Контейнер-цистерна

Полезная модель относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей и может быть использована на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте, а именно для проведения сливо-наливных операций и временного хранения охлажденных сжиженных газов класса опасности 2.
Из уровня техники известна криогенная емкость для сжиженного газа, состоящая из внутреннего контейнера из коррозионностойкого металла, слоя теплоизоляции, выполненного на основе вакуумной технологии, и наружной оболочки. Наружная оболочка выполнена в виде дополнительного слоя теплоизоляции из композиционного материала (патент RU 2194917, МПК F17C 3/00, опубл. 20.12.2002).
Недостатком известного решения является сложность изготовления наружной оболочки из композитных материалов, увеличенная масса внутреннего сосуда из коррозионностойкой стали. Еще одним недостатком является сложность выполнения вакуумно-плотного соединения между стальным трубопроводом и внешним сосудом из композитного материала.
Известен контейнер-цистерна, содержащий цилиндрический котел с днищами, две металлические прямоугольные торцевые рамы со стойками, верхними и нижними поперечными балками, верхними и нижними грузозахватными фитингами, закрепленными по углам на стойках и поперечных балках, верхними и нижними диагональными распорками, соединяющими стойки с поперечными балками, две металлические нижние треугольные опоры с основаниями из нижних поперечных балок торцевых рам и со сторонами из нижних диагональных опорных балок прямоугольного профиля, закрепленных по две с каждой стороны котла одними концами на нижних грузозахватных фитингах, другими, имеющими цилиндрический участок сопряжения с цилиндрической поверхностью котла, - на последнем через по меньшей мере одну металлическую цилиндрическую панель с кривизной, соответствующей кривизне наружной цилиндрической поверхности котла, и, при необходимости, охватывающие цилиндрический котел металлические кольца, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно по меньшей мере четырьмя, аналогичными нижним, металлическими боковыми треугольными опорами, расположенными по две на каждой продольной боковой стороне цилиндрического котла, имеющими в качестве оснований стойки торцовых рам, а в качестве сторон - аналогичные нижним диагональные опорные балки, с образованием из всех треугольных опор, включая нижние, и прямоугольных торцевых рам пространственного силового каркаса, при этом диагональные опорные балки закреплены аналогично нижним на соответствующих нижних и верхних грузозахватных фитингах и цилиндрическом котле, а металлические цилиндрические панели скреплены с цилиндрическим котлом непосредственно или через охватывающие цилиндрический котел металлические кольца. Цилиндрический котел с днищами выполнен из металла или из композиционного материала и оснащен пространственным силовым каркасом (патент RU 2115606, МПК B65D 88/12, опубл. 20.07.1998).
Недостатком известного решения является сложность, при условии его изготовления из композитных материалов, и завышенная общая масса, при условии его изготовления из металла. Также недостатком являются дополнительные затраты материалов для изготовления мест опор сосуда из композитных материалов на торцевые рамы контейнера, а также сложность выполнения надежного соединения трубопроводов коммуникаций с наружной оболочкой из композитных материалов. Появляется необходимость изготовления дополнительных элементов крепления с помощью болтовых соединений, что негативно сказывается на качестве соединения в условиях повышенной вибрации при транспортировке контейнера.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является контейнер-цистерна, состоящий из цилиндрической обечайки с днищами, жестко скрепленными с двумя торцевыми рамами, внутреннего сосуда из алюминиевого сплава, имеющего экранно-вакуумную изоляцию и опирающегося на цилиндрическую обечайку посредством установки низкотеплопроводных опор, расположенных под углом к вертикальной оси, и закрепленного от осевого вращения цепными подвесами, при этом пространство между оболочкой и внутренним сосудом заполнено вакуумом, к внутреннему сосуду из алюминиевого сплава присоединены биметаллические пластины, которые одной частью из алюминиевого сплава швом вварены во внутренней сосуд, а к другой их части из нержавеющей стали швом приварены трубопроводы системы, коммуникаций. Цилиндрическая обечайка выполнена из конструкционной низколегированной стали (патент RU 197246, МПК B65D 88/12, опубл. 14.04.2020).
Недостатком ее по сравнению с заявляемой полезной моделью является использование биметаллических пластин, в результате сварки которых возможно отслоение в зоне контакта двух материалов под воздействием повышенных температур в зоне сварки.
Технической задачей, на выполнение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание надежной конструкции контейнера-цистерны с внутренним сосудом из алюминиевого сплава для хранения и транспортировки криопродуктов, которая была бы технологичной в изготовлении, простой в сборке и не дорогой по затратам.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности конструкции, улучшение эксплуатационных свойств контейнер-цистерны с внутренним сосудом из алюминиевого сплава.
Технический результат достигается за счет того, что внешний сосуд выполнен из аустенитной нержавеющей стали, для сварки трубопроводов системы коммуникаций вместо биметаллических пластин используют биметаллические переходники, а вместо рамы применяются П-образные шпангоуты, приваренные с внутренней стороны внешнего сосуда и закрепленные по всей длине окружности внутреннего сосуда.
Таким образом, основным отличиями заявляемой полезной модели от прототипа являются:
1. Применение биметаллических переходников для надежного соединения трубопроводов системы коммуникаций из нержавеющей стали к внутреннему сосуду из алюминиевого сплава, имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием биметаллических пластин. Сварка биметаллических пластин имеет отрицательный фактор в виде возможного отслоения в зоне контакта двух материалов под воздействием повышенных температур в зоне сварки. При сварке биметаллических втулок появляется возможность отдалить зону термического влияния от зоны контакта двух материалов.
2. Применение П-образных шпангоутов, а именно приваренных с внутренней стороны внешнего сосуда, позволяет максимально увеличить межстеночное пространство между внутренним и внешним сосудами, не уменьшая при этом объем внутреннего сосуда. В предлагаемой конструкции П-образные шпангоуты закреплены по всей длине окружности внутреннего сосуда, что позволяет уменьшить общее количество усилителей, не ухудшая прочностных характеристик сосуда. Данное решение существенно облегчает сборку танк-контейнера, увеличивает объем вакуумной изоляции, что позволяет лучше удерживать температуру внутреннего сосуда и уменьшает теплопритоки от воздействия температуры окружающей среды. Применение в предлагаемой конструкции низкотеплопроводных опор для крепления внутреннего и наружного сосудов, симметрично расположенных по торцам и по боковым поверхностям цистерны, вдоль центральных осей, значительно облегчает процесс сборки танк-контейнера и увеличивает надежность крепления сосудов. Данная конструкция низкотеплопроводных опор позволяет компенсировать линейные расширения внутреннего сосуда под воздействием криогенных температур.
3. Значительное уменьшение материальных затрат на сварочные работы в связи с применением технологии сварки трением с перемешиванием для формирования карты раскроя внутреннего сосуда из алюминиевого сплава.
4. Внешний сосуд выполнен из аустенитной нержавеющей стали, что повышает коррозионную стойкость и увеличивает срок службы изделия. Эксплуатационные свойства сосуда из алюминиевого сплава под воздействием криогенных температур выше, чем у сосуда из аустенитной нержавеющей стали при уменьшении весовых характеристик.
Сущность полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей, где на фиг. 1 представлен общий вид контейнера в изометрии, на фиг. 2 изображено крепление внутреннего сосуда из алюминиевого сплава к внешнему сосуду из аустенитной нержавеющей стали с помощью низкотеплопроводного соединения, на фиг. 3 изображено соединение биметаллического переходника (сталь-алюминий) с сосудом из алюминиевого сплава, на фиг. 4 изображено упрочнение внешнего сосуда для сопротивления воздействия вакуума на внешнюю обечайку.
Контейнер-цистерна включает (изображено на фиг. 1-4): 1 - раму контейнер-цистерны, 2 - внешний сосуд, выполненный из нержавеющей стали, 3 - трубопроводы системы коммуникации, 4 - технологический ящик, 5 -усиливающую пластину, 6 - опорную пластину, 7 - атмосферный испаритель, 8 - втулку, выполненную из алюминиевого сплава, 9 - стальной стакан, 10 - стеклотекстолитовую втулку, 11 - внутренний сосуд, выполненный из алюминиевого сплава, 12 - фланец из алюминиевого сплава, 13 - биметаллический переходник (сталь-алюминий), 14 - П-образные шпангоуты.
На фиг. 1 указана рама контейнера-цистерны (1), к которой жестко с помощью усиливающих пластин (5) и опорных пластин (6) прикреплен внешний сосуд (2). С помощью трубопроводов системы коммуникаций (3) осуществляется заполнение и слив криопродукта, а также другие технологические операции, необходимые для нормального функционирования контейнер-цистерны. Управление трубопроводами осуществляется с помощью арматуры, установленной в технологическом ящике (4). Также в составе контейнер-цистерны предусмотрен атмосферный испаритель (7), предназначенный для увеличения параметров давления при отборе криопродукта, а также для создания избыточного давления во внутреннем сосуде контейнер-цистерны в соответствии с требуемым эксплуатационным значением.
На фиг. 2 представлено крепление внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава к внешнему сосуду (2), выполненному из аустенитной нержавеющей стали, с помощью низкотеплопроводного соединения. К внутреннему сосуду (11) приваривается втулка (8) из алюминиевого сплава, к внешнему сосуду (2) приваривается стальной стакан (9). Соединение между ними обеспечивается за счет низкотеплопроводной стеклотекстолитовой втулки (10), что обеспечивает низкую теплопередачу между внутренним и внешним сосудами.
На фиг. 3 представлено соединение стального трубопровода к днищу внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава. Биметаллический переходник (сталь-алюминий) (13) вваривается алюминиевой частью во фланец (12) из алюминиевого сплава, который, в свою очередь, приваривается к днищу внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава. Данный способ соединения стального трубопровода с днищем внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава позволяет уменьшить тепловые вложения в зону биметалла во время приварки алюминиевой части к днищу.
На фиг. 4 изображено упрочнение внешнего сосуда для сопротивления воздействия вакуума на внешнюю обечайку. С внутренней стороны внешнего сосуда (2) привариваются П-образные шпангоуты (14). П-образные шпангоуты (14) имеют достаточную ширину в продольном направлении оси внешнего сосуда (2), для того чтобы приваривать их с помощью лазерной сварки с внешней стороны обечайки. Данное техническое решение значительно ускоряет процесс сварки П-образных шпангоутов (14) к внешнему сосуду (2), а также уменьшает их количество для предотвращения разрушения внешнего сосуда (2) от воздействия вакуума.
Контейнер-цистерна имеет следующие типоразмеры в соответствии с ГОСТ Р 53350-2009 (ИСО 668:2020):
Контейнер-цистерна для транспортирования и хранения жидких криопродуктов состоит из внешнего сосуда (2) цилиндрической формы, закрытого с обоих концов днищами, жестко скрепленными с торцевыми рамами контейнер-цистерны с грузозахватными элементами (фитингами) с помощью усиливающих пластин (5) и опорных пластин (6) и усиленными П-образными шпангоутами (14), внутреннего сосуда из алюминиевого сплава (11), имеющего экранно-вакуумную изоляцию и опирающегося на цилиндрический внешний сосуд (2) посредством установки низкотеплопроводных опор, симметрично расположенных по торцам и по боковым поверхностям контейнер-цистерны вдоль центральных осей. К внутреннему сосуду (11) из алюминиевого сплава приваривается втулка (8) из алюминиевого сплава, к внешнему сосуду (2) приваривается стальной стакан (9). Соединение между ними обеспечивается за счет низкотеплопроводной стеклотекстолитовой втулки (10). Данная конструкция низкотеплопроводных опор позволяет компенсировать линейные расширения внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава под воздействием криогенных температур.
Пространство между внешним сосудом (2) и внутренним сосудом (11) из алюминиевого сплава заполнено вакуумом. Контейнер-цистерна имеет технологический ящик (4) для монтажа трубопроводов системы коммуникации (3) с запорно-предохранительной арматурой (позицией не обозначена).
Для надежного крепления трубопроводов системы коммуникаций (3) из нержавеющей стали к внутреннему сосуду (11) из алюминиевого сплава приварены биметаллические переходники (сталь-алюминий) (13), которые одной частью (алюминиевый сплав) приварены через фланец (12) из алюминиевого сплава к внутреннему сосуду из алюминиевого сплава (11), а к другой их части (нержавеющая сталь) швом приварены трубопроводы системы коммуникаций (3). Данный способ соединения стального трубопровода с днищем внутреннего сосуда (11) из алюминиевого сплава позволяет уменьшить тепловые вложения в зону биметалла во время приварки алюминиевой части к днищу. С внутренней стороны внешнего сосуда (2) привариваются П-образные шпангоуты (14).