КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ КРИОПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для хранения и транспортирования жидких криогенных продуктов, в том числе сжиженного природного газа.
Известен резервуар для хранения и транспортирования взрывчатой криогенной жидкости, состоящий из кожуха, внутреннего сосуда с теплоизоляцией и патрубками для заполнения и опорожнения жидкостью, плавающей крышки с отверстиями и выносного конденсатора паров жидкости, при этом плавающая крышка имеет в верхней части пористую пластину с размерами пор менее критических пламягасящих каналов, а отверстия в крышке выполнены в виде конических камер, в которых расположены сферические клапаны (RU 2315901, 10.06.2004 г.).
Недостатком конструкции резервуара является наличие множества жестких элементов, соединяющих внутренний сосуд с кожухом: опор внутреннего сосуда, трубопроводов, - которые являются мостиками переноса тепловой энергии от внешней среды к криогенной жидкости. За счет этого снижается эффективность теплоизоляции внутреннего сосуда, вследствие чего интенсифицируется испарение криогенной жидкости и необходимо наличие непрерывно работающего конденсатора паров, что способствует повышению материалоемкости конструкции, повышению стоимости и усложнению эксплуатации резервуара.
Известна цистерна для транспортировки сжиженного природного газа, содержащая основную оболочку, закрепленную на автомобильной либо железнодорожной платформе, внутри которой размещен сосуд для перевозки сжиженного природного газа, а пространство между основной оболочкой и сосудом заполнено изолирующим материалом, при этом между основной оболочкой и сосудом для перевозки сжиженного природного газа установлена и закреплена дополнительная оболочка, а пространство между основной и дополнительной оболочкой используют для перевозки жидкостей, имеющих температуру кипения выше температуры окружающего воздуха и температуру плавления, сопоставимую с температурой кипения перевозимой криогенной жидкости, пространство между дополнительной оболочкой и сосудом заполнено изолирующим материалом (RU 115309, 21.07.2011 г.).
Недостатки известного решения заключаются в значительном усложнении конструкции и эксплуатации за счет наличия промежуточной емкости, в которой необходимо содержать жидкость, имеющую температуру плавления, сопоставимую с температурой кипения перевозимой криогенной жидкости, и наличия большого количества жестких элементов - трубопроводов, арматуры, опорных узлов - соединяющих оболочки емкостей и являющихся мостиками переноса тепла между оболочками, что снижает эффективность теплоизоляции перевозимой криогенной жидкости.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является контейнер-цистерна для жидких криопродуктов, содержащий каркас, теплоизоляцию, цилиндрический котел с двумя силовыми поясами, каждый из которых снабжен двумя устройствами для компенсации температурных деформаций, выполненными в виде подвижной пары типа "ласточкин хвост", одна из деталей которой с одной стороны через теплоизолирующие прокладки жестко связана с кронштейном силового пояса котла, а с другой - с корпусом гидроцилиндра, другая деталь подвижной пары жестко связана с рамой каркаса и взаимодействует с поршнем гидроцилиндра, при этом на поршне установлены два перепускных клапана - прямой и обратный, а устройства для компенсации температурных деформаций, расположенные на одном из силовых поясов, установлены осями своего движения поперек оси котла, другие устройства, расположенные во втором силовом поясе, установлены осями своего движения по диагоналям опорных полуплоскостей котла, причем каркас снабжен кронштейнами с теплоизолирующими прокладками, пазы которых взаимодействуют с центрирующими выступами силовых поясов (RU 2208568, 22.06.2001 г.).
Известное решение обеспечивает уменьшение теплопритоков через силовые связи котла с контейнером за счет уменьшения количества указанных силовых связей, а также обеспечивает компенсацию температурных деформаций котла и контейнера в узлах их связи и более равномерное распределение внешних нагрузок на силовые связи.
Недостатком указанного решения является наличие жестких (силовых) связей котла с контейнером, являющихся мостиками переноса тепла от внешней среды к жидкому криопродукту и снижающих, тем самым, эффективность теплоизоляции жидкого криопродукта, что, при отсутствии дополнительных охлаждающих устройств, существенно снижает допустимый срок хранения/транспортирования жидкого криопродукта в контейнере-цистерне.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности теплоизоляции сосуда с жидким криопродуктом.
Поставленная задача достигается тем, что контейнер для хранения и транспортирования жидких криопродуктов содержит наружную герметичную вакуумированную оболочку, на внутренних поверхностях днища которой и ее боковых стенках установлены системы постоянных магнитов, и размещенный в ее полости герметичный сосуд, заполненный жидким криопродуктом, на наружных поверхностях днища которого и ее боковых стенках установлены оппозитно системам постоянных магнитов наружной оболочки системы сверхпроводящих электромагнитов, причем на верхней торцевой поверхности герметичного сосуда, заполненного жидким криопродуктом, установлены, по меньшей мере, два штуцера впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта, а на верхней торцевой поверхности наружной герметичной вакуумированной оболочки установлен люк впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта.
В предпочтительных вариантах реализации:
- на верхней торцевой поверхности герметичного сосуда установлены клапан сброса избыточного давления и блок регулирования интенсивности электромагнитных полей;
- контейнер снабжен блоком регулирования давления разрежения.
- на верхней торцевой поверхности герметичного сосуда установлена дополнительная система сверхпроводящих электромагнитов, а с внутренней стороны верхней торцевой поверхности герметичной оболочки установлена дополнительная система постоянных магнитов.
Достигаемый технический результат заключается в снижении интенсивности теплообмена между криопродуктом и окружающей средой до минимально возможного уровня за счет обеспечения магнитной подвески сосуда с криопродуктом в наружной оболочке.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого контейнера для хранения и транспортирования жидких криопродуктов.
Контейнер для хранения и транспортирования криопродуктов содержит наружную герметичную вакуумированную оболочку 1, на внутренних поверхностях днища которой и ее боковых стенках установлены системы 2, 3 постоянных магнитов, и размещенный в ее полости герметичный сосуд 4, заполненный жидким криопродуктом, на наружных поверхностях днища которого и ее боковых стенках установлены оппозитно системам постоянных магнитов наружной оболочки системы 5, 6 сверхпроводящих электромагнитов, причем на верхней торцевой поверхности герметичного сосуда, заполненного жидким криопродуктом, установлены, по меньшей мере, два штуцера 7 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта, а на верхней торцевой поверхности наружной герметичной вакуумированной оболочки установлен люк 8 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта. На верхней торцевой поверхности герметичного сосуда, заполненного жидким криопродуктом, установлены клапан 9 сброса избыточного давления и блок 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей. Контейнер снабжен блоком 11 регулирования давления разрежения, размещенным в полости герметичной вакуумированной оболочки и аварийным клапаном 12 герметичной оболочки, размещенным на верхней торцевой поверхности герметичной оболочки. На верхней торцевой поверхности герметичного сосуда может быть установлена дополнительная система 13 сверхпроводящих электромагнитов, а с внутренней стороны верхней торцевой поверхности герметичной оболочки установлена дополнительная система 14 постоянных магнитов.
Контейнер для хранения и транспортирования криопродуктов функционирует следующим образом.
1 этап. Заполнение.
На первом этапе проверяется техническое состояние основных элементов контейнера, после чего при открытом люке 8 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта, осуществляется подсоединение внешних коммуникаций (на чертеже не показаны) и, при необходимости, производится предварительное захолаживание герметичного сосуда 4 и коммуникаций путем постепенной подачи небольшого количества жидкого криопродукта через штуцера 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта во внутреннюю полость герметичного сосуда 4 до достижения температурой обмоток системы 5 сверхпроводящих электромагнитов, расположенной на днище внутреннего сосуда, и температурой обмоток боковых систем 6 сверхпроводящих электромагнитов значений, при которых материал обмоток приобретает свойство сверхпроводимости. Избыточные пары криопродукта, возникающие при передаче тепла от стенок герметичного сосуда 4 жидкому криопродукту, могут отводиться через штуцера 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта. После охлаждения обмоток производится отсоединение внешних коммуникаций (на чертеже не показаны) от штуцеров 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта и герметизация сосуда 4. Далее путем подключения внешнего источника к блоку 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей, осуществляется индуцирование тока в обмотках системы 5 сверхпроводящих электромагнитов, расположенной на днище внутреннего сосуда, а также в обмотках боковых систем 6 сверхпроводящих электромагнитов до достижения в них величины силы тока заданного значения. При этом вокруг обмоток сверхпроводящих электромагнитов индуцируются магнитные поля, которые вступают во взаимодействие с магнитными полями постоянных магнитов системы 2 постоянных магнитов, расположенной на днище герметичной оболочки, и боковых систем 6 постоянных магнитов, при этом возникает сила отталкивания, которая компенсирует вес герметичного сосуда 4, в результате чего происходит его отрыв от поверхности системы 2 постоянных магнитов, расположенной на днище герметичной оболочки, на расстояние h и фиксация его положения в пространстве в подвешенном состоянии, причем, начиная с момента индуцирования магнитных полей, в процессе заполнения, хранения, транспортирования и опорожнения контейнера производится автоматическое регулирование величины силы тока в обмотках сверхпроводящих электромагнитов посредством блока 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей. При достижении зафиксированного положения герметичного сосуда 4 в пространстве производится повторное соединение внешних коммуникаций с штуцерами 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта и заполнение герметичного сосуда 4 жидким криопродуктом в необходимом для хранения и/или транспортирования количестве, после чего осуществляется отсоединение внешних коммуникаций и герметизация сосуда 4. Непосредственно после отсоединения внешних коммуникаций и герметизации сосуда 4 осуществляется герметизация наружной оболочки 1 путем закрытия люка 8 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта. Далее производится подсоединение к блоку 11 регулирования давления разрежения внешней технологической линии вакуумирования и откачивание паровоздушной среды из пространства внутренней полости контейнера между наружной герметичной оболочкой 1 и герметичным сосудом 4 до достижения требуемой глубины вакуума, после чего внешняя технологическая линия вакуумирования отсоединяется без нарушения герметичности наружной оболочки 1.
2 этап. Хранение и/или транспортирование.
В процессе хранения и/или транспортирования контейнер устанавливается в необходимое положение таким образом, чтобы сохранялось его устойчивое положение относительно внешних опорных элементов и соблюдалась его вертикальная ориентация. После установки контейнера в положение хранения и/или транспортирования в зависимости от наличия технологической возможности, условий окружающей среды и продолжительности хранения и/или транспортирования осуществляются: подключение внешнего источника питания к блоку 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей, подсоединение к блоку 11 регулирования давления разрежения внешней технологической линии вакуумирования, подсоединение внешнего устройства реконденсации паров (на чертеже не показано) жидкого криопродукта к штуцерам 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта в постоянном или периодическом режиме и заземление внешних токопроводящих элементов контейнера (на чертеже не показано).
При отклонении величины силы тока в обмотках системы 5 сверхпроводящих электромагнитов, расположенной на днище внутреннего сосуда, или боковых систем 6 сверхпроводящих электромагнитов от допустимых значений или при уменьшении величины зазора h ниже минимально допустимого значения производится в автоматическом режиме корректировка и стабилизация соответствующих параметров блоком 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей.
При повышении давления в пространстве внутренней полости контейнера между наружной герметичной оболочкой 1 и герметичным сосудом 4 выше максимально допустимого значения вследствие разгерметизации наружной оболочки 1 или сосуда 4 при наличии технологической возможности производится в автоматическом режиме подсоединение к блоку 11 регулирования давления разрежения внешней технологической линии вакуумирования и откачивание парогазовой среды из внутренней полости контейнера между наружной герметичной оболочкой 1 и герметичным сосудом 4 до достижения требуемой глубины вакуума, после чего внешняя технологическая линия вакуумирования (на чертеже не показана) отсоединяется без нарушения герметичности наружной оболочки 1.
При аварийном превышении давления паров криопродукта в герметичном сосуде 4 критического значения автоматически открываются клапан 9 сброса избыточного давления и аварийный клапан 12 герметичной оболочки, в результате чего избыточное количество паров криопродукта удаляется в окружающую среду до момента понижения давления паров в герметичном сосуде 4 до величины ниже критического значения, после чего клапан 9 сброса избыточного давления и аварийный клапан 12 герметичной оболочки закрываются.
При возможности подсоединения внешнего устройства реконденсации паров криопродукта к штуцерам 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта постоянно или периодически в процессе хранения и/или транспортирования может производиться, в зависимости от величины температуры жидкого криопродукта или величины давления паров криопродукта в герметичном сосуде 4, в ручном или автоматическом режиме отбор паров из внутреннего сосуда 4, их охлаждение во внешнем устройстве реконденсации до температуры ниже температуры кипения и возврат в виде жидкого криопродукта в герметичный сосуд 4, в результате чего может быть понижена температура жидкого криопродукта и давление паров криопродукта в герметичном сосуде 4.
Постоянное или периодическое соединение внешних коммуникаций со штуцерами 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта в процессе хранения или транспортирования может производиться без нарушения герметичности наружной оболочки 1 путем введения проводящих наконечников внешних каналов впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта (на чертеже не показаны) в полость наружной оболочки 1 через люк 8 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта и подсоединения наконечников к штуцерам 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта таким образом, что, посредством уплотнительных и клапанных устройств, вводимые наконечники образуют со штуцерами 7 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта временные герметичные шлюзовые камеры, непосредственно через которые может осуществляться впуск-выпуск газовой и жидкой фаз криопродукта без контакта с вакуумированным пространством внутренней полости контейнера между наружной герметичной оболочкой 1 и герметичным сосудом 4.
3 этап. Опорожнение
При опорожнении контейнера сначала производится подсоединение штуцеров 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта к внешним коммуникациям, по которым будет осуществляться откачивание жидкого криопродукта, после чего выполняются откачивание жидкого криопродукта через штуцера 7 для впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта, причем синхронно производится в автоматическом режиме регулирование зазора h между верхней торцевой поверхностью системы 2 постоянных магнитов, расположенной на днище герметичной оболочки, и нижней торцевой поверхностью системы сверхпроводящих электромагнитов, расположенной на днище внутреннего сосуда, блоком 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей. При уменьшении количества жидкого криопродукта в герметичном сосуде 4, в результате откачивания, до минимально допустимой величины производится отсоединение внешних коммуникаций от штуцеров 7 впуска-выпуска газовой и жидкой фаз криопродукта. При необходимости полного опорожнения герметичного сосуда 4, блоком 10 регулирования интенсивности электромагнитных полей токи в обмотках электромагнитов снижаются до нуля.