference in the readings of local pressure sensors 35 and 36, we can conclude the degree of contamination of the coarse 11 and fine 12 filters and switch them with the help of shut-off valves to the backup ones for cleaning the first. Electrical power and control the operation of the pumps pressurizing 5 and metering 6, the electric heater 31 is carried out from the control unit 3 using cables 28, 29, 32, respectively. The temperature of the heating of the mixture of the chemical reagent with the gas in front of the nozzle 7 is controlled by the temperature sensor 33. The tank 1 is filled with the chemical reagent through a pipe 20 with fittings 10 and a pre-filter 21. The filling of the tank 1 is carried out by a level sensor 26 connected by a control wire 27 to the control unit 3. The overpressure of the mixture of the chemical reagent and gas is controlled by a safety valve 16, the mixture is discharged from it when it is triggered by the pipeline 24 through the spruce spruce 25. The gas released in this case escapes into the atmosphere through the breather 2. Valve 16 is adjusted to the maximum pressure of the mixture, which may occur when the device deviates to prevent damage to the device.
Дозирующий насос 6 настраивается на объемный расход смеси химреагента с газом следующим образом: ход плунжера вручную настраивается на максимально необходимую величину, частота вращения привода плавно по программе блока автоматики 4 дистанционно в соответствии с изменением параметров работы устройства.The metering pump 6 is adjusted to the volumetric flow rate of the chemical mixture with gas as follows: the plunger stroke is manually adjusted to the maximum required value, the drive speed is smoothly controlled remotely according to the program of the automation unit 4 in accordance with the change in the operation parameters of the device.
Работа блока автоматики 4 основана на анализе параметров потока газа в газопроводе 8: расход газа, плотность и температура газа, скорость и режим течения потока газа, и в соответствии с заданием на обработку газопровода 8 по одной из введенных в него программ блок 4 производит расчет и выдает команды блоку управления 3 на работу устройства. Он же контролирует результаты выполнения команд. Материальной и информационной основой блока 4 является ЭВМ с соответствующим объемом памяти. Программы регулирования работы могут быть основаны на нескольких алгоритмах функционирования. Например, один из них: в соответствии с анализом параметров газопровода и командой на обработку его, выдается в результате расчета и в соответствии с информацией, заложенной в память ЭВМ, команда на диспергирование определенного расхода химреагента с дисперсностью аэрозоля в определенном интервале значений со стабилизацией одного из параметров, например давления смеси химреагента с газом после дозирующего насоса 6 (Pсм=const). Выдается команда на настройку регулятора 13 на заданный расход химреагента и регулятора 19 на заданный расход газа и поддержание этих параметров на заданном уровне. Частота вращения насоса 6 устанавливается такой величины, чтобы обеспечить объемную производительность насосу 6, равную сумме объемных расходов химреагента и газа. В памяти ЭВМ заложена информация о зависимости дисперсности аэрозоля от сочетания известных параметров газопроводами 8 и работы устройства. В соответствии с этой информацией при достижении P=const, но не выполнении до конца требования о заданной дисперсности аэрозоля включается в работу электронагреватель 31, и смесь нагревается до необходимой температуры, чем обеспечивается необходимая дисперсность аэрозоля. Давление до 25 МПа смеси за насосом 6 допускает нагрев ее до значительных температур 100-250° С, поскольку температура кипения большинства растворителей при таком давлении выше этих величин и температура нагрева смеси должна ограничиваться только температурой разложения активных веществ химреагента.The operation of automation unit 4 is based on the analysis of gas flow parameters in gas pipeline 8: gas flow rate, gas density and temperature, gas flow rate and flow regime, and in accordance with the task for processing gas pipeline 8 according to one of the programs entered into it, block 4 calculates and issues commands to the control unit 3 for the operation of the device. He also controls the results of command execution. The material and information basis of block 4 is a computer with an appropriate amount of memory. Work control programs can be based on several functioning algorithms. For example, one of them: in accordance with the analysis of the parameters of the gas pipeline and the command to process it, issued as a result of the calculation and in accordance with the information stored in the computer memory, a command to disperse a specific chemical flow rate with aerosol dispersion in a certain range of values with stabilization of one of parameters, for example, the pressure of the chemical mixture with the gas after the metering pump 6 (P cm = const). A command is issued to configure the regulator 13 for a given chemical flow rate and the regulator 19 for a given gas flow rate and maintaining these parameters at a given level. The rotational speed of the pump 6 is set so as to provide a volumetric capacity of the pump 6 equal to the sum of the volumetric flow rates of the chemical and gas. The computer memory contains information on the dependence of aerosol dispersion on a combination of known parameters by gas pipelines 8 and the operation of the device. In accordance with this information, upon reaching P = const, but not fully fulfilling the requirement for a given dispersion of the aerosol, the electric heater 31 is turned on and the mixture is heated to the required temperature, which ensures the required dispersion of the aerosol. Pressure up to 25 MPa of the mixture behind pump 6 allows it to be heated to significant temperatures of 100-250 ° C, since the boiling point of most solvents at this pressure is higher than these values and the heating temperature of the mixture should be limited only by the decomposition temperature of the active substances of the chemical reagent.
Другим вариантом алгоритма функционирования может быть ограничение суммарной мощности дозирующего насоса 6 и электронагревателя 31 (NΣ =const). При заданном расходе химреагента мощность, затрачиваемая на повышение его напора, является базовой (постоянной NΣ =const), суммарная мощность, затрачиваемая на предварительное газонасыщение и нагрев смеси химреагента и газа по программе, ограничивается 
Удельная энергия, затрачиваемая на нагрев на 100° С химреагента на основе воды без учета нагрева газа, составляет: Nnc=100× A=100× 427=42700 кгс· м/кг, где А=427 кгс· м/ккал - механический эквивалент тепла, удельная энергия на нагрев в Nnc/L=42700/25900=1,65 раза больше удельной энергии на предварительное газонасыщение, что позволяет, учитывая высокую эффективность влияния предварительного газонасыщения и менее эффективное влияние нагрева химреагента на дисперсность аэрозоля, сделать вывод о том, что такая программа регулирования ограничивает возможности устройства, поскольку в основном активное влияние на диспергирование химреагента в этом случае будет основываться на варьировании степени предварительного газонасыщения.The specific energy spent on heating a chemical reagent based on water without taking into account gas heating is: N nc = 100 × A = 100 × 427 = 42700 kgf · m / kg, where A = 427 kgf · m / kcal - mechanical heat equivalent, the specific energy for heating is N nc / L = 42700/25900 = 1.65 times the specific energy for preliminary gas saturation, which allows, considering the high efficiency of the effect of preliminary gas saturation and the less effective effect of heating the chemical on the dispersion of the aerosol, to conclude that such a regulatory program limits the ability to properties, since the main active influence on the dispersion of a chemical in this case will be based on varying the degree of preliminary gas saturation.
В качестве примера возможного выполнения устройства, иллюстрирующего изобретение, приведен расчет основных параметров устройства для аэрозольной обработки магистрального газопровода, транспортирующего природный газа, содержащий метан в количестве 98,4% от общего состава, ингибитором коррозии: (КЦА) циклогексиламмонием углекислым ТУ-38-2-27-68, растворенным в этаноле с концентрацией 27,8 г/100 г. Давление газа в газопроводе - Рг=5,5 МПа. Давление смеси раствора с газом после дозирующего насоса 6 - Рн=25 МПа. Весовой расход раствора для газопровода диаметром 720-1020 мм из опыта эксплуатации Q=0,022 кгс/сек. Давление раствора перед аппаратом 14 Рn=5 МПа.As an example of a possible implementation of the device illustrating the invention, the calculation of the main parameters of the device for aerosol treatment of a gas pipeline transporting natural gas containing methane in the amount of 98.4% of the total composition with a corrosion inhibitor: (CCA) cyclohexylammonium carbon dioxide TU-38-2 -27-68, dissolved in ethanol with a concentration of 27.8 g / 100 g. The gas pressure in the gas pipeline - R g = 5.5 MPa. The pressure of the mixture of solution with gas after the metering pump 6 - P n = 25 MPa. The weighted flow rate of a solution for a gas pipeline with a diameter of 720-1020 mm from operating experience Q = 0.022 kgf / s. The solution pressure in front of the apparatus is 14 P n = 5 MPa.
Рассчитаем два режима:We will calculate two modes:
1 - минимальная дисперсность;1 - minimum dispersion;
2 - максимальная дисперсность.2 - maximum dispersion.
1 режим: предварительное газонасыщение и нагрев раствора не применяются. Удельная энергия повышения напора раствора насосом 6:1 mode: preliminary gas saturation and solution heating are not applied. The specific energy of increasing the pressure of the solution by the pump 6:
где γ р=800 кгс/м3 - удельный вес этанола.where γ p = 800 kgf / m 3 is the specific gravity of ethanol.
Мощность насоса 6 затрачивается на повышении напора:The power of the pump 6 is spent on increasing the pressure:
где h=0,8 - КПД.where h = 0.8 is the efficiency.
Скорость истечения струи раствора из форсункиThe flow rate of the solution stream from the nozzle
где φ = 0,8 - коэффициент скорости.where φ = 0.8 is the velocity coefficient.
Диаметр горла проточной части форсунки:The diameter of the throat of the flow part of the nozzle:
где μ =0,7 - коэффициент расхода, 0,785=π /4.where μ = 0.7 is the flow coefficient, 0.785 = π / 4.
Дисперсность аэрозоля по уравнению 7.4 работы Пажи Д.Г. Основы техники распыливания жидкостей - М.: Химия, 1984 будет в этом случае следующей величины:The dispersion of the aerosol according to equation 7.4 of the work of Pavel D.G. Fundamentals of liquid spraying technology - M .: Chemistry, 1984 will be in this case the following value:
2 режим:2 mode:
а) Степень предварительного насыщения: объемный расход газа после насоса равен объемному расходу раствора, а суммарный объемный расход смеси равен объемному расходу раствора по 1 режиму.a) The degree of pre-saturation: the volumetric flow rate of gas after the pump is equal to the volumetric flow rate of the solution, and the total volumetric flow rate of the mixture is equal to the volumetric flow rate of the solution in 1 mode.
б) Нагрев смеси электронагревателем с 20°С (293К) до 150°С (423К) или в 423/293=1,44 раза в термодинамической температуре.b) Heating the mixture with an electric heater from 20 ° C (293K) to 150 ° C (423K) or 423/293 = 1.44 times in thermodynamic temperature.
в) Допущение: скорость газа и капель раствора на выходе форсунки равны и достигают скорости звука в метане V3в=450 м/сек, поскольку объемные расходы газа и раствора равны, по условиям двухфазного течения в сверхзвуковых соплах.c) Assumption: the velocity of the gas and droplets of the solution at the nozzle exit are equal and reach the speed of sound in methane V 3v = 450 m / s, since the volumetric flow rates of the gas and solution are equal, according to the conditions of two-phase flow in supersonic nozzles.
Удельный вес метана при давлении 25 МПа по уравнению состояния - γм≅200кгс/м3.The specific gravity of methane at a pressure of 25 MPa according to the equation of state is γ m ≅ 200 kgf / m 3 .
Объемный расход раствораVolumetric flow rate
Весовой расход метанаMethane flow rate
Дисперсность по уравнению 7.3:Dispersion according to equation 7.3:
С учетом снижения поверхностного натяжения за счет нагрева этанола до 150° С медианный диаметр капли dм=10 мкм.Given the decrease in surface tension due to the heating of ethanol to 150 ° C, the median droplet diameter d m = 10 μm.
Мощность насоса, затрачиваемая на повышение напора:Pump power required to increase the pressure:
Мощность насоса, затрачиваемая на сжатие газа:The power of the pump spent on gas compression:
Мощность, затрачиваемая на нагрев раствора этанола:The power spent on heating the ethanol solution:
Суммарная мощность, потраченная на диспергирование раствора:The total power spent on dispersing the solution:
В результате расчета режимов 1 и 2 получаем, что при увеличении мощности, затрачиваемой на диспергирование раствора, в 4,5/0,67=6,7 раз медианный диаметр капель уменьшается в 2 раза. Фактически по режиму 2 медианный диаметр капель уменьшается более чем в 2 раза, поскольку количественно труднее оценить влияние на дисперсность аэрозоля предварительного газонасыщения, роста удельной энергии сжатого метана в 1,44 раза за счет нагрева; вскипания раствора при истечении из сопла.As a result of the calculation of modes 1 and 2, we find that with an increase in the power spent on dispersing the solution by 4.5 / 0.67 = 6.7 times, the median diameter of the drops decreases by 2 times. In fact, in mode 2, the median droplet diameter decreases by more than 2 times, since it is more difficult to quantify the effect of preliminary gas saturation on the aerosol dispersion and the growth of the specific energy of compressed methane by 1.44 times due to heating; boiling the solution when it flows out of the nozzle.
Истинный размер может быть определен опытным путем при эксплуатации устройства. Учитывая высокую эффективность влияния предварительного газонасыщения и низкую энергетическую эффективность влияния нагрева жидкости на дисперсность аэрозоля, следует ориентироваться на применение нагрева только в случаях исключительных обстоятельств, когда необходимость повышения дисперсности аэрозоля диктует применение нагрева, несмотря на относительно высокие энергетические затраты, в расчете на повышение дисперсности за счет повышения энергетики газовой составляющей смеси и эффекта вскипания жидкости в факеле распыла, а не за счет снижения поверхностного натяжения.The true size can be determined empirically during the operation of the device. Considering the high efficiency of the effect of preliminary gas saturation and the low energy efficiency of the influence of liquid heating on the dispersion of an aerosol, one should focus on the use of heating only in exceptional circumstances, when the need to increase the dispersion of an aerosol dictates the use of heating, despite the relatively high energy costs, calculated to increase the dispersion over due to the increase in the energy of the gas component of the mixture and the effect of boiling liquid in the spray torch, and not by reducing surface tension.
Использование изобретения в практике позволит получить устройство регулируемое для аэрозольной обработки внутренней поверхности газопровода, конструкция которого позволяет при неизменной геометрии форсунки менять расход химреагента в широких пределах при поддержании дисперсности аэрозоля на заданном уровне, а также менять в широких пределах дисперсность аэрозоля при неизменном расходе химреагента, что дает возможность создавать оптимальную плотность аэрозоля химреагента в газовом потоке газопровода с учетом всех параметров газопровода: расход, плотность, температура газа, скорость и режим течения потока газа; что в свою очередь обеспечивает обработку газопровода с высокими качеством и эффективностью, экономией времени и химреагентов.Using the invention in practice will make it possible to obtain a device that is adjustable for aerosol treatment of the internal surface of a gas pipeline, the design of which allows for a constant nozzle geometry to change the chemical flow over a wide range while maintaining the dispersion of the aerosol at a given level, as well as to change the aerosol dispersion over a wide range with a constant chemical flow, which makes it possible to create the optimal density of a chemical aerosol in the gas stream of a gas pipeline, taking into account all parameters of the gas Wire: flow rate, density, gas temperature, gas flow rate and flow conditions; which in turn provides gas pipeline processing with high quality and efficiency, saving time and chemicals.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111917/12A RU2234380C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111917/12A RU2234380C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2234380C1 true RU2234380C1 (en) | 2004-08-20 |
| RU2003111917A RU2003111917A (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=33414354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111917/12A RU2234380C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2234380C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2581137A1 (en) | 2011-10-11 | 2013-04-17 | Oleg Abdrazyakov | Method for dispersing liquid with an aerosol formation in a disperse air stream and a mobile aerosol generator for generating aerosols with a controllable dispersal |
-
2003
- 2003-04-22 RU RU2003111917/12A patent/RU2234380C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2581137A1 (en) | 2011-10-11 | 2013-04-17 | Oleg Abdrazyakov | Method for dispersing liquid with an aerosol formation in a disperse air stream and a mobile aerosol generator for generating aerosols with a controllable dispersal |
| RU2489201C2 (en) * | 2011-10-11 | 2013-08-10 | Олег Наилевич Абдразяков | Method of dispersing fluid in dispersion air medium in aerosol and mobile aerosol generator controlled by multivariate effect of dispersion, mixer, and balancing valve for implementation of said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10870119B2 (en) | Apparatus and a method for generating droplets | |
| Bhunia et al. | Splattering during turbulent liquid jet impingement on solid targets | |
| Essien et al. | Discharge coefficient of high viscosity liquids through nozzles | |
| Iciek | The hydrodynamics of a free, liquid jet and their influence on direct contact heat transfer—I Hydrodynamics of a free, cylindrical liquid jet | |
| RU2234380C1 (en) | Device for treating inner side of gas pipe line with aerosol reagent | |
| RU2611500C1 (en) | Installation of hydrodynamic water treatment | |
| US20170259091A1 (en) | Fire-fighting system | |
| US20220032242A1 (en) | Multi-opening chemical injection device | |
| Baran et al. | Experimental and numerical investigation of coaxial pressure swirl injectors | |
| Hu et al. | Numerical simulation of gas-liquid flow through a 90° duct bend with a gradual contraction pipe | |
| RU2297864C2 (en) | Dire-extinguishing plant | |
| RU2656033C1 (en) | Mixer with two-phase working medium | |
| RU2581379C1 (en) | Kochetov mobile unit with two-phase fire spray | |
| JP2004057873A (en) | Mixing apparatus | |
| Kotowski et al. | Analysis of hydraulic parameters of cylindrical vortex regulators | |
| RU2645501C1 (en) | Mobile fire-extinguishing apparatus with two-phase sprayer | |
| JP6542380B2 (en) | Wet gas compression | |
| KR20160018960A (en) | An Apparatus for Mixing Gas and Liquid | |
| TWI764774B (en) | Gas-liquid mixing device and method | |
| Eskin | Dissolved air flotation with saturation of liquid in spray-type saturator | |
| A Hamid et al. | On the effect of central jet in solid cone pressure-swirl atomizers | |
| Ponomarenko et al. | Liquid jet gas ejectors: designs of motive nozzles, performance efficiency | |
| Ghorbani et al. | Visualization of spray structure at the outlet of the micro orifices | |
| Litchy et al. | Effects of shear and cavitation on particle agglomeration during handling of cmp slurries containing silica, Alumina, and Ceria particles | |
| Vozhakov et al. | Numerical simulation of the process of gas outflow into an open pipe with an obstacle filled with a liquid (water, lead) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060423 |