УСТАНОВКА ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ С АЗОТНЫМ ЭКРАНОМ Российский патент 2000 года по МПК F25J1/00 F17C3/10 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин с гелием в качестве рабочего тела, работающих по обратному циклу Стирлинга, и хранения сжиженных газов, например, природного газа.

Известно, что для сжижения газов используются различные циклы, например с дросселированием или детандерные, однако в области криогенных температур (60-160 K) наиболее высокоэффективным циклом является цикл с холодильной машиной, работающей по циклу Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше, по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 185 - 186).

Известно, что ввиду внешних теплопритоков в емкостях с криогенными жидкостями образуется выпар (пары сжиженных газов), количество которого зависит от многих факторов: формы емкостей; типов теплоизоляции и т.д. (Р.Б. Скотт Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Издательство иностранной литературы, 1962, с. 250). Однако выброс выпара за пределы емкости для хранения сжиженных газов приводит либо к потери ценного продукта, либо к загрязнению окружающей среды.

Известно, что сжиженный природный газ рассматривается как перспективное жидкое топливо, а температура кипения сжиженных природных газов соответствует температуре - 162^oC (113 K) (Нефтегазовая вертикаль. Анал. журнал 9-10 (24 - 25), М., 1998, с. 123). Однако существует проблема высокоэффективного получения и хранения сжиженного природного газа, как криогенной жидкости.

Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для сжижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Иностранная литература, 1961, с. 35). Однако использование жидкого воздуха в различных технологиях требует повышенных мер взрыво- и пожаробезопасности.

Известны конструкции сосудов для хранения и перевозки жидких газов с малыми потерями на испарение на основе азотного экрана, включающие в себя сосуд с жидким газом, размещенным в сосуде с жидким азотом, и предохранительным клапаном для выпуска паров азота (Р.Б. Скотт Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Издательство иностранной литературы, 1962, с. 257-258). Однако в данных технических решениях не рассматриваются вопросы сохранения азота, и, следовательно, эффективность азотного экрана будет постоянно снижаться с испарением жидкого азота и выбросом его паров в окружающую среду.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности систем и снижении материальных затрат при хранении сжиженных газов.

Для достижения этого технического результата установка для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном, состоящая из теплоизолированного сосуда с жидким газом, размещенного в теплоизолированном сосуде с жидким азотом, и предохранительного клапана для выпуска паров азота, снабжена холодильной машиной Стирлинга с гелием в качестве рабочего тела, а также, замкнутым контуром азота, состоящим из линии газообразного азота с заборным устройством, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном перед холодильной машиной, и линии сжиженного азота с обратным клапаном, соединяющих сосуд с жидким азотом с конденсатором холодильной машины.

Введение с состав установки для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном, холодильной машиной Стирлинга и замкнутого контура азота, из линий с газообразным и сжиженным азотом, соединяющих сосуд с жидким азотом с конденсатором холодильной машины, позволяет получить новое свойство, заключающееся в переконденсации выпара (паров) азота (азотного экрана) в конденсаторе холодильной машины с последующим его сливом в сосуд с жидким азотом, за счет теплообмена с рабочим телом холодильной машины.

На чертеже изображена установка для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном.

В состав установки входит холодильная машина Стирлинга 1, с рабочим телом - гелием, замкнутый контур азота, соединяющий теплоизолированный сосуд с жидким азотом 2 с конденсатором (на чертеже не показан) холодильной машины 1. Внутри сосуда с жидким азотом 2 расположен теплоизолированный сосуд с сохраняемым жидким газом 3. Замкнутый контур состоит из линии сжиженного азота 4, с обратным клапаном 5, и линии газообразного азота 6 с заборным устройством 7, предохранительным клапаном 8 и дроссельным клапаном 9.

Установка для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном работает следующим образом.

Жидкий газ в сосуде 3 защищен от внешних теплопритоков слоем жидкого азота, расположенного в теплоизолированном сосуде 2. В свою очередь, за счет внешних теплопритоков в верхней части емкости 2 образуются пары азота. При достижении определенного давления срабатывает предохранительный клапан 8, что служит сигналом для включения холодильной машины 1. В результате этого по линии 6 газообразный азот высокого давления через заборное устройство 7, предохранительный клапан 8 поступает в дроссельный клапан 9, расположенный перед конденсатором холодильной машины 1, проходя через который предварительно охлаждается, а затем, поступает в конденсатор (на чертеже не показан) холодильной машины Стирлинга 1, где происходит его переконденсация. Переход паров азота в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 1, создает необходимый перепад давлений в линии 6. Затем, сжиженный азот по линии 4 через обратный клапан 5 сливается в теплоизолированную емкость 2 в виде сжиженного газа.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 185 - 186.

2. Р.Б. Скотт Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: издательство иностранной литературы, 1962, с. 250.

3. Нефтегазовая вертикаль. Аналитический журнал 9 - 10 (24 - 25), М., 1998, с. 123.

4. Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Иностранная литература, 1961, с. 35.

5. Р.Б. Скотт Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Издательство иностранной литературы, 1962, с. 257 - 258 - прототип.

Установка для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном включает теплоизолированный сосуд с жидким газом, размещенный в теплоизолированном сосуде с жидким азотом, и предохранительный клапан. Установка снабжена холодильной машиной Стирлинга с гелием в качестве рабочего тела и замкнутым контуром азота. Контур состоит из линии газообразного азота с заборным устройством, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном перед холодильной машиной и линии сжиженного азота с обратным клапаном, соединяющих сосуд с жидким азотом с конденсатором холодильной машины. Использование установки позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при хранении сжиженных газов. 1 ил.

Установка для долговременного хранения сжиженных газов с азотным экраном, состоящая из теплоизолированного сосуда с жидким газом, размещенного в теплоизолированном сосуде с жидким азотом, и предохранительного клапана для выпуска паров азота, отличающаяся тем, что снабжена холодильной машиной Стирлинга с гелием в качестве рабочего тела и замкнутым контуром азота, состоящим из линии газообразного азота с заборным устройством, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном перед холодильной машиной и линии сжиженного азота с обратным клапаном, соединяющих сосуд с жидким азотом с конденсатором холодильной машины.