КРИОГЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД Российский патент 1998 года по МПК F17D5/00 F16L59/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к трубопроводному транспорту водородосодержащих жидкостей, таких как сжиженный природный газ, водород и т.д., и может быть использовано в магистральных и различного рода внутризаводских трубопроводах.

Известен трубопровод с внутренним защитным покрытием из спиральной навитой ленты, прилегающей к внутренней поверхности трубопровода и прикрепленной к ней, причем защитное покрытие выполнено из материала, имеющего одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом трубопровода.

К недостатку конструкции относится следующее. Так как по трубопроводу транспортируются криогенные среды под давлением, то при негерметичности, несмотря на наличие противодавления со стороны ленты, возможны утечки газифицированного продукта, и в случае взрывоопасных жидкостей это может привести к аварийной ситуации. Таким образом, конструкция не обеспечивает самоустранение аварийной ситуации, а лишь способствует снижению степени ее возникновения.

Известен криогенный трубопровод, образованный собственно трубопроводом и охватывающим его кожухом, пространство между которыми вакуумировано с помощью адсорбента, причем на собственно трубопроводе установлены охватывающие его трубчатые патроны, образующие замкнутое пространством, в котором размещен адсорбент. К недостатку конструкции относится следующее. При негерметичности внутренней криогенной трубы возможна аварийная ситуация (особенно выраженная при транспортировании взрывоопасных криогенных сред), о степени которой можно судить по величине суммарной негерметичности с помощью вакууметра. Однако в этом случае не известно, где локализована течь - на внутренней трубе или на внешней. Если на внешней трубе, то нет надобности прекращать заправку (при незначительных течах), так как это связано со срывом работы (возможно приводящему к значительным экономическим издержкам). А если существует течь на внутренней трубе, то необходимо прекратить заправку. Таким образом конструкция трубопровода не позволяет оператору или системе управления автоматически объективно вмешаться в процесс заправки.

Наиболее близким техническим решением является трубопровод для транспортирования криогенной жидкости, выполненный из коаксиально установленных труб, пространства между которыми разделены кольцами на секции, заполнены вакуумно-многослойной изоляцией и средствами поддержания вакуума в теплоизоляции. Причем, межтрубные пространства секций соединены между собой последовательно посредством вакуумных клапанов, установленных в разделительных кольцах секций, а средства поддержания вакуума расположены по концам трубопровода.

Конструкция позволяет автоматически изолировать поврежденную вакуумную полость при разрыве внутренней трубы, изолирование вакуумной полости произойдет также и при разрыве наружной трубы, что положительно. Однако устройство не обеспечивает создание защитной атмосферы в поврежденной вакуумной полости для предупреждения взрыва.

Задачей изобретения является повышение взрывобезопасности и эксплуатационной надежности.

Это достигается тем, что в криогенном трубопроводе, выполненном из коаксиально установленных труб, вакуумное пространство между которыми разделено на секции и заполнено вакуумной многослойной изоляцией и средствами поддержания вакуума в изоляции, согласно изобретению в вакуумных секциях криогенного трубопровода размещены баллоны с инертным газом, каждый из которых снабжен установленными в выходном штуцере дросселем и герметичной заглушкой, при этом на баллоне закреплен кронштейн, на котором через теплоизолирующую прокладку установлен патрон с перфорированными стенками; внутри патрона закреплен одним концом силовой элемент, обладающий памятью формы, а на другом свободном конце силового элемента закреплен регулируемый по высоте нож с возможностью взаимодействия с герметичной заглушкой баллона, при этом пространство в патроне между силовым элементом и перфорированными стенками заполнено химически активным веществом, выделяющим тепловую энергию при взаимодействии с водородосодержащей средой. При этом в качестве химически активного вещества применен интерметаллид, например, FeTi или Lanis. Кроме того, в качестве химически активного вещества использован химический поглотитель водорода, например диоксид марганца палладированный. При этом химически активное вещество изготовлено в виде гранул.

Сущность изобретения заключается в создании защитной атмосферы инертного газа в вакуумном пространстве криогенного трубопровода при натекании водородосодержащей среды из внутреннего трубопровода в вакуумное пространство за счет использования термохимического датчика, выделяющего тепловую энергию при взаимодействии с водородосодержащей средой, обеспечивающую коммутацию запорного сосуда с инертным газом с вакуумной полостью.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что криогенный трубопровод отличается тем, что в вакуумных секциях криогенный трубопровод отличается тем, что в вакуумных секциях криогенного трубопровода размещены баллоны с инертным газом, например с азотом, каждый из которых снабжен установлеными в выходном штуцере дросселем и герметичной заглушкой, при этом на баллоне закреплен кронштейн, на котором через теплоизолирующую прокладку установлен патрон с перфорированными стенками, внутри патрона закреплен одним концом силовой элемент, обладающий памятью формы, а на другом свободном конце силового элемента закреплен регулируемый по высоте нож с возможностью взаимодействия с герметичной заглушкой баллона, при этом пространство в патроне между силовым элементом и перфорированными стенками заполнено химически активным веществом, выделяющим тепловую энергию при взаимодействии с водородосодержащей средой. Именно предлагаемая конструкция позволяет обеспечить повышение взрывобезопасности и эксплуатационной надежности. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию "Новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены. Поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 показан общий вид криогенного трубопровода; на фиг. 2 - конструкция баллона с инертным газом.

Криогенный трубопровод содержит коаксиально установленные внутреннюю 1 и наружную 2 трубы, вакуумное пространство между которыми 3 разделено на секции перегородками 4. В секциях размещены баллоны с инертным газом 5, конструкция которых обеспечивает аварийный напуск инертного газа в вакуумную полость 3 при накоплении в ней предельно допустимого количества водорода (т. е. количества водорода, достаточного для взрыва).

Размещенные в вакуумных секциях средства поддержания вакуума и многослойная вакуумная изоляция на чертеже не показаны.

Баллон с инертным газом 5 снабжен выходным штуцером 6, в котором последовательно установлены дроссель 7 и герметичная заглушка 8. На баллоне 5 закреплен неподвижно кронштейн 9. На кронштейне 9 через теплоизолирующую прокладку 10 установлен патрон с перфорированными стенками 11. Внутри патрона 11 на его торце соосно баллону 5 закреплен одним концом силовой элемент 12, выполненный в виде стержня из сплава с термомеханической памятью формы - длины. На другом конце силового элемента 12, свободно проходящем через отверстие в противоположном торце патрона 11, с помощью крепежного элемента 13 установлен регулируемый по высоте нож 14 с возможностью взаимодействия с герметичной заглушкой 8.

Пространство внутри патрона 11 между его перфорированными стенками и силовым элементом 12 заполнено химически активным веществом в виде гранул 15. В качестве такого вещества могут быть использованы интерметаллиды: никелид лантана Lanis или титанид железа FeTi, а также химический поглотитель водорода, например, диоксид марганца палладированный. Эти вещества, вступая в химическую реакцию с водородом, выделяют тепловую энергию.

На время транспортировки и хранения на складе баллона выходной штуцер 6 закрывается предохранительным колпаком (на чертеже не показан). При этом нож 14 поставлен в комплекте с баллоном, не установленным на силовом элементе 12.

Баллоны с инертным газом 5 размещаются в секциях криогенного трубопровода в процессе его монтажа. Перед установкой баллона в секцию с выходного штуцера 6 снимается предохранительный колпак, на силовой элемент 12 устанавливается нож 14 с необходимым зазором между его острием и герметичной заглушкой 8, и закрепляется с помощью крепежного элемента 13. А также открывается запорный вентиль на баллоне 5.

Криогенный трубопровод работает следующим образом.

При нормальном эксплуатационном режиме, когда в вакуумной полости 3 с помощью средств поддержания вакуума обеспечивается необходимая степень вакуума и соответствия этому режиму температура, баллоны с инертным газом 5 находятся в исходном состоянии; между острием ножа 14 и герметической заглушкой 8 сохраняется установленный зазор (2 - 3 мм). В случае накопления в вакуумной полости 3 водорода вследствие прорыва внутренней трубы 1 возникает химическая реакция поглощения водорода химически активным веществом, содержащимся в патроне с пористыми стенками 11, которая сопровождается интенсивным выделением тепла. Это тепло кондуктивно передается от вещества силовому элементу 12; при этом наличие теплоизолирующей прокладки 10 не позволяет теплу рассеиваться на остальную часть конструкции баллона 5. При достижении температуры, равной температуре обратных мартенситных превращений силового элемента 12, последний скачкообразно увеличивает свою длину, нож 14 разрушает герметичную заглушку 8 и инертный газ через дроссель 7 заполняет вакуумную секцию криогенного трубопровода. При этом первой порцией газа охлаждается патрон 11 и силовой элемент 12, который, принимая исходную форму, отводит нож 14 и не препятствует выходу газа из баллона.

Баллоны имеют разовое использование и при ремонте секции криогенного трубопровода их необходимо заменять полностью, заправлять газом и заменять только герметичную заглушку или входной штуцер с дросселем и заглушкой, которыми могут комплектоваться баллоны (ЗИП).

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает:
1. Повышение взрывоопасности криогенного трубопровода за счет создания защитной атмосферы в вакуумном пространстве.

2. Повышение эксплуатационной надежности, за счет того, что система реагирует только на течь из внутренней трубы и не реагирует из атмосферы, а также за счет того, что система работает автоматически и не требует подвода электроэнергии.

Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно к трубопроводному транспорту водородосодержащих криогенных жидкостей, таких как сжиженный природный газ, водород и т.д., и может быть использовано в магистральных и различного рода внтуризаводстких трубопроводах. Сущность изобретения: криогенный трубопровод выполнен из коаксиально установленных труб, вакуумное пространство между которыми разделено на секции и заполнено вакуумной многослойной изоляцией и средствами поддержания вакуума в изоляции. Новым является то, что в вакуумных секциях криогенного трубопровода размещены баллоны с инертным газом, например азотом каждый из которых снабжен установленными в выходном штуцере дросселем и герметичной заглушкой, при этом на баллоне закреплен кронштейн, на котором через теплоизолирующую прокладку установлен специальный термохимический датчик, связанный с силовым элементом, взаимодействующим с герметичной заглушкой баллона. Причем термохимический датчик генерирует тепло при взаимодействии с водородосодержащей средой при достаточно низких парциальных давлениях. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Криогенный трубопровод, выполненный из коаксиально установленных труб, вакуумное пространство между которыми разделено на секции и заполнено вакуумной многослойной изоляцией и средствами поддержания вакуума в изоляции, отличающийся тем, что в вакуумных секциях криогенного трубопровода размещены баллоны с инертным газом, каждый из которых снабжен установленными в выходном штуцере дросселем и герметичной заглушкой, при этом на баллоне закреплен кронштейн, на котором через теплоизолирующую прокладку установлен патрон с перфорированными стенками, внутри патрона закреплен одним концом силовой элемент, обладающий памятью формы, а на другом свободном конце силового элемента закреплен регулируемый по высоте нож с возможностью взаимодействия с герметичной заглушкой баллона, при этом пространство в патроне между силовым элементом и перфорированными стенками заполнено химическим активным веществом, выделяющим тепловую энергию при взаимодействии с водородосодержащей средой. 2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что в качестве химически активного вещества применен интерметаллид, например, FeTi или LaNi₅. 3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что в качестве химически активного вещества использован химический поглотитель водорода, например диоксид марганца палладированный. 4. Трубопровод по пп.1 3, отличающийся тем, что химически активное вещество изготовлено в виде гранул.