RU2765881C1 - Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов - Google Patents
Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765881C1 RU2765881C1 RU2020135716A RU2020135716A RU2765881C1 RU 2765881 C1 RU2765881 C1 RU 2765881C1 RU 2020135716 A RU2020135716 A RU 2020135716A RU 2020135716 A RU2020135716 A RU 2020135716A RU 2765881 C1 RU2765881 C1 RU 2765881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- drying
- water
- shell
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
- F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
- F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
- F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B7/00—Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии осушки полостей различного оболочкового оборудования и может быть использовано в энергетическом машиностроении, химической, нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности. Способ осушки полости оболочковых аппаратов, основанный на одновременном вакуумировании каждой отдельной полости, отличающийся тем, что для обеспечения теплоподвода к каждой полости подводят СВЧ-излучение, которым нагревают и испаряют оставшуюся в полости воду, при этом частоту и мощность СВЧ-излучения определяют, исходя из параметров полости по расчетным формулам поглощаемой водой СВЧ-энергии до достижения заданной величины остаточной влажности откачиваемого воздуха. Техническим результатом предлагаемого способа является снижение энергоемкости и сокращение длительности осушки аппаратов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологии осушки полостей различного оболочкового оборудования и может быть использовано в энергетическом машиностроении, химической, нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Любые технологические аппараты, работающие под давлением, подвергаются гидравлическим испытаниям на прочность и герметичность по полостям рабочих сред. После вытеснения воды из полостей аппарата в каждой полости остается определенное количество воды. Взаимодействие остаточной воды с воздухом и внутренней поверхностью приводит к возникновению различного вида коррозии аппарата, снижению пропускной способности и чистоты конечного продукта и, в итоге, к полному его выходу из строя. Поэтому перед процессом осушки любой полости теплообменного оборудования необходимо более полное удаление остаточной влаги при минимизации производственных затрат. Известные основные виды осушки полостей (термическая, химическая, газовая и вакуумная) в чистом виде не применяются, так как любая комбинация из них значительно эффективнее, вследствие того, что недостатки одного вида осушки компенсируются преимуществами другого. Однако в этом случае набор необходимого для реализации процесса оборудования и энергопотребление значительно увеличиваются.
Известны способы (аналоги) осушки оболочковых аппаратов высокого давления [1. Патент RU №2015465 C1, МПК F26B 3/04, F26B 5/04, от 09.11.1989 г., опуб. 30.06.1994 г.
2. A.c. SU №909505 А, МПК F26B 21/06, от 08.04.1976 г., опуб. 28.02.1982г.
3. Патент RU №2182691 C1, МПК F26B 7/00, F26B 5/04, от 30.10.2000 г., опуб. 20.05.2002 г.].
Эти способы основаны на создании вакуума в полости аппаратов с одновременной подачей в них сухого воздуха.
Недостатком этих способов является высокая энергоемкость за счет необходимости осушки подаваемого воздуха и длительность осушки аппарата, достигающая нескольких суток.
Известны также устройства (аналоги) [1. Патент RU №2494328 C1, МПК F28C 1/16, от 15.03.2012 г., опуб. 27.09.2013 г.
2. Патент RU №2492394 C2, МПК F24F 3/00, от 21.11.2011 г., опуб. 10.09.2013г.
3. Патент RU №2198361 C2, МПК F26B 7/00, F26B 5/04, F26B 19/00, от 04.01.2001 г., опуб. 10.02.2003 г.], использующие энергию ионного ветра в системе коронирующих и осадительных электродов, подключенных к источнику высокого напряжения.
Недостатком этих устройств также является высокая энергоемкость за счет необходимости осушки подаваемого воздуха и длительность осушки аппарата, достигающая нескольких суток.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ осушки полости оборудования, основанный на вакуумировании, последующей продувке, вакуумной осушке, газовой осушке осушенным воздухом, при этом в процессе вакуумной осушки осуществляют продувку ионным ветром в неоднородном электрическом поле и одновременно продолжают продувку трубного пространства осушенным воздухом для обеспечения теплоподвода, компенсирующего фазовый переход при испарении жидкости с поверхностей межтрубного пространства до достижения заданной величины остаточной влажности откачиваемого воздуха [Патент RU № 2579309 C1, МПК F26B 7/00, F26B 19/00, от 11.03.2015, опубликовано: 10.04.2016, Бюл. № 10].
Техническим результатом предполагаемого способа является снижение энергоемкости и сокращение длительности осушки аппаратов.
Данный технический результат достигается тем, что в способе осушки полости оболочковых аппаратов, основанном на одновременном вакуумировании каждой отдельной полости, дополнительно для обеспечения теплоподвода к каждой полости подводят СВЧ-излучение, которым нагревают и испаряют оставшуюся в полости воду, при этом частоту и мощность СВЧ-излучения определяют, исходя из параметров полости по расчетным формулам поглощаемой водой СВЧ-энергии до достижения заданной величины остаточной влажности откачиваемого воздуха.
Сущность предлагаемого способа рассмотрим на математической модели СВЧ-нагрева оставшейся в аппарате воды на примере цилиндрической емкости. Необходимо отметить, что потери СВЧ-энергии на металлических поверхностях ничтожно малы, по сравнению с потерями в воде, и ими можно пренебречь.
Критерием эффективности в математической модели примем время осушки. Управляемыми (задаваемыми) параметрами в модели являются мощность и частота СВЧ-излучения, давление внутри осушаемого аппарата, определяющее температуру кипения воды, первоначальная масса воды, геометрия аппарата (условия распространения СВЧ-волны). Влияющие (неуправляемые) параметры как агрегатное состояние воды, от которого зависят ее диэлектрические характеристики и температура воды, определяющая также ее диэлектрические характеристики на различных частотах воздействия, потери энергии на металлических поверхностях осушаемого аппарата. В первом приближении эти влияния на время осушки учитывать в модели не будем как величин второго порядка малости.
Время осушки определим как суммарное время, необходимое для доведения температуры воды до кипения и время на парообразование до полной осушки емкости
Tосушки = t + Тп (1)
где t – время, необходимое для доведения температуры воды до кипения, определяется по (2), с,
Тп – время на парообразование до полной осушки емкости, с.
На фиг.1 приведена схема для расчета объема остаточной воды в горизонтальной цилиндрической емкости, где а – радиус емкости, φ – угол между вертикальной осью емкости и точкой пересечения линии уровня воды с емкостью, h – высота уровня воды.
Время, необходимое для доведения температуры воды до кипения в заданном объеме, определяется по формуле, полученной нами, исходя из формулы удельной мощности потерь [Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. Пер. с английского. М., «Энергия», 1968, 312 с., формула (6-50), стр.108]
где К=ωε0ε′′Е0 2,
Е0 – амплитуда СВЧ-колебаний, В/м,
Т – температура, оС,
ω – круговая частота СВЧ-колебаний, рад/с,
ε0 – электрическая постоянная, Ф/м,
ε′ – действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости воды,
ε′′ – мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости воды,
t – время нагрева за 1 цикл, с,
с – теплоемкость воды, Дж/(кг·град),
ρ – плотность воды, кг/м3,
Jj – функция Бесселя первого рода j-го порядка,
ηj,i – корни Бесселевой функции,
ξ – текущая координата по углу φ, рад,
φ = arccos((a-h)/a),
a, l – геометрические размеры емкости, м,
h – высота уровня воды в емкости, м,
λ – длина СВЧ-волны, м,
Расчеты по (2) показали, что время закипания воды при размерах емкости: радиус 1 м, длина 5 м, h – высота уровня воды – 0,06 м, начальная температура воды 5 оС составляет 0,48 часа.
Тп определяется по следующему алгоритму.
Определяем начальный объем оставшейся воды по формуле
Находим площадь сегмента круга S0
Площадь сегмента геометрически определяется по формуле
Представим некоторую функцию f(φ) в виде
Из формулы (5) следует, что при φ = 0 также и S = 0, т.е. при отсутствии воды f(φ) = 0. Используя метод Ньютона, с заданной точностью рассчитаем время, необходимое для выпаривания воды. На каждой итерации рассчитаем углы φi по формуле
с шагом Δt по времени СВЧ-нагрева, корректируем текущие параметры Si, φi и hi, изменившиеся за счет объема испарившейся воды. Для этого рассчитываем СВЧ-энергию, поглощенную водой за время текущего цикла (Δt) по формуле
Далее определяем массу воды, выпариваемой за время Δt
m =Q/L (9)
где L = 2,26 106 – удельная теплота парообразования, Дж/кг
Определяем объем оставшейся воды
и соответствующую площадь водного сегмента
Далее переходим на следующий шаг итерации, или итерационный процесс завершается, если для заданного εφ > 0 выполняется условие φn - φn+1 < εφ.
По завершении итерационного процесса определяем время выпаривания воды как произведение количества итераций n на длительность СВЧ-нагрева за 1 шаг итерации
Затем по (1) определяем полное время осушки.
Результат вычислений по этой модели тем точнее, чем меньше время одной итерации Δt.
Результаты расчетов для времени цикла 500 секунд, частоты 2,4 ГГц и мощности генератора 1000 Вт приведены на фиг.2. где h – высота слоя оставшейся в емкости воды, Время – общее время выпаривания.
Время выпаривания составляет 2,86 часа. Расчеты по формуле (2) показали, что время закипания воды при размерах емкости: радиус 1 м, длина 5 м, h – высота уровня воды – 0,06 м составляет 0,48 часа. Полное время осушки по (1) составит 3,34 часа. При этом энергия, затраченная на испарение воды, составляет 3,34ч*1кВт =3,34 кВт⋅ч.
В аппаратах с несколькими изолированными полостями способ можно реализовать одновременно во всех полостях, используя для каждой полости свой СВЧ-генератор.
Таким образом, нагрев воды внутри аппарата осуществляется без его теплоизоляции, что позволит реализовать энергоэффективную и экологически безопасную технологию. Полученные по данной методике количественные характеристики являются исходными данными для инженерных расчетов при проектировании техники, реализующей предлагаемый способ.
Claims (1)
1. Способ осушки полости оболочковых аппаратов, основанный на одновременном вакуумировании каждой отдельной полости, отличающийся тем, что для обеспечения теплоподвода к каждой полости подводят СВЧ-излучение, которым нагревают и испаряют оставшуюся в полости воду, при этом частоту и мощность СВЧ-излучения определяют исходя из параметров полости по расчетным формулам поглощаемой водой СВЧ-энергии до достижения заданной величины остаточной влажности откачиваемого воздуха.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество СВЧ-генераторов определяют по количеству полостей и соответственно их параметры выбирают по геометрическим размерам этих полостей.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество СВЧ-генераторов определяют по количеству полостей и соответственно их параметры выбирают по геометрическим размерам этих полостей.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135716A RU2765881C1 (ru) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135716A RU2765881C1 (ru) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765881C1 true RU2765881C1 (ru) | 2022-02-04 |
Family
ID=80214859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135716A RU2765881C1 (ru) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765881C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU71467U1 (ru) * | 2007-11-09 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр ядерных контейнеров" (ООО "ИЦЯК) | Защитный контейнер для транспортирования и хранения твердых радиоактивных отходов |
| RU2350860C1 (ru) * | 2007-10-24 | 2009-03-27 | Михаил Самуилович Гофман | Установка для осушки газопровода |
| RU2562873C1 (ru) * | 2014-06-27 | 2015-09-10 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ осушки полости трубопроводов |
| RU2578261C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2016-03-27 | Открытое Акционерное Общество (ОАО) "Оргэнергогаз" | Способ осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур |
| RU2579309C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Инжиниринговая компания "АЭМ-технологии" (АО "АЭМ-технологии") | Способ осушки внутренних поверхностей кожухотрубчатого теплообменного аппарата и устройство для его осуществления |
| RU2638105C1 (ru) * | 2017-03-13 | 2017-12-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Способ осушки полости морского газопровода после гидравлических испытаний |
| EP3723917A1 (en) * | 2017-12-11 | 2020-10-21 | Nova Chemicals (International) S.A. | Method for removing fouling downstream of an odh reactor |
-
2020
- 2020-10-30 RU RU2020135716A patent/RU2765881C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2350860C1 (ru) * | 2007-10-24 | 2009-03-27 | Михаил Самуилович Гофман | Установка для осушки газопровода |
| RU71467U1 (ru) * | 2007-11-09 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр ядерных контейнеров" (ООО "ИЦЯК) | Защитный контейнер для транспортирования и хранения твердых радиоактивных отходов |
| RU2562873C1 (ru) * | 2014-06-27 | 2015-09-10 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ осушки полости трубопроводов |
| RU2578261C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2016-03-27 | Открытое Акционерное Общество (ОАО) "Оргэнергогаз" | Способ осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур |
| RU2579309C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Инжиниринговая компания "АЭМ-технологии" (АО "АЭМ-технологии") | Способ осушки внутренних поверхностей кожухотрубчатого теплообменного аппарата и устройство для его осуществления |
| RU2638105C1 (ru) * | 2017-03-13 | 2017-12-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Способ осушки полости морского газопровода после гидравлических испытаний |
| EP3723917A1 (en) * | 2017-12-11 | 2020-10-21 | Nova Chemicals (International) S.A. | Method for removing fouling downstream of an odh reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160130743A1 (en) | Fixed radial anode drum dryer | |
| Qu et al. | Heat transfer characteristics of micro-grooved oscillating heat pipes | |
| JP5921241B2 (ja) | プラズマ生成装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
| CN101442847B (zh) | 一种直耦杯状微波馈能天线及其阵列微波加热装置 | |
| JP2007242474A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| RU2765881C1 (ru) | Способ осушки внутренних поверхностей оболочковых аппаратов | |
| US10655638B2 (en) | Turbomolecular pump deposition control and particle management | |
| Miljak et al. | Density limit in helicon discharges | |
| JPS58142184A (ja) | 乾燥装置 | |
| Franzi et al. | Recirculating-planar-magnetron simulations and experiment | |
| CN103928283A (zh) | 一种用于真空处理腔室的射频脉冲功率匹配的方法及其装置 | |
| CN104470022B (zh) | 一种粉体微波加热装置及其使用方法 | |
| Goreshnev et al. | Combined timber drying method | |
| Aleksandrov et al. | Domains of existence of various types of microwave discharge in quasi-optical electromagnetic beams | |
| CN102564074A (zh) | 一种异氰尿酸三缩水甘油酯的干燥设备和干燥方法 | |
| Castejón et al. | Computation of EBW heating in the TJ-II stellarator | |
| US9852891B2 (en) | Radio frequency plasma method for uniform surface processing of RF cavities and other three-dimensional structures | |
| CN206033856U (zh) | 一种等离子喷涂设备 | |
| CN113915960A (zh) | 一种变压器低温真空干燥装置及操作方法 | |
| CN106282894A (zh) | 一种等离子喷涂设备 | |
| CN114149165A (zh) | 一种市政污泥的微波干化方法 | |
| Fatykhov et al. | Microwave electromagnetic method of melting the paraffin plug in an open coaxial system | |
| RU2200921C1 (ru) | Способ сублимационной сушки | |
| CN206033857U (zh) | 等离子喷涂设备 | |
| JP2020181745A (ja) | イオン源及び蒸着装置 |