КРИОГЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД

Полезная модель относится к трубопроводам, предназначенным для передачи криогенных жидкостей (КЖ) самотеком из хранилища к потребителю, например сжиженного природного газа (СПГ).
Известны устройства для выпуска сжиженного газа (пропан, бутан) из резервуаров низкого давления (А.С. 787771 СССР, М. Кл. F 17 С 9/00, А.С. 941773 СССР, М. Кл. F 17 С 9/00), задачей которых является создание внутри резервуара начального избыточного давления, при котором за время слива жидкости в трубопроводе не произойдет фазовых переходов.
Недостатком данных устройств является невозможность их применения для передачи КЖ (СПГ, сжиженный азот, кислород, водород, гелий) по причине вскипания КЖ при достаточно низких температурах (-100 °С и ниже), которое не подавляется повышением давления, и может привести к образованию паровых пробок в стояках трубопровода. Для каждого газа существует определенная критическая температура, выше которой газ никаким давлением не может быть сжижен (Скафтымов Н.А. Основы газоснабжения. Л., «Недра», 1975, 343 с.).
Известен трубопровод для слива криогенной жидкости (А.С. 815410 СССР, М. Кл. F 16 L 9/18), содержащий теплоизолированный трубопровод типа "труба в трубе" с элементами сужения потока, установленными во внутренней трубе и образующими с ней полости, соединенные с межтрубным пространством посредством отверстий, выполненных по периметру внутренней трубы для отвода паровой фазы в межтрубное пространство.
Недостатком данного устройства является ненадежная работа трубопровода вследствие возможности скопления пузырьков пара выше элемента сужения потока и, как следствие, образования паровой пробки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности самотечной передачи криогенной жидкости по трубопроводу из хранилища к потребителю путем удаления паровой фазы по всей длине трубопровода и возврата в хранилище образовавшейся паровой фазы.
Технический результат полезной модели по обеспечению возможности самотечной передачи криогенной жидкости по трубопроводу достигается за счет конструктивных особенностей модели, а именно: модель выполнена в виде трубопровода с П-образным газопроводом, расположенным вертикально, для удаления паровой фазы из полости рабочего трубопровода; в полости рабочего трубопровода выполнена вертикальная перегородка с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, для улавливания паровой фазы; к рабочему трубопроводу и емкости с криогенной жидкостью посредством газопроводов присоединен ресивер; форвакуумный насос установлен на обратной линии газопровода с целью перемещения паровой фазы из ресивера в емкость с криогенной жидкостью.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично показан криогенный трубопровод с обвязкой газопроводами; на фиг.2 - поперечный разрез А-А трубопровода, показывающий расположение перегородки и ее крепление в полости трубопровода, и продольный разрез Б-Б, показывающие расположение отверстий.
Полезная модель криогенного трубопровода содержит емкость 1 с криогеной жидкостью, запорный орган 2, рабочий трубопровод 3, вертикальную перегородку 4 с отверстиями, упоры 5 для фиксации перегородки в полости трубопровода, теплоизоляцию 6, П-образный газопровод 7 с запорными органами, ресивер 8, обратную линию газопровода 9 с запорными органами, форвакуммный насос 10.
Полезная модель работает следующим образом.
При открытии запорного органа 2 криогенная жидкость из емкости 1 потечет по рабочему трубопроводу 3 к потребителю (на рис. не показан) за
счет гидростатического напора (самотеком). При этом на вертикальном участке трубопровода 3 будет образовываться паровая фаза в результате вскипания криогенной жидкости. Следует отметить, что при неустановившемся гидравлическом и тепловом режиме трубопровода посреди потока КЖ паровая фаза отсутствует, так как в центре потока более низкая температура КЖ; паровая фаза образуется на стенках трубопровода в виду их более высокой температуры, обусловленной передачей тепла через стенки трубопровода (Филин Н.В. Особенности неустановившихся процессов при транспортировании жидких продуктов по магистралям криогенных систем //Процессы, технология и контроль в криогенном машиностроении /НПО Криогенмаш. - 1978. - Вып. 19. - С.3-17). Эффективная теплоизоляция 6 служит для максимально возможной компенсации теплопритоков к КЖ и, как следствие, минимизации объемов образования паровой фазы. Для улавливания паровой фазы выполнена вертикальная перегородка 4 с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, через которые образовавшаяся паровая фаза проникает в паровое пространство трубопровода 3, затем по П-образному газопроводу 7 за счет разряжения, образовавшегося при опорожнении емкости 1 и работы форвакуумного насоса 10, направляется в ресивер 8, откуда по обратной линии газопровода 9 возвращается обратно в емкость 1. Возвращаемый газ создает дополнительное давление в емкости 1 на поверхность криогенной жидкости, что ускоряет процесс слива криогенной жидкости.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение трубопровода с П-образным газопроводом, расположенным вертикально, позволяет удалить паровую фазу из полости рабочего трубопровода; выполнение в полости рабочего трубопровода вертикальной перегородки с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, способствует улавливанию паровой фазы из потока КЖ; присоединение ресивера к рабочему трубопроводу и емкости с криогенной жидкостью посредством газопроводов и установка форвакуумного насоса на обратной
линии газопровода обеспечивает передачу паровой фазы из рабочего трубопровода в ресивер и далее в опорожняемую емкость.
В результате использования данного устройства достигается поставленная техническая задача, а именно, обеспечивается возможность передачи криогенной жидкости по трубопроводу путем удаления паровой фазы по всей длине рабочего трубопровода и возврат ее в емкость с криогенной жидкостью.