УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
DEVICE FOR STORAGE OF LIQUEFIED GASES

Изобретение относится к резервуарам, в частности к теплоизолированным изотермическим резервуарам для хранения сжиженных газов.
Известен изотермический резервуар [DE 19223634, E04H 7/00, 1972], включающий днище, покрытие и двойные железобетонные стенки, между которыми установлены анкеры, а в пространстве между стенками размещен утеплитель.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность хранения вследствие нарушений необходимого низкотемпературного режима хранения сжиженного газа (отсутствуют активные средства поддержания режима), а также относительно низкая безопасность, обусловленная возможностью контактирования находящегося в резервуаре продукта с теплоизоляционными материалами при нарушении целостности внутренней стенки.
Известен также изотермический резервуар [SU 618522, A1, E04H7/00, 05.08.1978], включающий металлическое днище, покрытие и железобетонную стенку с металлическим экраном, прикрепленные к днищу, при этом металлический экран размещен в теле железобетонной стенки, а между днищем и частью железобетонной стенки от ее наружной поверхности до экрана образован зазор.
Недостатком данного технического решения также является относительно низкая надежность хранения вследствие возможного нарушения необходимого низкотемпературного режима хранения сжиженного газа, поскольку активные средства поддержания режима отсутствуют.
Наиболее близким техническим решением к настоящему изобретению является устройство для хранения сжиженных газов [RU 153344, U1, F17C 3/02 30.12.2014], содержащее внутренний резервуар, который встроен внутрь внешнего резервуара, выполненного с возможностью удержания содержимого внутреннего резервуара в случае аварийной утечки, подвесную крышу и купольную крышу с теплоизоляцией, причем, подвесная и купольная крыши закреплены на стенке внешнего резервуара в ее верхней части, внутренний и внешний резервуары выполнены с общим днищем, размещенным на теплоизолирующем основании из пеностеклоблоков, в котором по окружности нижних оснований стенок внутреннего и внешнего резервуаров установлены пенобетонные кольца с закрепленными поверх них деревянными брусьями, при этом, теплоизолирующее основание установлено на железобетонном ростверке, наружная стенка внешнего резервуара закреплена анкерами и укреплена замкнутым кольцом жесткости в месте прикрепления анкеров к стенке, наружная поверхность стенки внешнего резервуара покрыта теплоизолирующим материалом, а нижняя часть стенки внутреннего резервуара жестко соединена с днищем посредством уголков.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность хранения вследствие возможного нарушения необходимого низкотемпературного режима хранения сжиженного газа, поскольку отсутствует возможность использования активных средств поддержания низкотемпературного режима непосредственно на резервуаре, а использование внешних средств приводит к большим энергетически потерям.
Задача, которая решается в предложенном изобретении, заключается в разработке устройства для хранения сжиженных газов, которое обладает повышенной надежностью и экономичностью за счет снижения энергетических потерь при хранении сжиженного газа.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности хранения и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для хранения сжиженных газов.
согласно изобретению
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство для хранения сжиженных газов, содержащем резервуар с днищем, размещенным на теплоизолирующем основании, купольную крышу с теплоизоляцией, закрепленную на стенке резервуара в её верхней части, и подвесную крышу, закрепленную под купольной крышей, , введен испаритель-конденсатор, выполненный в виде теплообменных труб, размещенных на нижней поверхности подвесной крыши, а купольная крыша выполнена с возможностью установки на ней холодильно-газовой машины с криогенным жидкостным насосом, обеспечивающим циркуляцию хладагента в жидкой фазе и его подачу в испаритель-конденсатор.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - устройство для хранения сжиженных газов с холодильно-газовой машиной с криогенным жидкостным насосом;
на фиг. 2 - варианты выполнения испарителя-конденсатора, выполненного в виде теплообменных труб с наружным оребрением.
Устройство для хранения сжиженных газов содержит резервуар 1 с днищем, размещенным на теплоизолирующем основании, купольную крышу 2 с теплоизоляцией, закрепленную на стенке резервуара 1 в ее верхней части, и подвесную крышу, закрепленную под купольной крышей, а также испаритель-конденсатор 4, выполненный в виде теплообменных труб, размещенных на нижней поверхности подвесной крыши 3.
В устройстве для хранения сжиженных газов купольная крыша выполнена с возможностью установки на ней холодильно-газовой машины 5 с криогенным жидкостным насосом, обеспечивающим циркуляцию хладагента в жидкой фазе и его подачу в испаритель-конденсатор 4.
Используется устройство для хранения сжиженных газов следующим образом.
Устройство используется для конденсации паров сжиженных углеводородных газов (СУГ), жидкого аммиака и сжиженного природного газа (СПГ), образующихся при хранении этих газов в металлических изотермических резервуарах 1, например, в диапазоне температур их кипения от -0,5°С до -162°С, предлагается устройство для конденсации паров сжиженных газов (СГ) с применением холодильно-газовой машины (ХГМ) для получения и использования вырабатываемого машиной холода, работающую по обратному холодильному циклу Стирлинга, теплообменного аппарата – испарителя-конденсатора, закрепленного внутри резервуара к подвесной крыше на высоте верхнего уровня хранимого СГ, а также криогенного жидкостного насоса, обеспечивающего циркуляцию хладагента в жидкой фазе при его подаче в испаритель-конденсатор.
Предлагаемое устройство для конденсации паров СГ реализовано при сжижении паровой фазы СГ непосредственно в резервуаре и поддержанием необходимого низкотемпературного режима хранения сжиженного газа, без необходимости отвода паров наружу за пределы резервуара 1 для их конденсации в сторонней холодильной установке и слива снова в жидкой фазе в резервуар 1.
3
Сжиженные углеводородные газы (пропан, бутан, пропилен, этан, этилен и их смеси), а также аммиак жидкий и СПГ хранятся в низкотемпературных изотермических металлических резервуарах объемом до 60 000 м под небольшим избыточным давлением и температуре, близкой к температуре их кипения. При хранении СГ в резервуаре происходит испарение жидкой фазы, то есть протекает процесс парообразования на свободной поверхности жидкости из-за притока теплоты к хранимому продукту. При эксплуатации резервуаров в них не допускается как повышение внутреннего давления относительно регламентированного, так и давления ниже атмосферного из соображений безопасности.
В качестве примера рассмотрим процесс конденсации паровой фазы хранимого в резервуаре сжиженного углеводородного газа этилена, имеющего температуру -104°С. Процесс осуществляется по замкнутому контуру. В испаритель-конденсатор 4 подается жидкий хладагент с помощью криогенного насоса 6. В качестве хладагента используется жидкий азот с температурой -196°С. В процессе теплообмена паровая фаза этилена конденсируется из-за более низкой температуры хладагента, а хладагент в процессе теплообмена испаряется и в состоянии паровой фазы поступит в ХГМ 5, где пар превращается в жидкость, которая криогенным насосом 6 подается снова в испаритель-конденсатор 4 для охлаждения и конденсации паров этилена. В ХГМ, работающей по обратному холодильному циклу Стирлинга, циркулирует свой хладагент, в качестве которого используется заправленный в машину газообразный гелий, имеющий температуру ниже температуры поступающих в нее паров азота, и при происходящем теплообмене в головке машины пары азота конденсируются и превращаются в жидкость, отбираемую постоянно криогенным насосом.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить процесс конденсации паров СГ при изменении уровней хранимого продукта в резервуаре 1. Интенсивность конденсации паров будет зависеть от уровня хранения продукта.
При понижении уровня хранимого продукта вплоть до допустимого нижнего предела, образующейся при этом пар будет подниматься в верхнюю часть резервуара 1 и при контакте с установленным под подвесной крышей 3 испарителем-конденсатором 4 будет конденсироваться на поверхности теплообменных труб. Образующаяся при этом жидкая фаза в виде капель будет стекать вниз на поверхность хранимого жидкого продукта.
Рассмотренная выше принципиальная технологическая схема и устройство для конденсации паров СГ непосредственно в изотермическом резервуаре на примере сжиженного этилена полностью применима и для других сжиженных углеводородных газов и жидкого аммиака с учетом их термодинамических свойств и параметров хранения (температура, давление).
При этом должен соблюдаться основной принцип тепломассообмена: в процессе конденсации паров СГ и поддержания необходимого низкотемпературного режима хранения в изотермическом резервуаре необходимо использовать холод от промежуточного хладагента, имеющего температуру ниже температуры хранимого продукта.
В конкретных условиях следует применять и машину ХГМ соответствующей холодопроизводительности и мощности с использованием для получения холода в машине технических газов (воздух, азот, гелий), достигающих температуру в работающей машине ниже температуры конденсации паров промежуточного хладагента, направляемого в испаритель-конденсатор.
Предложенная технология и устройство для конденсации паров СГ непосредственно в изотермических металлических резервуарах имеет следующие преимущества в сравнении с традиционными способами конденсации паров с использованием компрессорно-холодильных установок, расположенных за пределами резервуаров-хранилищ СГ:
- отпадает необходимость постоянного отвода паров СГ наружу за пределы резервуара для их конденсации в наружной холодильной установке и слива снова в жидкой фазе в резервуар-хранилище;
- исключается полностью потребность в строительстве компрессорно-холодильной установки на территории, занимаемой резервуарами-хранилищами СГ;
- снижается стоимость и эксплуатационные расходы объекта, эксплуатирующего системы хранения СГ;
- повышается промышленная и экологическая безопасность системы хранения СГ.
Таким образом, предложенное устройство позволяет расширить арсенал технических средств, которые используются для хранения сжиженных газов, при одновременном повышении надежности их хранения.