КРИОГЕННАЯ ГАЗИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
CRYOGENIC GASIFICATION PLANT

Изобретение относится к криогенной технике и широко может быть использовано как в криогенных стационарных, так и транспортных газификационных установках, цистернах и полуприцепах для перевозки криогенных жидкостей и в криогенных топливозаправщиках для СПГ. Известен криогенный топливозаправщик для СПГ, содержащий криогенную цистерну, смонтированную на раме автомобиля, бак, выполненный в виде криостата, погружной насос с погружным электроприводом, смонтированный на крышке бака и погруженный во внутренний сосуд бака, при этом внутренний сосуд бака подключен жидкостным и газовым трубопроводами к криогенной цистерне, систему технологических трубопроводов с клапанами и приборами контроля, устанавливаемых в автономном щите.(Криогенные топливозаправщики для СПГ - Gryobak, grjobak.ru>…toplivozapravshhiki-dlya-spg.html.)
Основными недостатками указанного устройства являются:
- большие эксплуатационные затраты в случае замены погружного насоса при отказе его работы, обусловленные необходимостью проведения сложных технологических операций - перелива жидкого СПГ в другую криогенную емкость, поэтапную замену среды на воздух и отогрева цистерны до комнатных температур;
- уменьшение от 10% до 20% объема внутреннего сосуда цистерны.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому изобретению является криогенная газификационная установка, содержащая криогенную цистерну, выполненную в виде наружного кожуха и внутреннего сосуда, погружного насоса, испаритель наддува, продуктовый испаритель, систему трубопроводов с клапанами, включая трубопровод нижней заправки криогенной жидкостью внутреннего сосуда, трубопровод газосброса, подключенный к газовой подушке внутреннего сосуда, трубопровод подачи криогенной жидкости в продуктовый испаритель, подключенный к погружному насосу, а также приборы контроля. (см. А.Ю. Баранов, Е.В. Соколова «Хранение и транспортировка криогенных жидкостей. Часть 1, стр. 87-89. Санкт-Петербург 2017 г.)
Основными недостатками криогенной газификационной установки являются:
- большие эксплуатационные и временные затраты в случае замены насосного агрегата при отказе его работы, обусловленные необходимостью проведения сложных технологических операций - перелива криогенной жидкости в другую криогенную емкость, поэтапную замену среды на воздух и отогрева цистерны до комнатных температур;
- малое время бездренажного хранения криогенной жидкости из-за больших теплопритоков как от самого насоса, так и от теплового моста, установленного между наружным кожухом и внутренним сосудом.
Цель изобретения - сокращение эксплуатационных и временных затраты при проведение регламентных работ по замене погружного насоса.
Поставленная техническая задача обеспечивается тем, что криогенная газификационная установка, содержащая криогенную цистерну, выполненную в виде наружного кожуха и внутреннего сосуда, погружного насоса, испаритель наддува, продуктовый испаритель, систему трубопроводов с клапанами, включая трубопровод нижней заправки криогенной жидкостью внутреннего сосуда, трубопровод газосброса, подключенный к газовой подушке внутреннего сосуда, трубопровод подачи криогенной жидкости в продуктовый испаритель, подключенный к погружному насосу, а также приборы контроля, погружной насос выполнен с погружным электроприводом, который смонтирован в цилиндрическом корпусе с фланцем для крепления съемной крышки, при этом цилиндрический корпус герметично соединен с верхнем днищем наружного кожуха и высота цилиндрического корпуса равна диаметру наружного кожуха плюс высоте погружного насоса с погружным электроприводом, а во внутреннем сосуде выполнен цилиндр соосно цилиндрическому корпусу с радиальным зазором от 20 мм до 50 мм и в днище наружного кожуха закреплен цилиндрический стакан также соосно цилиндрическому корпусу с радиальным зазором от 20 мм до 50 мм и торцевым зазором от 50 мм до 150 мм относительно днища цилиндрического корпуса, при этом днище цилиндрического корпуса подключено трубопроводом с клапаном к трубопроводу нижней заправки криогенной жидкостью внутреннего сосуда и клапаном для проведения технологических операций при выполнении монтажа или демонтажа погружного насоса с погружным электроприводом, а в съемной крышке установлены тепловой экран на глубину от 200 мм до 500 мм, трубопровод с вакуумным участком, на котором на высоте от 50 мм до 100 мм от днища цилиндрического корпуса закреплен погружной насос с погружным электроприводом и который через съемный участок подключен к трубопроводу подачи криогенной жидкости в продуктовый испаритель, и трубопровод с вакуумным участком, который выполнен на 50-100 мм ниже теплового экрана и также через съемный участок подключен к трубопроводу газосброса, при этом за съемным участком на нем установлены клапан, предохранительный клапан и клапан для проведения технологических операций при выполнении монтажа или демонтажа погружного насоса.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию НОВИЗНА.
На чертеже показана конструктивная схема криогенной газификационной установки, которая может быть выполнена как стационарного, так и транспортного исполнения. Криогенная газификационная установка содержит криогенную цистерну, например, с вакуумной изоляцией, выполненную в виде наружного кожуха 1 и внутреннего сосуда 2, погружной насос 3 с погружным электроприводом, который смонтирован в цилиндрическом корпусе 4 с фланцем 5 для крепления съемной крышки 6, при этом высота цилиндрического корпуса 4 равна диаметру наружного кожуха 1 плюс высоте погружного насоса 3 с погружным электроприводом и цилиндрический корпус 4 герметично соединен с верхним днищем наружного кожуха 1, а во внутреннем сосуде 2 выполнен цилиндр 7 соосно цилиндрическому корпусу 4 с радиальным зазором от 20 мм до 50 мм, а в днище наружного кожуха 1 закреплен цилиндрический стакан 8 также соосно цилиндрическому корпусу 4 с радиальным зазором от 20 мм до 50 мм и торцевым зазором от 50 мм до 150 мм относительно днища цилиндрического корпуса 4, при этом днище цилиндрического корпуса 4 подключено трубопроводом 9 с клапаном 10 и клапаном 11 для проведения технологических операций при выполнении монтажа или демонтажа погружного насоса 3 с погружным электроприводом к трубопроводу 12 нижней заправки с клапаном 13, а в съемной крышке 6 установлены тепловой экран 14 на глубину от 200 мм до 500 мм, трубопровод 15 с вакуумным участком, который через съемный участок 16 подключен к трубопроводу 17 подачи криогенной жидкости в продукционный испаритель 18 и на котором на высоте от 50 мм до 150 мм от днища цилиндрического корпуса 4 закреплен погружной насос 3 с погружным электроприводом, при этом за съемным участком 16 на трубопроводе 17 до продукционного испарителя 18 установлены обратный клапан 19 и клапан 20, а после продукционного испарителя 18 выполнен трубопровод 21 выдачи газообразного продукта потребителю. На съемной крышке 6 закреплен трубопровод 22 с вакуумным участком, который выполнен на 50-100 мм ниже теплового экрана 14 через и также через съемный участок 23 подключен к трубопроводу 24 газосброса с клапаном 25, при этом за съемным участком 23 на нем установлены клапан 26, предохранительный клапан 27 и клапан 28 для проведения технологических операций при выполнении монтажа или демонтажа погружного насоса 3 с погружным электроприводом. В состав системы также входят испаритель 29 наддува, подключенный трубопроводом 30 с клапаном 31 к трубопроводу 12 нижней заправки и трубопроводом 32 к трубопроводу 24 газосброса, уровнемер 33 и датчик давления 34. Контроль за работой погружного насоса 3 с погружным электроприводом, который может быть как поршневым, так центробежным осуществляется с помощью расходомера 35 и датчика давления 36.
Работа криогенной газификационной установки состоит из следующих основных технологических режимов:
- захолаживания и заполнения криогенной жидкостью внутреннего сосуда 2 цистерны;
- подачи погружным насосом 3 с погружным электроприводом криогенной жидкости в продукционный испаритель 18 и выдачи газообразного продукта потребителю;
- замены погружного насоса 3 с погружным электроприводом в случае отказа его в работе.
Захолаживание и заполнение криогенной жидкостью внутреннего сосуда 2 осуществляется по трубопроводу 12 нижней заправки с клапаном 13, параллельно криогенная жидкость по трубопроводу 9 с клапаном 10 поступает в цилиндрический корпус 4, где размещен погружной насос 3 с погружным электроприводом. Отвод паров, образующихся в процессе захолаживания внутреннего сосуда 2, производится по трубопроводу 24 газосброса с клапаном 25, а из объема цилиндрического корпуса 4 по трубопроводу 22, который через съемный участок 23 и клапан 26 подключен к трубопроводу 24 газосброса. В процессе захолаживания клапаны 11, 20, 28 и 31 - закрыты. В процессе захолаживания во внутреннем сосуде 2 осуществляется контроль давления и уровня с помощью уровнемера 33 и датчика давления 34. При достижении номинального значения уровня во внутреннем сосуде 2 закрывают клапаны 13 и 25 и режим работы считается завершенным.
Выдача газообразного продукта потребителю в установке осуществляется за счет подачи погружным насосом 3 с погружным электроприводом криогенной жидкости в продукционный испаритель 18. Для этого предварительно с помощью испарителя 29 наддува, подключенного трубопроводом 30 с клапаном 31 к трубопроводу 12 нижней заправки и трубопроводом 32 к трубопроводу 24 газосброса создают и в дальнейшем с помощью клапана 31 поддерживают давление, обеспечивающее безкавитационный режим работы погружного насоса 3 с погружным электроприводом. Далее открывают клапан 20, производят пуск погружного насоса 3 с погружным электроприводом, после которого криогенная жидкость по трубопроводу 15 с вакуумным участком, на котором на высоте от 50 мм до 150 мм от днища цилиндрического корпуса 4 закреплен погружной насос 3 с погружным электроприводом, поступает через съемный участок 16 в трубопровод 17, с установленными на нем расходомером 35 обратным клапаном 19 и клапаном 20, в продукционный испаритель 18. Рабочие параметры погружного насоса 3 с погружным электроприводом контролируются с помощью расходомера 35 и датчика давления 36 и поддерживаются клапаном 20. В продукционном испарителе 18 криогенная жидкость испаряется и в виде газа с температурой 280K - 290K по трубопроводу 21 выдается из него потребителю. После выдачи необходимого количества продукта потребителю работу погружного насоса 3 с погружным электроприводом останавливают и закрывают клапаны 31 и 20.
В тоже время в процессе эксплуатации по ряду причин может произойти отказ в работе погружного насоса 3 с погружным электроприводом, требующий его замены, который выполняют на станции техобслуживания. Для замены погружного насоса 3 с погружным электроприводом необходимо выполнить следующие регламентные работы:
- закрыть клапаны 10, 13, 20, 25, 26 и 31;
- удалить криогенную жидкость из объема цилиндрического корпуса 4 через клапан 11;
- произвести отогрев погружного насоса 3 с погружным электроприводом до комнатных температур продувкой газообразным азотом через клапаны 28 и 11;
- заменить азот на воздух продувкой воздуха через клапаны 26 и 11;
- отстыковать съемные участки 23 и 16, отсоединить съемную крышку 6 от фланца 5 и вытащить погружной насос 3 с погружным электроприводом из цилиндрического корпуса 4, после чего отсоединить его от трубопровода 15. Для установки рабочего погружного насоса 3 с погружным электроприводом в полость цилиндрического корпуса 4 необходимо выполнить следующие регламентные работы:
- закрепить на трубопроводе 15 рабочий погружной насос 3 с погружным электроприводом, вставить его в полость цилиндрического корпуса 4, соединить с фланцем 5 съемную крышку 6 и пристыковать съемные участки16 и 23 на свои рабочие места;
- провести проверку на герметичность съемных участков 16 и 23 и место соединения фланца 5 и съемной крышки 6, для чего закрыть клапан 11 и подать через клапан 28 азот с давлением, требуемым для проверки на герметичность;
- провести замену азота в полости цилиндрического корпуса 4 рабочим газом через клапан 28 при открытом клапане 11;
- провести захолаживание погружного насоса 3 с погружным электроприводом и заполнение объема цилиндрического корпуса 4 криогенной жидкостью, для чего закрыть клапаны 11 и 28, открыть клапаны 25 и 26, плавно открыть клапан 10. В результате под действием высоты столба криогенной жидкости во внутреннем сосуде 2 произойдет захолаживание погружного насоса 3 с погружным электроприводом и заполнение объема цилиндрического корпуса 4 криогенной жидкостью из объема внутреннего сосуда 2;
- провести контрольный пуск погружного насоса 3 с погружным электроприводом согласно ранее описанному алгоритму.
Таким образом, предложенное техническое позволяет провести замену погружного насоса 3 с погружным электроприводом без проведения сложных технологических операций - перелива криогенной жидкости в другую криогенную емкость, поэтапной замены среды на воздух и отогрева цистерны до комнатных температур, что позволяет на порядок сократить время и стоимость эксплуатационных затрат и что не менее важно это решение позволяет увеличить от 10% до 20% объем цистерны в транспортных газификационных установках, цистернах и полуприцепах для перевозки криогенных жидкостей и в криогенных топливозаправщиках для СПГ.
Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решении дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и « промышленная применяемость».