Кожух криогенной воздухоразделительной установки

Полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована при проектировании и изготовлении криогенных воздухоразделительных установок (ВРУ), в первую очередь средних и малых, а также других криогенных установок, использующих в качестве изоляции сыпучие или волокнистые материалы.
Известна конструкция кожуха теплоизоляционной системы воздухоразделительных установок (М.Г. Каганер - «Тепловая изоляция в технике низких температур», издательство «Машиностроение», Москва, 1966 г., с. 232). Согласно данному источнику аппараты установок низкотемпературного разделения воздуха помещают в общий кожух и изолируют волокнистыми материалами: минеральной или стеклянной ватой. Кожух выполняется из отдельных стальных щитов с приваренными по краям уголками. Щиты соединяются между собой болтами. Между полками уголков прокладывают для уплотнения резиновые полосы. Изоляционный материал заполняет все пространство между кожухом и расположенными в нем аппаратами и трубопроводами. Для защиты изоляции от влаги в нее подают под небольшим избыточным давлением часть отходящего из блока разделения сухого азота, препятствующего проникновению влажного атмосферного воздуха внутрь кожуха. С этой целью в изоляционном пространстве помещают несколько перфорированных трубок, в которые подают газ с помощью специального вентиля на линии выхода азота из блока разделения. Газ из кожуха выводится через люки на крыше. В настоящее время в качестве изоляционного материала наиболее часто используется вспученный перлитовый песок. Данная конструкция кожуха имеет существенный недостаток - большой объем работ по разизолированию установки, выгрузке вспученного перлитового песка, его затаривании в мешки и хранении в помещениях в случаях необходимости ремонта внутриблочного оборудования.
Известен кожух криогенной установки [RU 157991] (принят за прототип), выполненный из металлических листов и имеющий замкнутые горизонтальные площадки обслуживания, одновременно являющиеся поясами жесткости. Данные площадки позволяют сделать определенный объем работ по обслуживанию установки. Однако, в случаях, когда требуется существенный ремонт оборудования, такая конструкция значительно увеличивает количество выполняемой работы.
Целью настоящей полезной модели является минимизация затрат и времени на ремонт и обслуживание оборудования.
Технический результат полезной модели заключается в снижении трудоемкости при ремонте криогенных установок.
Технический результат достигается тем, что предложен кожух криогенной установки, выполненный из металлических листов, отличающийся тем, что кожух включает теплоизоляционные секции, разделенные между собой и с внутренней полостью установки участками мелкоячеистой сетки.
Теплоизоляционные секции представляют собой боковую, донную и секцию крыши. Боковая секция представляет собой пространство, ограниченное вертикальными стенками, между которыми находится изоляция (вспученный перлитовый песок или вата из супертонкого или ультратонкого волокна). Данное пространство наддувается в процессе работы установки сухим газом, что предотвращает накоплении в изоляции влаги в процессе работы. Боковая секция может состоять из нескольких вертикальных секций, нижние из которых могут быть более широкие, что позволяет повысить изоляционную эффективность теплоизоляционной системы. Боковая секция является основным изоляционным элементом установки, и ее пересекает минимальное количество элементов, балок, стержней и других тепловых мостов. Боковая секция, как и другие секции, в качестве конструктивного элемента может содержать стяжки для повышения жесткости конструкции. Стяжки имеют регулируемую длину, что позволяет получать плоскую геометрию секций, несмотря на переменное по высоте боковое давление изоляционного материала.
Донная секция представляет собой горизонтальные поверхности, между которыми имеется теплоизоляционный материал. Донная секция может быть выполнена большей толщины, чем боковая, так как она пронизана опорами аппаратов установки.
Секция крыши содержит люк и изолирована матами из супертонкого волокна, что позволяет в случае необходимости легко демонтировать изоляцию и извлечь требующее ремонта оборудование. Также секция крыши имеет аварийный клапан и клапан сброса газа. Теплоизолированный люк также устанавливается и в боковой секции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. Чертеж иллюстрирует, но не ограничивает выполнение кожуха криогенной воздухоразделительной установки.
На фиг. 1 изображен кожух криогенной воздухоразделительной установки, где: 1 - трубопровод газа наддува, 2 - аварийный клапан, 3 - люк в секции крыши, 4 - клапан сброса газа наддува, 5 - секция крыши, 6 - боковая секция, 7 -внешний кожух, 8 - лестница для обслуживания, 9 - стяжки в боковой секции, 10 - внутреннее оборудование, 11 - индивидуальная теплоизоляция, 12 - донная секция, 13 - внутренняя полость, 14 - мелкоячеистая сетка.
В процессе работы криогенной установки имеют место колебания атмосферного давления, которые приводят к попаданию влажного воздуха во внутрь кожуха и ведут к накоплению с течением времени влаги в изоляционной системе. Наддув установки сухим газом через трубопровод (1) предотвращает попадание влажного воздуха в изоляционную систему. В качестве газа наддува обычно используется или сухой воздух, или сухой азот.
Аварийный клапан (2) служит для сброса избытка газа в случае нарушения герметичности внутреннего оборудования (10).
Люк (3) в секции крыши служит для доступа к внутреннему оборудованию ВРУ для его ремонта. Он имеет наполнение теплоизоляционным материалом, например, матами из супертонкого волокна. Возможна также установка люка в боковой секции кожуха (на рисунке не показан), такой люк позволяет более просто осуществить доступ к внутреннему оборудованию ВРУ.
Клапан (4) сброса газа наддува предназначен для сброса избыточного газа, если давление в полостях секций превысит атмосферное. Если же атмосферное давление превышает давление газа в секциях, то клапан закрывается и предотвращает попадание влажного внешнего воздуха внутрь изоляционной системы. Клапан (4) рассчитан на существенно более низкое давление срабатывания, чем клапан (2), что повышает безопасность эксплуатации ВРУ.
Если наддув установки осуществляется в нижней части боковой секции (как показано на рисунке), а сброс газа наддува делается клапаном на крыше кожуха, то такая геометрия позволяет эффективно осуществлять обмен газа в установке, что повышает безопасность работы установки.
Секция крыши (5) может заполняться матами из супертонкого волокна. Также она содержит люк (3). В случае необходимости возможно краном поднять всю секцию крыши и получить доступ внутрь устройства. Также можно разизолировать секцию крыши и разобрать ее по элементам для облегчения доступа к внутреннему оборудованию.
Боковая секция (6) содержит изоляционный материал - вспученный перлитовый песок, толщина слоя перлита в данной секции в значительной мере определяет изоляционную эффективность теплоизоляционной системы. Поскольку в установках ВРУ, как правило, имеет место градиент температуры по высоте установки, и температура изоляции и газа наддува в нижней части установки ниже, чем у крыши, поэтому в нижней части секции слой изоляции выполняется толще, чем верхней, и форма боковой секции в виде трапеции с верхним основанием меньшим, чем нижнее, является предпочтительной.
Пружинные стяжки (9) предназначены для компенсации давления перлита на стенки секции. Выполнение стяжки в виде пружины увеличивает длину теплового моста и снижает потери холода по стяжке. Выполнение стяжек в виде металлических струн с креплением струны на внешнем кожухе (7) при помощи навинчивающейся гайки, позволяет получить струну с регулируемой длиной. В этом случае после захолаживания возможно регулирование натяжения и длины стяжки и получение плоской поверхности кожуха.
Донную секцию (12) заполняют перлитом. Все секции через сетчатые отверстия соединены с соседними секциями, что позволяет иметь выравненное давление внутреннего газа внутри установки.
Внутренняя полость (13) установки представляет собой незаполненное изоляцией пространство, в котором находится оборудование, оборудование с индивидуальной изоляцией, трубопроводы, лестница для ремонтного персонала.
Участки мелкоячеистой сетки (14) соединяют боковую теплоизоляционную секцию с секцией крыши и донной секцией.
Устройство работает следующим образом.
После пуска установки идет процесс захолаживания оборудования. Теплоизоляционные секции (боковая (6), донная (12) и секция крыши (5)) предотвращают потери холода в окружающую среду. Наддув внутренней полости (13) установки сухим газом позволяет избежать попадания влажного воздуха внутрь установки вследствие погодных изменений атмосферного давления и в изоляцию установки. Участки мелкоячеистой сетки (14) между секциями и внутренней полостью (13), с одной стороны, предотвращают высыпание теплоизоляционного материала из секций, а с другой, через эти участки происходит выравнивание давления газа наддува и создается единое наддуваемое пространство. Наличие дополнительной индивидуальной теплоизоляции (11) позволяет наиболее требовательное к отсутствию внешнего теплопритока оборудование (10) поддерживать в требуемом температурном балансе.
При необходимости провести ремонт внутреннего оборудования (10) установки, криогенную установку выключают. При постоянной продувке осуществляют отогрев ее до температуры окружающей среды. Через трубопровод (1) газа наддува в установку подают осушенный воздух, при этом происходит полная замена атмосферы внутри установки на атмосферу, безопасную для нахождения в ней персонала, производят замеры газового состава во внутренней полости (13), где находится оборудование (10). После чего открывают люк в секции крыши или люк в боковой секции, в установку спускается ремонтный персонал и выполняет требуемые работы. При этом нет необходимости проводить выемку перлитового песка из теплоизоляционных полостей установки.
При необходимости крупного ремонта оборудования выполняют подъем секции крыши (5) и извлечение ремонтируемого оборудования (10). После ремонта оборудования (10) или его замены, секцию крыши (5) устанавливают на место и выполняют пуск установки. В целом, цикл ремонта оборудования воздухоразделительной установки по описанной выше методике существенно короче и менее трудозатратен по сравнению с классической методикой, когда выполняют откачку перлита, заполняющего установку. Использование индивидуальной изоляции (11) на некотором оборудовании (10) и трубопроводах внутри установки позволяет достичь требуемого теплового баланса на особо требовательном к потерям холода оборудовании.
В случае нарушения герметичности внутреннего оборудования (10), газ, находящийся под давлением в оборудовании (10), выходит во внутреннюю полость (13), окруженную изоляционными секциями. Давление во внутренней полости возрастает, передается по трубе к аварийному клапану (2), аварийный клапан (2) открывается и сбрасывает избыток газа. Поскольку на пути от места нарушения герметичности до выхода в атмосферу газ не проходит через перлит, то давление на внутренний кожух не превышает давления срабатывания аварийного клапана (2), и кожух не разрушается. Это значительно повышает надежность установок.
Выполнение заявляемой полезной модели позволяет значительно снизить трудоемкость при ремонте криогенных установок и повысить их надежность.