Датчик давления

Обменник давления передает энергию давления от потока жидкости высокого давления к потоку жидкости низкого давления. Многие промышленные процессы работают при повышенном давлении и имеют потоки отходов под высоким давлением. Одним из способов подачи жидкости под высоким давлением в такой процесс является передача давления отходов потоку низкого давления с использованием теплообменника давления.

Одним особенно эффективным типом теплообменника давления является роторный теплообменник давления. В этом устройстве используется цилиндрический ротор с продольными каналами, параллельными его оси вращения. Ротор вращается внутри втулки между двумя торцевыми крышками. Энергия давления передается непосредственно от потока высокого давления к потоку низкого давления в каналах ротора. Некоторое количество жидкости, остающейся в каналах, служит барьером, препятствующим смешиванию потоков. Это вращательное действие аналогично действию старомодного пулемета, стреляющего пулями высокого давления, и оно постоянно заправляется новыми картриджами с жидкостью . Каналы ротора заряжаются и разгружаются, поскольку процесс передачи давления повторяется.

Производительность теплообменника измеряется эффективностью процесса передачи энергии и степенью смешивания потоков. Энергия потоков является произведением их объемов потока и давления. Эффективность является функцией перепада давления и объемных потерь (утечек) через устройство, рассчитываемых по следующему уравнению:

$\eta ={\frac {\Sigma {\text{ energy out}}}{\Sigma {\text{ energy in}}}}={\frac {(Q_{G}-L)\times (P_{G}-HDP)+(Q_{B}+L)\times (P_{B}-LDP)}{Q_{G}\times P_{G}+Q_{B}\times P_{B}}}\qquad \qquad (1)$

где Q — расход, P — давление, L — поток утечки, HDP — перепад высокого давления, LDP — перепад низкого давления, нижний индекс B относится к подаче низкого давления в устройство, а нижний индекс G относится к подаче высокого давления к устройству. устройство. Смешивание зависит от концентрации веществ во входящих потоках и соотношения объемов потока к устройству.

Обратный осмос

Одним из применений, в которых широко используются теплообменники давления, является обратный осмос (RO). В системе обратного осмоса теплообменники давления используются в качестве рекуперации энергии устройств (ERD). Как показано, концентрат высокого давления из мембран [C] направляется [3] в ERD [D]. ERD использует этот поток концентрата под высоким давлением для создания давления в потоке морской воды низкого давления (поток [1] становится потоком [4]), который затем объединяется (с помощью циркуляционного насоса [B]) в поток с самым высоким давлением. поток морской воды, создаваемый насосом высокого давления [А]. Этот объединенный поток питает мембраны [C]. Концентрат покидает ERD при низком давлении [5], выбрасываясь потоком поступающей питательной воды [1].

В этих системах обменники давления экономят энергию за счет снижения нагрузки на насос высокого давления . В системе обратного осмоса морской воды , работающей с коэффициентом восстановления мембранной воды 40%, ERD обеспечивает 60% потока питания мембраны. Энергия потребляется циркуляционным насосом, однако, поскольку этот насос просто циркулирует, а не нагнетает воду, его энергопотребление практически незначительно: менее 3% энергии, потребляемой насосом высокого давления. Таким образом, почти 60% потока мембранного сырья находится под давлением практически без затрат энергии.

Приложения

морской Установки опреснения воды уже много лет производят питьевую воду. Однако до недавнего времени опреснение использовалось только в особых случаях из-за высоких энергозатрат этого процесса. ^{[ нужна ссылка ]}

В ранних конструкциях опреснительных установок использовались различные технологии испарения. Наиболее совершенными являются многоступенчатые опреснители морской воды с испарением и испарением, которые используют несколько ступеней и потребляют энергию более 9 кВтч на кубический метр произведенной питьевой воды. По этой причине крупные опреснители морской воды изначально строились в местах с низкими затратами на электроэнергию, например на Ближнем Востоке, или рядом с перерабатывающими заводами, имеющими отходящее тепло.

В 1970-х годах был разработан процесс обратного осмоса морской воды (SWRO), который позволял получать питьевую воду из морской воды, пропуская ее под высоким давлением через плотную мембрану, отфильтровывая таким образом соли и примеси. Эти соли и примеси выводятся из устройства SWRO в виде концентрированного рассола непрерывным потоком, который содержит большое количество энергии высокого давления. Большую часть этой энергии можно восстановить с помощью подходящего устройства. Многие первые установки SWRO, построенные в 1970-х и начале 1980-х годов, потребляли энергию более 6,0 кВтч на кубический метр произведенной питьевой воды из-за низкой производительности мембраны, ограничений по перепаду давления и отсутствия устройств рекуперации энергии.

Примером применения двигателя с обменом давлением является производство питьевой воды с использованием мембранного процесса обратного осмоса. В этом процессе питательный солевой раствор закачивается в мембранную решетку под высоким давлением. Входящий солевой раствор затем разделяется мембранной решеткой на сверхсолевой раствор (рассол) под высоким давлением и питьевую воду под низким давлением. Хотя рассол под высоким давлением больше не используется в этом процессе в качестве жидкости, энергия давления, которую он содержит, имеет большое значение. Двигатель обмена давлением используется для рекуперации энергии давления в рассоле и передачи ее в подаваемый соляной раствор. После передачи энергии давления в потоке рассола рассол выбрасывается под низким давлением для слива.

Почти все установки обратного осмоса работали для опреснения морской воды с целью производства питьевой воды в США.промышленного масштаба оснащены системой рекуперации энергии на базе турбин. Они активируются концентратом (рассолом), выходящим из установки, и передают энергию, содержащуюся в этом концентрате под высоким давлением, обычно механически к насосу высокого давления. В теплообменнике давления энергия, содержащаяся в рассоле, передается гидравлически. ^[1]^[2] и с эффективностью подачи примерно 98%. ^[3] Это значительно снижает потребность в энергии для процесса опреснения и, следовательно, эксплуатационные расходы. В результате достигается экономичное восстановление энергии, сроки амортизации таких систем варьируются от 2 до 4 лет в зависимости от места эксплуатации.

Снижение энергетических и капитальных затрат означает, что впервые во многих местах по всему миру стало возможным производить питьевую воду из морской воды по цене ниже 1 доллара за кубический метр. Хотя стоимость может быть немного выше на островах с высокими затратами на электроэнергию, PE имеет потенциал для быстрого расширения рынка опреснения морской воды.

За счет применения системы обмена давлением, которая уже используется в других областях, можно достичь значительно более высокой эффективности рекуперации энергии в системах обратного осмоса , чем при использовании реверсивных насосов или турбин.Система обмена давления подходит, прежде всего, для более крупных установок, т.е. ок. Производство пермеата ≥ 2000 м3/сут.

См. также

Ричард Стовер был пионером в разработке устройства рекуперации энергии, которое в настоящее время используется на большинстве установок опреснения морской воды обратным осмосом.

Ссылки

^ № 870016 , Лейф Дж. Хауге
^ Патент США 4887942 , Лейф Дж. Хауге, «Обменник давления для жидкостей», выдан 2 сентября 1988 г.
^ Система обратного осмоса

[1] № 870016 , Лейф Дж. Хауге

[2] Патент США 4887942 , Лейф Дж. Хауге, «Обменник давления для жидкостей», выдан 2 сентября 1988 г.

[3] Система обратного осмоса

[1]

[2]

[3]