RU2396129C1 - Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures - Google Patents
Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396129C1 RU2396129C1 RU2009119765/15A RU2009119765A RU2396129C1 RU 2396129 C1 RU2396129 C1 RU 2396129C1 RU 2009119765/15 A RU2009119765/15 A RU 2009119765/15A RU 2009119765 A RU2009119765 A RU 2009119765A RU 2396129 C1 RU2396129 C1 RU 2396129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchange
- gas
- pipes
- separator
- heat
- Prior art date
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 16
- SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H uranium hexafluoride Chemical compound F[U](F)(F)(F)(F)F SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 74
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000002631 hypothermal effect Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005372 isotope separation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 150000004812 organic fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству гексафторида низкообогащенного урана и может быть использовано для очистки газовой фазы гексафторида урана от примесей в виде паров фторуглеродов.The invention relates to the production of low enriched uranium hexafluoride and can be used to clean the gas phase of uranium hexafluoride from impurities in the form of fluorocarbon vapors.
Химическая чистота гексафторида урана (ГФУ), используемого в качестве сырья в производстве обогащенного урана, должна обеспечить нормальную эксплуатацию газовых центрифуг очень чувствительных к присутствию посторонних примесей и ядерную чистоту диоксида урана, получаемого из гексафторида низкообогащенного урана и направляемого на приготовление таблетированного ядерного топлива.The chemical purity of uranium hexafluoride (HFC), used as a raw material in the production of enriched uranium, should ensure the normal operation of gas centrifuges that are very sensitive to the presence of impurities and the nuclear purity of uranium dioxide obtained from low enriched uranium hexafluoride and used to prepare pelletized nuclear fuel.
Присутствие фторуглеродов (ФУ) в технологических потоках ГФУ изотопно-разделительных производств обусловлено как их поступлением с сублиматных заводов в сырьевом ГФУ, так и использованием в качестве смазки в элементах оборудования (например, подшипниках подкачивающих компрессоров). Фторуглеродная смазка является продуктом последовательного фторирования и вакуумной перегонки углеродного масла [Максимов Б.Н. и др. Промышленные фторорганические продукты. Справочник / Л.: Химия, 1990. - 464 с.]. Масс-спектр фторуглеродных смазок начинается в районе 500÷550 а.е.м. (соединения типа CnF2n-14, …, CnF2n-20) и продолжается до ~1300 а.е.м. (соединения типа CnF2n-8, …, CnF2n+2), причем гомологи имеют примерно одинаковую летучесть. Температура начала кипения гомологической смеси фторуглеродной смазки составляет ~ 130°С (при давлении 1,33 кПа). Для справки: температура десублимации ГФУ при давлении 101,3 кПа - 56,4°С.The presence of fluorocarbons (FU) in the HFC process streams of isotope separation plants is due both to their delivery from sublimation plants in HFC feedstock and to the use of lubricants in equipment components (for example, booster compressor bearings). Fluorocarbon grease is a product of sequential fluorination and vacuum distillation of carbon oil [Maksimov B.N. and other Industrial organofluorine products. Reference / L .: Chemistry, 1990. - 464 p.]. The mass spectrum of fluorocarbon greases begins in the region of 500 ÷ 550 amu (compounds of type C n F 2n-14 , ..., C n F 2n-20 ) and lasts up to ~ 1300 amu (compounds of the type C n F 2n-8 , ..., C n F 2n + 2 ), and the homologs have approximately the same volatility. The boiling point of the homologous mixture of fluorocarbon grease is ~ 130 ° C (at a pressure of 1.33 kPa). For reference: the temperature of the desublimation of HFCs at a pressure of 101.3 kPa is 56.4 ° C.
Низкотемпературная очистка газовой фазы ГФУ от паров ФУ осложнена тем, что переохлажденный гексафторид урана легко десублимируется в виде кристаллов и имеется опасность перекрытия машинных трубопроводов технологического оборудования. Это ограничивает выбор конструкции аппаратов, работа которых связана с низкотемпературной сепарацией и низкотемпературным газоразделением. Кроме того, геометрические размеры аппаратов ограничены требованиями ядерной безопасности.The low-temperature purification of the gas phase of HFCs from FU vapors is complicated by the fact that supercooled uranium hexafluoride is easily desublimated in the form of crystals and there is a danger of blocking the machine pipelines of technological equipment. This limits the choice of apparatus design, the operation of which is associated with low-temperature separation and low-temperature gas separation. In addition, the geometric dimensions of the apparatus are limited by nuclear safety requirements.
Для очистки газа от паров примесей известно устройство [DE №2316570, МПК B01D 5/00, 1973] (аналог), состоящее из рабочей камеры, работающей под давлением, имеющей газовпуск и газовыпуск. Очищаемый газ подается в камеру тангенциально. Газовыпуск снабжен нагревателем. В камеру тангенциально введены дюзы для подачи инертного газа (азота) в жидкофазном состоянии.For gas purification from vapors of impurities, a device is known [DE No. 2316570, IPC
Известна также установка [RU №2298424 С1, МПК B01D 5/00. Опубл. 05.10.2007] (аналог), предназначенная для очистки газов от паров растворителей, содержащая герметичную камеру с газовыпускным патрубком в верхней ее части и сливным патрубком в нижнем днище, газовпуск и впускной патрубок, снабженный завихрителем с радиальным выходом. Соосно с впускным патрубком прикреплен кольцевой коллектор для криогенной жидкости с входным патрубком. В состав установки входят также контактный теплообменник и кольцевой фильтр, размещенные на верхней части камеры. Греющий теплообменник и донный фильтр размещены в нижней части камеры. Установка позволяет с увеличением концентрации паров растворителя в очищаемом газе увеличить как расход криогенной жидкости, так и проходное сечение для отвода образующегося аэрозоля, а при снижении концентрации уменьшить расход криогенной жидкости.Also known installation [RU No. 2298424 C1, IPC
К недостаткам аналогов относится использование для перевода паров примесей в конденсат дополнительной криогенной жидкости, расходуемой на охлаждение газа, конденсацию паров растворителей и охлаждение обогреваемых стенок камеры.The disadvantages of analogues include the use for the transfer of vapor of impurities to the condensate of an additional cryogenic liquid spent on gas cooling, condensation of solvent vapors and cooling of the heated chamber walls.
Известны аппараты газодинамической сепарации из очищаемого газа водных и/или углеводородных компонентов [RU №2291736 С2, МПК B01D 45/12. Опубл. 20.01.2007] (аналог), в которых для конденсации примесей используется закрученная подача потока высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа в сопло, изоэнтальпийное расширение газа с охлаждением при истечении с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью в цилиндрическую холодильную камеру, конденсация компонентов в расширенном и охлажденном вращающемся потоке, осаждение конденсата из вращающегося охлажденного потока газа на твердую поверхность холодильной камеры с образованием на ней жидкой пленки и удаление последней через щелевое коаксиальное отверстие в зону с пониженным давлением, которую создают рециркуляционным эжектированием из нее газовой фазы исходным газом, повышение давления очищенного газового потока торможением в диффузоре и дальнейшую его подачу потребителю.Known apparatuses for gas-dynamic separation of the purified gas from aqueous and / or hydrocarbon components [RU No. 2291736 C2, IPC B01D 45/12. Publ. 01/20/2007] (analogue), in which a swirling flow of a high-pressure multicomponent hydrocarbon gas into the nozzle is used, condensed gas expands with cooling during outflow at a supersonic or supersonic speed into a cylindrical refrigerating chamber, condensation of components in an expanded and cooled rotating stream, precipitation of condensate from a rotating cooled gas stream on a solid surface of the refrigerator with the formation of a liquid film on it and removal of the last a coaxial slotted hole in the zone of reduced pressure which is created by the recirculation ejecting therefrom the gas phase source gas, purified gas stream increase braking pressure in the diffuser and its further feed consumer.
При изоэнтальпийном расширении газа в сопле с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью истечения (300÷360 м/с и выше) потенциальная энергия - давление газа - переходит в кинетическую энергию, при этом газ охлаждается и приобретает статическую температуру около минус 50÷100°С (при исходной температуре газа +10°С).When the gas expands in the nozzle with a transonic or supersonic flow velocity (300 ÷ 360 m / s and above), the potential energy - gas pressure - passes into kinetic energy, while the gas cools and acquires a static temperature of about minus 50 ÷ 100 ° С (at initial gas temperature + 10 ° С).
Аналог предусматривает газодинамическую сепарацию с изоэнтальпийным расширением высоконапорных потоков газа, истекающих из сопла с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью. Это невозможно для технологических потоков гексафторида урана. Использование аппаратов подобной конструкции проблематично также из-за вероятной десублимации ГФУ при интенсивном охлаждении газового потока.The analogue provides for gas-dynamic separation with iso-enthalpy expansion of high-pressure gas flows flowing from the nozzle at a transonic or supersonic speed. This is not possible for uranium hexafluoride process streams. The use of devices of a similar design is also problematic because of the likely desublimation of HFCs during intensive cooling of the gas stream.
Для очистки и осушки природного газа методом низкотемпературной сепарации известен аппарат [SU №516409, B01D 45/06. Опубл. 05.06.1976. Бюл. №21] (аналог), содержащий корпус с входными и выходными штуцерами для газа высокого и низкого давлений, и установленные в нем сепараторы высокого и низкого давлений со сборниками жидкости, кожухотрубный теплообменник с U-образными трубами, сообщающимися с распределительной камерой. Сепарационные устройства с целью снижения сопротивлению газа выполнены в виде батареи прямоточных циклонных элементов, причем сепаратор низкого давления размещен в кожухе теплообменника.For purification and drying of natural gas by the method of low-temperature separation, a device is known [SU No. 516409, B01D 45/06. Publ. 06/05/1976. Bull. No. 21] (analogue), comprising a housing with inlet and outlet fittings for high and low pressure gas, and high and low pressure separators with liquid collectors installed in it, a shell-and-tube heat exchanger with U-shaped pipes communicating with the distribution chamber. The separation device in order to reduce the gas resistance is made in the form of a battery of direct-flow cyclone elements, and the low-pressure separator is placed in the casing of the heat exchanger.
Интенсификация теплообмена достигается установкой в трубах теплообменника со стороны входа газа высокого давления завихрительных элементов. U-образные трубы теплообменника необходимы для охлаждения газа высокого давления встречным потоком холодного газа низкого давления. Выводимый из камеры высокого давления газ направляется на дросселирование для дополнительного охлаждения и затем поступает в камеру низкого давления на окончательную очистку.Heat transfer intensification is achieved by installing swirl elements in the pipes of the heat exchanger from the inlet side of the high-pressure gas. U-shaped heat exchanger tubes are needed to cool the high pressure gas with a counter flow of low pressure cold gas. The gas discharged from the high-pressure chamber is sent for throttling for additional cooling and then enters the low-pressure chamber for final cleaning.
В очищенном, осушенном и подогретом виде газ направляется в магистральный газопровод.In cleaned, drained and heated form, the gas is sent to the main gas pipeline.
Таким образом, комбинирование процессов теплообмена и сепарации позволяет более эффективно осуществлять разделение потока на составляющие фазы при условии предотвращения гидратообразования в аппаратах с прямоточно-центробежными сепарационными элементами и завихрителями. Для исключения осаждения кристаллогидратов примесных компонентов при захолаживании газа в аппарате в камере высокого давления дополнительно распыляется ингибитор гидратообразования.Thus, the combination of heat transfer and separation processes allows more efficient separation of the flow into phase components, provided hydrate formation is prevented in apparatuses with direct-flow centrifugal separation elements and swirlers. To exclude the precipitation of crystalline hydrates of impurity components during gas cooling in the apparatus, a hydrate inhibitor is additionally sprayed in the high-pressure chamber.
Недостатки аналога: необходимость использования антигидратных ингибиторов на стадиях охлаждения и сепарации газа.The disadvantages of the analogue: the need to use antihydrate inhibitors at the stages of cooling and gas separation.
В качестве ближайшего аналога к заявляемому аппарату по технической сущности можно отнести вихревой кожухотрубчатый теплообменник [SU №281490, F28D 7/00. Опубл. 14.09.1970. Бюл. №29] (прототип) для охлаждения и очистки выбросных газов от паров примесей с укрепленным в решетках трубчатым пучком и вихревыми энергоразделителями потока охлаждаемого газа, установленными на входе в трубы и выполненными в виде помещенных в трубы втулок с конической поверхностью на участке их контакта с трубами, снабженном винтовой нарезкой, образующей с трубами каналы для ввода газа.As the closest analogue to the claimed device by technical essence, a vortex shell-and-tube heat exchanger [SU No. 281490, F28D 7/00. Publ. 09/14/1970. Bull. No. 29] (prototype) for cooling and purifying exhaust gases from impurity vapors with a tubular bundle fixed in the gratings and vortex energy separators of the cooled gas flow installed at the inlet to the pipes and made in the form of bushings placed in the pipes with a conical surface at the site of their contact with the pipes equipped with a screw thread, forming channels for introducing gas with pipes.
Газ (паровоздушная смесь или газоконденсатная смесь) под избыточным давлением подается через штуцер в газоразделительную полость теплообменника и затем через винтовые сопла втулок поступает внутрь труб теплообменника. В соплах газовому потоку сообщается вращательное движение. В результате температурного разделения потока внутри труб происходит интенсивная конденсация паров. Образовавшийся конденсат стекает по стенкам труб в донную часть и выводится из теплообменника. В межтрубном пространстве циркулирует хладагент. Из донной части теплообменника газовый поток движется в верхний ресивер по переточным трубам, в которых происходит дополнительное его охлаждение и конденсация влаги. Охлажденный и очищенный от конденсата газ выводится из аппарата через штуцер в верхней части теплообменника.Gas (vapor-air mixture or gas-condensate mixture) under excess pressure is fed through the nozzle into the gas separation cavity of the heat exchanger and then through the screw nozzles of the bushings enters the tubes of the heat exchanger. In nozzles, the gas flow is rotationally driven. As a result of temperature separation of the flow inside the pipes, intense vapor condensation occurs. The resulting condensate flows down the walls of the pipes to the bottom and is discharged from the heat exchanger. Refrigerant circulates in the annulus. From the bottom of the heat exchanger, the gas flow moves to the upper receiver through transfer pipes, in which it is additionally cooled and moisture condensed. Cooled and condensate-free gas is discharged from the apparatus through a fitting in the upper part of the heat exchanger.
Однако при эксплуатации вихревого кожухотрубчатого теплообменника в качестве сепаратора нарушаются гидродинамические режимы из-за обмерзания отверстий втулок энергоразделителя. По этой причине использование известного аппарата для очистки легко десублимируемого гексафторида урана от паров примесей практически невозможно. Кроме того, предложенную конструкцию вихревого кожухотрубчатого теплообменника по геометрическим размерам невозможно адаптировать к требованиям ядерной безопасности.However, when operating a vortex shell-and-tube heat exchanger as a separator, hydrodynamic conditions are violated due to freezing of the holes of the bushes of the energy separator. For this reason, the use of a known apparatus for cleaning easily desublimated uranium hexafluoride from impurity vapors is practically impossible. In addition, the proposed design of a vortex shell-and-tube heat exchanger in geometric dimensions cannot be adapted to nuclear safety requirements.
Еще одним недостатком прототипа является его предназначение для очистки высоконапорных газов, в то время как давление газовой фазы ГФУ в технологических потоках не превышает 5,3 кПа при температуре до 40°С. При таких напорах гексафторида урана на входе в теплообменные трубы, как показали исследования, закрутка теряет свою интенсивность на расстояниях порядка 7÷9 внутреннего диаметра трубы и далее становится не эффективной для интенсификации теплообмена газового потока со стенками канала.Another disadvantage of the prototype is its purpose for the purification of high-pressure gases, while the pressure of the gas phase of HFCs in process streams does not exceed 5.3 kPa at temperatures up to 40 ° C. With such pressures of uranium hexafluoride at the inlet to the heat exchange pipes, studies have shown that the twist loses its intensity at distances of about 7 ÷ 9 of the inner diameter of the pipe and then becomes ineffective for intensifying heat transfer of the gas stream with the channel walls.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение эффективности газодинамической сепарации и стабилизация гидродинамического режима теплообменного сепаратора при очистке газов от паров примесей, имеющих близкие температуры кипения/сублимации, например, при очистке газовой фазы гексафторида урана от паров фторуглеродов.The technical problem solved by the present invention is to increase the efficiency of gas-dynamic separation and stabilize the hydrodynamic regime of the heat exchange separator when cleaning gases from impurity vapors having close boiling / sublimation temperatures, for example, when cleaning the gas phase of uranium hexafluoride from fluorocarbon vapors.
Дополнительной технической задачей является упрощение технологии изготовления вихревого теплообменного сепаратора.An additional technical task is to simplify the manufacturing technology of the vortex heat exchange separator.
Эти технические задачи решаются за счет того, что в вихревом теплообменном сепараторе для очистки газа от паров примесей, содержащем кожух с пучком теплообменных труб, укрепленным в трубных решетках, переточные трубы, подводящий и отводящий штуцера, а также штуцер для слива конденсата, переточные трубы установлены коаксиально внутри теплообменных труб и имеют свободным конец со стороны нижнего торца последних, при этом зазор между свободным концом переточной трубы и нижним торцом теплообменной трубы составляет не менее 1,2 и не более 1,5÷1,7 внутреннего диаметра теплообменной трубы.These technical problems are solved due to the fact that in the vortex heat exchange separator for purifying gas from impurity vapors, which contains a casing with a bundle of heat exchange tubes fixed in tube sheets, transfer pipes, inlet and outlet nozzles, as well as a condensate drain fitting, transfer pipes are installed coaxially inside the heat exchange pipes and have a free end from the side of the lower end of the latter, while the gap between the free end of the transfer pipe and the lower end of the heat transfer pipe is not less than 1.2 and not more than 1.5 ÷ 1, 7 inner diameter of the heat exchanger pipe.
Технические задачи дополнительно решаются за счет того, что вихревой теплообменный сепаратор содержит по четыре теплообменных и переточных трубы, что подводящий штуцер дополнительно снабжен раздающим коллектором, обеспечивающим тангенциальный ввод газа в теплообменные трубы.Technical problems are additionally solved due to the fact that the vortex heat exchange separator contains four heat exchange and transfer pipes, and that the supply nozzle is additionally equipped with a distribution manifold, which provides tangential gas inlet into the heat exchange pipes.
На фиг.1 изображен общий вид описываемого вихревого теплообменного сепаратора в составе четырех теплообменных и переточных труб; на фиг.2 - поперечное сечение сепаратора в зоне подводящего штуцера.Figure 1 shows a General view of the described vortex heat exchange separator in the composition of four heat transfer and transfer pipes; figure 2 is a cross section of a separator in the area of the inlet fitting.
Вихревой теплообменный сепаратор содержит кожух 1, четыре теплообменные трубы 2, укрепленные в трубных решетках 3 и 4. Внутри каждой теплообменной трубы 2 соосно установлена переточная труба 5, с расстоянием от свободного конца до нижнего торца теплообменной трубы не менее 1,2 и не более 1,5÷1,7 внутреннего диаметра последней. Трубопроводы 6, образующие раздающий коллектор, соединяют теплообменные трубы 2 с подводящим штуцером 7 и обеспечивают тангенциальный ввод газа в кольцевые зазоры, образующиеся между стенками теплообменных 2 и переточных 5 труб. В верхней части сепаратора переточные трубы 5 через втулки 8 соединены с отводящим штуцером 9. Нижние торцы теплообменных труб 2 снабжены штуцерами 10 для слива конденсата фторуглеродной смазки. Межтрубное пространство сепаратора охлаждается водой, которая подводится по штуцерам 11 и отводиться через штуцера 12, что обеспечивает равномерное распределение хладагента по сечению межтрубного пространства с отсутствием застойных зон.The vortex heat-exchange separator contains a
Кроме того, в межтрубном зазоре на участке ввода газа в теплообменные трубы могут быть дополнительно установлены завихрители для придания газу устойчивого вращательного движения.In addition, swirls can be additionally installed in the annular gap at the gas inlet to the heat exchange pipes to impart a stable rotational motion to the gas.
Вихревой теплообменный сепаратор работает следующим образом.Vortex heat exchange separator operates as follows.
Поток гексафторида урана, содержащий пары фторуглеродов, из машинного трубопровода (на фиг. не показан) поступает в подводящий штуцер 7, а затем по трубопроводам 6 в кольцевой зазор, образованный теплообменными 2 и переточными 5 трубами. За счет тангенциального ввода газ в межтрубном кольцевом зазоре приобретает вращательное движение. В кольцевом зазоре ГФУ охлаждается за счет теплообмена с одной стороны с водоохлаждаемой стенкой внешней трубы 2 и с другой стороны с более холодной стенкой переточной трубы 5, по которой встречно движется поток ГФУ, имеющий более низкую температуру. Охлаждение ГФУ в кольцевом зазоре сопровождается конденсацией паров фторуглеродов на стенках теплообменной трубы 2, которые в виде пленки жидкости через штуцер 10 стекают в маслоприемник (на фиг. не показан), расположенный под сепаратором. Аэродинамическая сепарация пленки фторуглеродов от газового потока происходит при смене направления движения газа на 180° в нижней части теплообменных труб 2. На данном участке теплообменной трубы за счет разворота газ дополнительно захолаживается, поскольку разворот потока сопровождается скачкообразным изменением (уменьшением) статического давления газа.A stream of uranium hexafluoride containing pairs of fluorocarbons from a machine pipeline (not shown in FIG.) Enters a
Кроме того, в канале переточной трубы 5 в результате разворота потока возникают сильные пульсации статического давления и продольной составляющей скорости газа. На входе в переточную трубу в потоке появляется пульсирующая радиальная составляющая скорости. В результате аэрозоль фторуглеродов, который может быть занесен газом в переточную трубу с участка разворота потока, коагулирует и в виде капельной жидкости отбрасывается на стенку, а затем в виде пленки стекает к свободному концу переточной трубы.In addition, in the channel of the
Зазор между свободным концом переточной трубы 5 и нижним торцом теплообменной трубы 2 выбран не менее 1,2 внутреннего диаметра теплообменной трубы для:The gap between the free end of the
- предупреждения образования при меньшем зазоре вихревого течения газа вблизи нижнего торца теплообменной трубы 2. При образовании вихревого потока будет происходить срыв жидкой пленки со стенки и заброс аэрозоля фторуглеродов в канал переточной трубы 5;- prevention of the formation of a vortex gas flow with a smaller gap near the lower end of the
- реализации безотрывного дозвукового перетока ГФУ из нижней части теплообменной трубы в канал переточной трубы, исключающего переохлаждение газа с десублимацией ГФУ при развороте;- the implementation of continuous HFU subsonic flow from the lower part of the heat exchange pipe to the transfer pipe channel, which excludes gas overcooling with HFC desublimation during a turn;
- увеличения времени адсорбционной конденсации фторуглеродов на стенках канала при минимальной температуре газового потока в нижней части теплообменной трубы;- increase the time of adsorption condensation of fluorocarbons on the walls of the channel with a minimum temperature of the gas stream in the lower part of the heat exchange pipe;
- обеспечения минимального гидравлического сопротивления зоны разворота.- ensuring minimum hydraulic resistance of the headland.
Одновременно зазор между свободным концом переточной трубы и нижним торцом теплообменной трубы составляет не более 1,5÷1,7 внутреннего диаметра теплообменной трубы, поскольку больший зазор приведет к возникновению в окрестности нижнего торца теплообменной трубы застойной зоны, которая уменьшит интенсивность отвода конденсата фторуглеродной смазки к маслоприемнику.At the same time, the gap between the free end of the transfer pipe and the lower end of the heat exchanger pipe is no more than 1.5–1.7 of the internal diameter of the heat exchanger pipe, since a larger gap will cause a stagnant zone in the vicinity of the lower end of the heat transfer pipe, which will reduce the rate of condensate removal of fluorocarbon grease to oil receiver.
При движении в переточной трубе 5 газ подогревается встречным потоком ГФУ, чем исключается образование десублимата на стенках отводящего штуцера 9. Очищенный и подогретый гексафторид урана, прошедший сепаратор, через отводящий штуцер 9 снова направляется в межмашинные трубопроводы уранового завода.When moving in the
На основании проведенных исследований установлено, что условиям наибольшего теплосъема, наименьшего гидравлического сопротивления, при соблюдении ограничений на диаметр сепаратора (~0,4 м) по требованиям ядерной безопасности, отвечает конструкция сепаратора с четырьмя теплообменными и переточными трубами.Based on the studies, it was found that the conditions of the highest heat removal, the least hydraulic resistance, subject to restrictions on the diameter of the separator (~ 0.4 m) for nuclear safety requirements, meets the design of the separator with four heat exchange and transfer pipes.
Опытно-промышленные испытания конструкции вихревого теплообменного сепаратора показали, что при начальном давлении газовой фазы ГФУ на входе в сепаратор ~4680 Па давление на выходе составляет ~2290 Па, при этом падение давления газовой фазы ГФУ на развороте потока достигает ~2150 Па, падение давления на прямолинейных участках кольцевого зазора и переточной трубы ~150 Па и ~90 Па соответственно. Скорость потока ГФУ на входе в кольцевой зазор составляла ~15 м/с. После разворота скорость потока увеличилась до ~30 м/с. Температура газовой фазы ГФУ после прохождения кольцевого зазора уменьшалась на 5÷6°C, при прохождении разворота за счет расширения газа температура дополнительно уменьшалась на ~1÷2°С.Pilot tests of the design of the vortex heat-exchange separator showed that at an initial pressure of the gas phase of the HFC at the inlet of the separator ~ 4680 Pa, the outlet pressure is ~ 2290 Pa, while the pressure drop of the gas phase of the HFC at the turn of the flow reaches ~ 2150 Pa, the pressure drop at rectilinear sections of the annular gap and transfer pipe ~ 150 Pa and ~ 90 Pa, respectively. The HFC flow velocity at the entrance to the annular gap was ~ 15 m / s. After a turn, the flow velocity increased to ~ 30 m / s. After passing through the annular gap, the temperature of the gas phase of HFCs decreased by 5–6 ° C; during the passage of the turn due to gas expansion, the temperature further decreased by ~ 1–2 ° C.
В качестве хладагента в сепараторе для охлаждения стенок теплообменных труб при испытаниях использовалась промышленная вода с температурой 2÷27°С.During the tests, industrial water with a temperature of 2 ÷ 27 ° С was used as a refrigerant in the separator for cooling the walls of heat-exchange pipes.
Длина теплообменных и переточных труб (соответственно площадь поверхности теплообмена) определяется массовым расходом ГФУ, подлежащим очистке, и давлением газа на входе/выходе сепаратора. При практической реализации вихревого теплообменного сепаратора отношение длины теплообменной трубы к ее внутреннему диаметру составляла более 10.The length of the heat exchange and transfer pipes (respectively, the heat exchange surface area) is determined by the mass flow rate of HFCs to be cleaned and the gas pressure at the inlet / outlet of the separator. In the practical implementation of the vortex heat exchange separator, the ratio of the length of the heat exchange pipe to its inner diameter was more than 10.
Опытным путем установлено, что наличие в конструкции вихревого теплообменного сепаратора раздающего коллектора с трубопроводами 6 для тангенциального ввода газа в межтрубный зазор теплообменных 2 и переточных 5 труб увеличивает эффективность сепаратора примерно на 25%.It has been experimentally established that the presence of a distributing collector with piping 6 in the design of the vortex heat exchange separator with
Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что конструкция вихревого теплообменного сепаратора обладает стабильными эксплуатационными характеристиками, проста по технологии изготовления и обеспечивает эффективную очистку газовой фазы гексафторида урана от паров фторуглеродов. Конструкция обеспечивает температурный режим сепаратора, исключающий переохлаждение газа, способное вызвать десублимацию гексафторида урана.The results of pilot tests showed that the design of the vortex heat exchange separator has stable operating characteristics, is simple in manufacturing technology and provides effective cleaning of the gas phase of uranium hexafluoride from fluorocarbon vapors. The design provides the temperature regime of the separator, eliminating the hypothermia of the gas, which can cause the desublimation of uranium hexafluoride.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009119765/15A RU2396129C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009119765/15A RU2396129C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2396129C1 true RU2396129C1 (en) | 2010-08-10 |
Family
ID=42698937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009119765/15A RU2396129C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2396129C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1362565A (en) * | 1970-10-05 | 1974-08-07 | Fulton Boiler Works | Thermal liquid heater |
| SU1451519A1 (en) * | 1987-04-15 | 1989-01-15 | Уфимский Нефтяной Институт | Vortex vertical-flow shell-and-tube heat exchanger |
-
2009
- 2009-05-25 RU RU2009119765/15A patent/RU2396129C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1362565A (en) * | 1970-10-05 | 1974-08-07 | Fulton Boiler Works | Thermal liquid heater |
| SU1451519A1 (en) * | 1987-04-15 | 1989-01-15 | Уфимский Нефтяной Институт | Vortex vertical-flow shell-and-tube heat exchanger |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической технлогии. - М.: Издательство химической литературы, 1961, с.358, рис.247, II. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4777423B2 (en) | Treatment of hydrocarbon pyrolysis emissions | |
| US2683972A (en) | Recovery of natural gas condensate | |
| RU118408U1 (en) | LOW PRESSURE OIL GAS PROCESSING PLANT | |
| RU2396129C1 (en) | Swirl heat exchange separator for cleaning gas from vapours of admixtures | |
| US10436525B2 (en) | Cyclonic cooling system | |
| US10551120B2 (en) | Method for condensing a CO2 vapor stream beyond the frost point | |
| CN202039031U (en) | Skid-mounted middle-small sized light hydrocarbon extracting system employing vortex tube for secondary refrigeration | |
| AU2017261926B2 (en) | Cyclonic condensing and cooling system | |
| RU2272972C2 (en) | Method of the low-temperature separation of the associated petroleum gases (versions) | |
| CN102229811B (en) | Skid-mounted small and medium-sized light hydrocarbon extraction system by using secondary refrigeration of vortex tube | |
| RU2302590C1 (en) | Supersonic tube for preparing gas transporting | |
| RU2818428C1 (en) | Centrifugal-vortex thermodynamic unit for separation of gaseous products | |
| CN102116543B (en) | Cold water/heat pump unit directly taking liquid containing solid impurities as cold/heat source | |
| RU2612235C1 (en) | Method and plant for deethanization gas conditioning for transportation in gas pipeline | |
| RU2429228C1 (en) | Apparatus and method of producing carbamide | |
| RU2166354C2 (en) | Device for production of primary krypton-xenon concentrate | |
| RU2157487C1 (en) | Natural gas liquefying process and device | |
| RU2285212C2 (en) | Method and device for liquefying natural gas | |
| RU2151347C1 (en) | Refrigerating plant receiver | |
| SU758597A1 (en) | Apparatus for purifying waste gases | |
| RU2151865C1 (en) | Gear for preparation of natural gas | |
| RU2167344C1 (en) | Method of production of liquid propane or butane or isobutane or their mixtures | |
| RU2104449C1 (en) | Gas liquefaction unit | |
| SU800518A1 (en) | Ammonia-type cooling plant | |
| SU996809A1 (en) | Unit for cleaning heat transfer agent from oil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140526 |