Цветковская Л.Н. Газификационные установки. Для студентов специальности Криогенная техника и технология
Подождите немного. Документ загружается.
через специальный трехходовый вентиль 18 ( рис. 10 ). Наряду с этим колебания
давлений гасятся баллонами - компенсаторами 15 ( рис. 10 ).
Включение прибора в работу происходит периодически ( только во
время измерения уровня ).
2.2. Транспортные криогенные цистерны
Такие цистерны предназначены для хранения и перевозки больших
количеств криогенных жидкостей / 1 /. В качестве изоляции в транспортных
цистернах для кислорода, азота и аргона используется вакуумно - порошковая
(50% аэрогеля + 50 % перлита по массе ) или экранно - вакуумная изоляция.
Транспортные цистерны типа ЦТК:
ЦТК - 0,5 / 0,25; ЦТК - 1,0 / 0,25; ЦТК - 1,6 / 0,25; ЦТК - 2,5 / 0,25;
ЦТК - 3,2 / 0,25; ЦТК - 5,0 / 0,25; ЦТК - 6,3 / 0,25; ЦТК - 8,0 / 0,25 ;
ЦТК -10,0 / 0,6.
В числителе указана гидравлическая емкость цистерны, м
3
, а в
знаменателе максимальное рабочее давление, МПа.
Из приведенных выше типов цистерн только ЦТК - 0,5 /0,25
вертикальная, остальные горизонтальные.
Цистерна ЦТК - 0,5 /0,25 имеет массу примерно 250 кг. Гидравлическая
емкость цистерны 0,5 м
3
, максимальное избыточное давление в цистерне
0,25 МПа. Внутренний сосуд, имеющий форму вертикального цилиндра с
эллиптическим днищем, выполнен из стали 12Х18Н10Т и подвешен на
горловине из трубы 100 х 1 мм. К нижней части цистерны приварена опора .
Кожух выполнен из алюминиевого сплава Амг5. Изоляция сосуда экранно -
вакуумная. Суточная испаряемость при хранении азота 1.1 % .
Транспортные цистерны типа ЦТ:
ЦТ - 25 / 0,25; ЦТ - 20 / 1,8;
22
Транспортные цистерны большой емкости типа ЦТ предназначены для
перевозки криогенных жидкостей и состоят из тягача и полуприцепа- цистерны.
Полуприцеп-цистерна состоит из резервуара с зкранно-вакуумной изоляцией,
арматурного шкафа с запорной, предохранительной и регулирующей арматурой,
а также испарителя для повышения давления.
Полуприцеп-цистерна укомплектована тягачом.
Цистерна типа ЦТП - 25 / 0,6 используется для транспортирования
сжиженного природного газа и укомплектована тягачом.
Цистерна типа ЦТВ - 45 /1,0 используется для перевозки жидкого
водорода и укомплектована тягачом.
Для перевозки жидких криогенных продуктов в больших количествах
выпускаются железнодорожные цистерны вместимостью 30 и 45 м
3
, а для
перевозки жидкого водорода вместимостью 100 м
3
. Цистерны имеют вакуумно -
порошковую изоляцию.
2.3. Стационарные криогенные резервуары для кислорода, азота и
аргона
Основными типами резервуаров являются крупные криогенные емкости
вместимостью от 5 до 1400 м
3
, предназначенные для стационарной установки. В
настоящее время существует унифицированный ряд криогенных резервуаров
объемом 3, 8, 25, 63, 50, 100, 225 и 1400 м
3
/ 13
/:
РЦВ - 3 / 1,6; РЦВ - 8 / 1,6; РЦВ - 25 / 1,6 ; РЦВ - 63 / 0,5; РЦВ - 63 / 2,5;
РЦГ - 50 / 0,5; РЦГ - 100 / 0,5; РЦГ - 225 / 0,5; РС - 1400 / 0,4; РС - 1400 / 1.
Резервуары типа РЦВ - вертикальные, типа РЦГ - горизонтальные и
типа РС - сферические. Они предназначены для хранения и выдачи жидких
кислорода, азота, аргона и водорода.
Вертикальные и горизонтальные резервуары объемом до 225 м
3
включительно транспортабельны, т.е. изготовляются в заводских условиях и
перевозятся в собранном виде к месту монтажа железнодорожным или
автомобильным транспортом. Резервуары типа РС - 1400 монтируются из
профильных лепестков транспортабельных габаритов на месте их последующей
эксплуатации. Резервуары РЦВ - 3 и РЦВ - 8 имеют вакуумно-порошковую
23
изоляцию, остальные экранно-вакуумную, причем число экранов варьируется в
зависимости от вида хранимого продукта.
Резервуары типа РЦВ имеют однотипные конструктивные решения.
Внутренний сосуд и кожух опираются на фундамент с помощью коаксиально
расположенных трубчатых опор ( рис.13 ). В некоторых резервуарах типа РЦГ
внутренний сосуд крепится на подвесках.
Рис.13. Трубчатая опора резервуара
1 - внутренний сосуд; 2 - наружный кожух; 3 - трубчатая опора; 4 - изоляция.
Резервуары РЦВ - 3/1,6 , РЦВ - 8/1,6 и РЦВ - 25/1,6 рассчитаны на
рабочее давление 1,6 МПа и предназначены, прежде всего, для комплектации
холодных газификаторов жидких азота, кислорода и аргона. Однако по своей
конструкции они удобны для эксплуатации в составе любых криогенных
систем. Конструктивные решения резервуаров РЦВ одинаковы: резервуары РЦВ
- 3 / 1,6 и РЦВ - 8 / 1,6 так же, как и РЦВ -25 / 1,6 и РЦВ - 63 / 0,5
отличаются только высотой цилиндрической части и в зависимости от рабочего
давления изменяется толщина стенки внутреннего сосуда или марка стали.
Горизонтальные резервуары имеют два опорных пояса, внутренний сосуд
крепится на подвесках.
Для достижения и поддержания в изоляционном пространстве давления
10
-2
10
-3
Па на внутреннем сосуде располагаются три адсорбционных кармана, в
которые встроены змеевики для регенерации адсорбента горячим газом. Вакуум
в изоляционных полостях поддерживается с помощью криосорбционных насосов
в течении 3 - 5 лет. Регенерация адсорбента производится без нарушения
герметичности изоляционной полости.
Техническое освидетельствование криогенных стационарных резервуаров
производится перед пуском в работу и через 10 лет эксплуатации путем
24
проверки изоляционной полости, проведения пневматических испытаний
внутреннего сосуда пробным давлением и проверки герметичности внутреннего
сосуда после испытания.
2.4. Цистерны для хранения и транспортирования жидких гелия,
водорода и неона
Для хранения гелия, водорода и неона в жидком виде разработаны два
типа стационарных резервуаров РЦВГ - 40 / 0,07 и РЦВГ - 1,25 / 0,07 объемом
40м
3
и 1,25 м
3
соответственно на рабочее давление 0,07 МПа.
Характеристики резервуаров:
РЦВГ- 1,25 / 0,07
габаритные размеры 1600 х 2160;
суточные потери гелия 0,8 %;
РЦВГ - 40 / 0,07
габаритные размеры 3680 х 11200;
суточные потери гелия 0,36 %;
суточные потери азота 3,2 % .
Для хранения и транспортирования гелия и неона разработаны три типа
резервуаров: ЦТГ - 0,5 / 0,07; ЦТГ - 2,5 / 0,07; ЦТГ - 5,0 / 0,6, емкостью 0,5 м
3
,
2,5 м
3
и 5 м
3
соответственно. Все типы резервуаров кроме ЦТГ - 0,5 /0,07
выполняются с азотным охлаждением экранов.
Характеристики некоторых резервуаров:
ЦТГ - 5 ,0 / 0,6
объем резервуара для гелия 5000 л;
габаритные размеры 2300 х 2300 х 6500;
масса порожнего резервуара 5000 кг;
суточная испаряемость гелия 0,5 %;
суточная испаряемость азота 10 %.
25
ЦТГ - 2,5 / 0,07
объем резервуара для гелия 2500 л;
габаритные размеры 2100 х 2300 х 5000;
масса порожнего резервуара 3300 кг;
суточная испаряемость гелия 0,6 %;
суточная испаряемость азота 10 %.
На рис.14 представлена принципиальная схема цистерны с азотным
охлаждением.
Рис. 14. Схема цистерны с азотным охлаждением: 1 - вакуумно-порошковая
изоляция; 2- высоковакуумная изоляция; 3 - экраны; 4 - экранно- вакуумная
изоляция; 5 - азотная ванна; 6 - наружный кожух ; 7 - баллоны с гелием.
Для снижения теплопритоков от азотного экрана между ним и
гелиевым сосудом расположен промежуточный медный экран, покрытый для
уменьшения степени черноты алюминизированной пленкой. Промежуточный
экран охлаждается парами гелия .
Внутренний сосуд и азотный экран изготовлены из стали 12Х18Н10Т,
кожуха из сплава алюминия.
Крупные резервуары для жидких водорода и гелия, как правило, не имеют
испарителя. В испарителе жидкого водорода возможно накопление твердого
кислорода, что представляет опасность . Гелий в баллоне используется для
повышения давления во внутреннем сосуде при раздаче жидкого гелия
26
потребителю . Необходимый запас гелия 4 баллона емкостью по 40 л . Гелий из
баллонов подается через редуктор .
Цистерна типа 5,0 /0,6 рассчитана на более высокое давление по
сравнению с другими цистернами . Это позволяет во время транспортирования
в течение определенного времени не сбрасывать испаряющийся гелий в
атмосферу. Например, при хранении гелия без сброса газа давление в этой
цистерне будет повышаться с 0,1 до 0,6 МПа в течение 27 суток.
2.5. Резервуары для хранения жидкого фтора
Хранить жидкий фтор довольно сложно, так как пары фтора очень
токсичны и бурно взаимодействуют с веществами, накапливающимися в
процессе хранения ( отложениями ).
Перед заполнением фтором резервуар проверяют на герметичность,
затем очищают от загрязнений, обрабатывают травильными растворами,
промывают и сушат.
Поперечный разрез резервуара представлен на рис.15.
Рис. 15 Поперечный разрез резервуара для жидкого фтора
1 - внутренний резервуар для жидкого фтора; 2 - промежуточный
резервуар для жидкого азота; 3 - внешний ( наружный ) резервуар с
вакуумно-порошковой изоляцией.
Резервуары для хранения жидкого фтора отличаются наличием трех
оболочек. Жидкий фтор хранят в переохлажденном состоянии. Избыточное
давление в сосуде примерно 0,007 МПа. Изоляция вакуумно - порошковая.
Переохлажденный жидкий фтор хранится без потерь, так как при теплопритоке
27
из окружающей среды сперва испаряется азот. Перекачивают фтор
передавливанием с помощью осушенного гелия.
При хранении фтора может возникнуть необходимость улавливания и
нейтрализации некоторых количеств паров фтора. В таких случаях фтор
связывают в виде менее агрессивных и токсичных соединений. Например, пары
фтора направляют в пламя природного газа и сжигают. Кроме того,
используется известковый химический поглотитель.
Резервуар оснащен сигнальными устройствами и датчиками,
контролирующими содержание паров фтора в атмосфере. Емкость с жидким
фтором всегда закрыта и открывается только при сливе и заполнении.
Хорошая изоляция обеспечивает хранение жидкого фтора в течение нескольких
недель без добавления жидкого азота в промежуточный резервуар.
Выдача жидкого фтора производится двумя способами:
посредством подачи гелия в пространство над зеркалом жидкости;
за счет испарения жидкого фтора, для чего через змеевик, погруженный в
жидкий фтор, пропускают теплый газообразный азот.
3. Передавливание жидкости под действием разности
давлений
Использование разности давлений в сосудах было первым способом,
который применялся для передавливания ( переливания ) больших количеств
жидкости из одного сосуда в другой. На рис.16 представлена схема
передавливания жидкости под действием разности давлений.
28
Рис. 16. Схема передавливания жидкости под действием разности давлений
1 - вентиль испарительного змеевика; 2 - испарительный змеевик;
3 - питающий сосуд; 4 - вентиль для заливки; 5 - предохранительный
клапан; 6 - переливной вентиль; 7 - сильфонное соединение; 8 - вентиль
для отвода жидкости; 9 - продувочный вентиль; 10 - сосуд для хранения
жидкости.
При открытии вентиля 1, регулирующего повышение давления,
жидкость под действием статического напора поступает в испарительный
змеевик 2, а образующийся пар подается в пространство над жидкостью в
сосуде 3, вызывая повышение давления. Если жидкость и пар находятся в
равновесном состоянии, то при увеличении давления в сосуде температура
жидкости должна повышаться. Например, увеличение давления в сосуде с
жидким кислородом от 0 до 0.1 МПа приведет к повышению температуры
поверхности жидкости, соприкасающейся с паром, от 90 до 97 К за счет
конденсации некоторого количества пара. При спокойной поверхности
температура основной массы жидкости будет по-прежнему 90 К. Градиент
температуры появляется только в тонком слое на поверхности, и уже на
глубине примерно 2,5 см температура жидкости остается неизменной. Это
явление используется для обеспечения бескавитационного режима при подаче
жидкости в насос.
Когда из сосуда с повышенным давлением начинается выпуск жидкости,
в основной массе жидкости возникают потоки и верхний слой ее
29
перемешивается. В результате происходит дополнительная конденсация пара, а
давление в сосуде уменьшается. Поэтому при передавливании необходимо
поддерживать давление в сосуде, увеличивая подачу жидкости в испарительный
змеевик.
При передавливании жидкости в сосуд, сообщающийся с атмосферой,
газ, который сконденсировался при повышении давления, опять испарится и
уйдет в атмосферу. Эти потери добавляются к потерям жидкости на
охлаждение вентилей, трубопроводов и наполняемого сосуда.
В предельном случае переливаемая жидкость может быть равновесна с
паром высокого давления, и при понижении давления до атмосферного она
охладится до новой равновесной температуры за счет частичного испарения. Во
избежание больших потерь жидкости при переливании не следует допускать
равновесия в сосуде, находящимся под давлением. Следует исключить
перемешивание верхнего слоя жидкости и использовать небольшие давления для
передавливания.
Потери на испарение при снижении давления над жидким кислородом
в состоянии насыщения представлены на рис.17.
Рис.17. Потери на испарение при снижении давления над
жидким кислородом в состоянии насыщения.
В ракетной технике бывает целесообразно использовать один и тот же
газ из сосуда высокого давления для одновременного передавливания жидкого
кислорода и жидкого топлива. Идеальным газом для этой цели является гелий,
30
который не реагирует с кислородом и топливом, и благодаря низкой
температуре кипения, не конденсируется на поверхости жидкого кислорода.
Однако часто для этой цели приходится использовать азот, так как количество
гелия ограничено.
4. Устройство и работа газификационной установки с
насосом типа Г - 7,4 - 0,25 / 20
Эта установка ( рис. 18 ) стационарная и предназначена для
хранения жидкого кислорода, азота, аргона, аргонно-кислородной
смеси и газификации в баллоны и другие емкости до давления
19,6 МПа, а также при работе в линию при давлении до 3,9 МПа.
Рис. 18 Схема газификационной установки
1- цистерна; 2- вентиль газосброса; 3- вентиль испарителя; 4- вентиль
опорожнения шланга; 5- вентиль насоса; 6- вентиль подачи жидкости в
насос; 7- вентиль отвода газа из насоса; 8- предохранительный вентиль; 9-
продувочный вентиль; 10- испаритель подъема давления; 11- вентиль
сброса давления; 12- насос; 13 - вакуумный вентиль; 14- мембрана кожуха;
15- продукционный испаритель; 16- вентилятор; 17 – манометр цистерны;
18 - термореле; 19 – манометр; 20 – подогреватель; 21 – предохранительный
клапан рампы; 22 – фильтр.
31