ЕМКОСТЬ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
LIQUEFIED GAS STORAGE TANK

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к конструкции грузовых емкостей, предназначенных для хранения сжиженного газа.
Известна емкость для хранения сжиженного природного газа, имеющая самонесущий первичный барьер (корпус емкости), установленный на опорах, внешний вторичный барьер в виде теплоизолирующего слоя (патент №2592962) - прототип.
Известная емкость отличается высокой надежностью эксплуатации, однако ввиду невозможности обеспечения абсолютной теплонепроницаемости теплоизоляции, поскольку при хранении сжиженных газов в емкости происходит передача тепла из окружающей среды через теплоизоляцию на ее стенки, а от них - к находящейся в сосуде криогенной жидкости, приводящая к естественному хаотичному конвекционному перемешиванию слоев криогенной жидкости. При этом происходит контакт сформировавшихся в емкости слоев криогенной жидкости, имеющих различную температуру и плотность. При смешении слоев в том слое, где температура выше, чем в соседнем с ним слое, при изменении гидростатического давления происходит вскипание криогенной жидкости с образованием пузырьков испарившегося газа. В результате указанного вскипания происходит повышение давления внутри емкости, которое в итоге может привести к деформации либо разрушению стенок емкости, повреждению уплотнений и другим нежелательным или недопустимым последствиям.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности и надежности эксплуатации емкости для хранения сжиженного газа за счет предотвращения повышения давления внутри емкости, вызываемого неконтролируемым перемешиванием слоев криогенной жидкости с различной температурой и плотностью.
Технический результат достигается тем, что емкость для хранения сжиженного газа, включающая корпус, покрытый снаружи теплоизолирующим слоем, по изобретению, выполнена с высотой, превышающей меньший из остальных габаритных размеров емкости не более чем в 3 раза, внутри емкости вдоль ее горизонтального периметра расположен экран с отверстием посередине, частично перекрывающий дно и стенки емкости, причем размер отверстия, находящегося над дном емкости, составляет 0,1-0,25 высоты емкости, при этом отстояние экрана от дна емкости по краям отверстия равно 0,0-0,06 высоты емкости, а отстояние экрана от дна емкости в местах, где экран оказывается равноудаленным от дна и стенки емкости, равно 0,05-0,15 высоты емкости, причем отстояние экрана от стенки емкости в местах, где экран оказывается равноудален от дна и стенки емкости составляет 0,05-0,15 высоты емкости, а отстояние верхней кромки экрана от дна емкости равно 0,30-0,70 высоты емкости, при этом отстояние экрана от стенки емкости по верхнему краю экрана составляет 0,03-0,10 высоты емкости, а отстояние экрана от стенки емкости посередине высоты части экрана, расположенной вдоль стенки емкости, - 0,04-0,12 высоты емкости.
Введение экрана в корпус емкости для хранения сжиженного газа позволяет упорядочить конвекционные потоки криогенной жидкости, тем самым создавая условия для равномерного упорядоченного перемешивания сжиженного газа внутри емкости, что приводит к повышению безопасности и надежности эксплуатации емкости для хранения сжиженного газа.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сверху емкости для хранения сжиженного газа, а на фиг. 2 - поперечное сечение по А-А емкости на фиг. 1.
Предлагаемая емкость для хранения сжиженного газа включает корпус 1, покрытый снаружи теплоизолирующим слоем 2 (фиг. 1). Емкость выполнена с высотой, превышающей меньший из ее размеров не более, чем в 3 раза. Внутри емкости, вдоль ее горизонтального периметра, расположен экран 3, частично перекрывающий дно и стенки емкости, с отверстием 4 (фиг. 1) посередине. Размер отверстия b1 (фиг. 1, 2), находящегося над дном емкости, составляет 0,1-0,25 высоты емкости. При этом отстояние экрана от дна емкости h1 (фиг. 2) по краям отверстия равно 0,03-0,06 высоты емкости, а отстояние экрана от дна емкости h2 (фиг. 2) в местах, где экран оказывается равноудаленным от дна и стенки емкости, равно 0,05-0,15 высоты емкости. Отстояние экрана от стенки емкости b2 (фиг. 2) в местах, где экран оказывается равноудален от дна и стенки емкости, составляет 0,05-0,15 высоты емкости, а отстояние верхней кромки экрана от дна емкости h3 (фиг. 2) составляет 0,30-0,70 высоты емкости. Отстояние экрана от стенки емкости по верхнему краю экрана b3 (фиг. 2) равно 0,03-0,10 высоты емкости, отстояние же экрана от стенки емкости посередине высоты части экрана b4 (фиг. 2), расположенной вдоль стенки емкости, - 0,04-0,12 высоты емкости.
В результате установки экрана 3 (фиг. 1, 2) обозначенная проблема равномерного перемешивания слоев криогенной жидкости в емкости разрешается следующим образом.
Криогенная жидкость, заполняющая емкость до определенного уровня, в том числе полностью покрывающая экран 3 и заполняющая как пространство внутри экрана 3, так и пространство между экраном 3 и стенкой корпуса 1 емкости, получает энергию извне в виде теплопритоков через стенку корпуса емкости. Указанные теплопритоки приходятся, прежде всего, на ту часть криогенной жидкости, которая заполняет пространство между стенкой корпуса 1 емкости и экраном 3. По мере поглощения теплопритоков у означенной части криогенной жидкости несколько увеличивается температура и снижается плотность по сравнению с той частью криогенной жидкости, которая находится в сторону центра емкости от экрана 3 (внутри экрана). Поэтому часть криогенной жидкости с увеличенной температурой и уменьшенной плотностью начинает подниматься вверх в пространстве между экраном 3 и стенкой корпуса 1 емкости. Образующееся в нижней части указанного пространства разрежение приводит к тому, что жидкость, находящаяся внутри экрана, засасывается в пространство между экраном 3 и стенкой корпуса 1 емкости через центральное отверстие 4. В то же время жидкость, находящаяся между экраном 3 и стенкой корпуса 1 емкости, по мере подъема вдоль экрана 3 продолжает собирать теплоприток от стенки емкости и, постепенно ускоряясь, достигает верхней кромки экрана 3, после чего в виде сформировавшегося течения изливается в пространство внутри экрана 3, где, за счет накопленной энергии, осуществляет перемешивание жидкости, находящейся внутри экрана 3, двигаясь в общем направлении вниз к центральному отверстию 4 в экране 3. Таким образом, формируется установившееся движение жидкости по всему объему емкости, что исключает возможность образования слоев криогенной жидкости по высоте емкости, различающихся по температуре и плотности. Поэтому ситуация внезапного перемешивания слоев с различной температурой и плотностью полностью исключается до тех пор, пока не возникает предпосылки для прекращения установившегося течения криогенной жидкости. (Например, при выходе верхнего края экрана 3 в газовую подушку по мере расходования криогенной жидкости). После этого функционирование указанной криогенной емкости не отличается от функционирования емкости-прототипа.
Также наблюдается дополнительный положительный эффект от применения экрана 3, состоящий в том, что часть энергии, полученной криогенной жидкостью через стенку корпуса 1 емкости, расходуется не на ее нагрев, а на выполнение ею работы в форме ее перемещения по емкости, что приводит к дополнительному снижению потерь криогенной жидкости от испарения, более медленному нарастанию давления в газовой подушке корпуса 1 емкости и некоторому увеличению возможного срока хранения криогенной жидкости в емкости.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить безопасность и надежность эксплуатации емкости для хранения сжиженных газов за счет предотвращения повышения давления внутри корпуса 1 емкости, вызываемого неконтролируемым перемешиванием слоев криогенной жидкости с различной температурой и плотностью, что выгодно отличает ее от прототипа.