Резервуар для хранения криогенной жидкости
STORAGE TANK FOR CRYOGENIC LIQUID

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криогенному емкостному оборудованию, и может быть использовано для хранения и транспортирования сжиженного природного газа под повышенным давлением.
Одной из проблем при хранении криогенных жидкостей в двустенных резервуарах с вакуумными типами изоляций (например, вакуумно-порошковая, вакуумно-многослойная) является возможное нарушение герметичности или разрушение внутреннего сосуда, поступление криогенной жидкости в межстенное пространство, вскипание жидкости с образованием паровой фазы, повышение давления в межстенном пространстве и разрушение внутреннего сосуда из-за высокого внешнего давления.
Известен резервуар для хранения криогенной жидкости, содержащий внутренний сосуд, кожух, трубу слива-налива жидкости из внутреннего сосуда, трубу газосброса из внутреннего сосуда и мембранное предохранительное устройство, установленное на кожухе резервуара, через которое газ сбрасывается в атмосферу, если давление в межстенном пространстве превышает атмосферное давление (см. книгу Филин Н.В., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. М., 1985, стр. 194, рис. 6.13 б).
Недостатком известного устройства является то, что поскольку кожух резервуара, как правило, изготавливается из углеродистой стали с допустимой температурой эксплуатации до минус 70°С, то при соприкосновении с криогенной жидкостью (температура ниже минус 150°С) кожух может разрушиться, а жидкость вылиться наружу. Если криогенная жидкость - сжиженный природный газ, то пролив жидкости наружу создает аварийную пожароопасную ситуацию.
Проведенные патентные исследования показывают, что в патентно-информационных фондах ведущих стран мира отсутствуют технические решения, являющиеся наиболее близкими к предлагаемому устройству по достигаемому техническому результату.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, состоит в снижении пожароопасности оборудования за счет исключения возможности пролива криогенной жидкости (сжиженный природный газ) в окружающую среду при нарушении герметичности или разрушении внутреннего сосуда резервуара.
Указанный технический результат достигается за счет того, что резервуар для хранения криогенной жидкости состоит из внутреннего сосуда, кожуха и вакуумированной изолирующей полости между ними, а также включает трубу слива-налива жидкости из внутреннего сосуда и трубу газосброса из внутреннего сосуда, проходящие через изолирующую полость и стенку кожуха, и установленное на кожухе мембранное предохранительное устройство, выход которого соединен трубопроводом с трубой газосброса, при этом кожух изготовлен из материала, работоспособного при температуре криогенной жидкости, а толщина стенки кожуха определяется из условия прочности при давлении не ниже значения рабочего давления внутреннего сосуда.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена конструкция резервуара для хранения криогенной жидкости вместе с дополнительным оборудованием.
На чертеже изображены внутренний сосуд 1, кожух 2, мембранное предохранительное устройство 3, труба слива-налива жидкости 4 из внутреннего сосуда 1, труба газосброса 5 из внутреннего сосуда 1, предохранительный клапан 6, трубопровод 7.
Конструкция резервуара для хранения криогенной жидкости состоит из внутреннего сосуда 1, кожуха 2 с вакуумированной изолирующей полостью между ними (межстенное пространство), мембранного предохранительного устройства 3, трубы слива-налива жидкости 4 из внутреннего сосуда 1, трубы газосброса 5 из внутреннего сосуда 1, трубопровода 7. При этом труба слива-налива жидкости 4 и труба газосброса 5 проходят через изолирующую полость и стенку кожуха 2, мембранное предохранительное устройство 3 установлено на кожухе 2. Выход мембранного предохранительного устройства 3 соединен трубопроводом 7 с трубой газосброса 5. Кожух 2 изготовлен из материала, работоспособного при температуре криогенной жидкости, а толщина стенки кожуха 2 определяется из условия прочности при давлении, равном значению рабочего давления внутреннего сосуда 1.
Предохранительный клапан 6 установлен на патрубке (на чертеже не обозначен), соединенном с трубой газосброса 5.
Мембранное предохранительное устройство 3 (МПУ) представляет собой устройство, состоящее из разрывной предохранительной мембраны (одной или нескольких) и узла ее крепления (зажимающих элементов) в сборе с другими элементами, обеспечивающее необходимый сброс массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания. МПУ применяются для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным давлением, создаваемым рабочими средами, и устанавливаются на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к оборудованию.
Кожух 2 может быть изготовлен, например, из стали 12X18Н9Т.
Резервуар для хранения криогенной жидкости функционирует следующим образом.
При нарушении герметичности или разрушении внутреннего сосуда 1 криогенная жидкость (сжиженный природный газ) поступает в полость между внутренним сосудом 1 и кожухом 2 (межстенное пространство), заполненную изоляцией, и испаряется из-за снижения давления и теплопритока извне. При этом давление в межстенном пространстве повышается. Когда оно превысит на 0,02-0,04 МПа значение давления во внутреннем сосуде 1, предохранительная мембрана в устройстве 3 разрывается и пары криогенной жидкости из межстенного пространства через трубопровод 7 поступают в трубу газосброса 5 из внутреннего сосуда 1. В этом случае давления в межстенном пространстве и внутреннем сосуде 1 выравниваются.
При равенстве давлений во внутреннем сосуде 1 и в межстенном пространстве расход жидкости обусловлен только разницей гидростатических напоров жидкости. При этом исключается переполнение межстенного пространства жидкостью и пролив ее наружу. Также при равенстве давлений во внутреннем сосуде 1 и межстенном пространстве исключается парообразование при снижении давления жидкости.
Из внутреннего сосуда 1 и из межстенного пространства пары сбрасываются через трубу газосброса 5, причем если на выходе из трубы поддерживается режим течения газа со значением критерия Рейнольдса Re>20000, то исключена возможность загазованности территории холодными парами.
Если во внутреннем сосуде 1 давление повышается выше рабочего значения, открывается предохранительный клапан 6, установленный на патрубке, который сообщен с трубой газосброса 5 из внутренего сосуда 1, и пары из внутреннего сосуда 1 и межстенного пространства выбрасываются в атмосферу.
Во время сброса паров газа через трубу газосброса 5 из внутреннего сосуда 1 возможен слив жидкости из внутреннего сосуда 1 через трубу слива-налива 4 в стороннюю емкость.
Использование изобретения позволяет снизить пожароопасность оборудования за счет исключения возможности пролива криогенной жидкости (сжиженный природный газ) в окружающую среду при нарушении герметичности или разрушении внутреннего сосуда резервуара.