УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕКОНДЕНСАЦИИ ВЫПАРА СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ С ГЕЛИЕВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНОЙ Российский патент 2000 года по МПК F25J1/02 

Изобретение относится к области криогенной техники, криогенных газовых холодильных машин с гелием, в качестве рабочего тела, работающих по обратному циклу Стирлинга, и конденсации паров 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, стр. 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.: Изд.: иностр. литер., 1962, стр. 250). Однако, выброс пара за пределы емкости для хранения сжиженных газов приводит либо к потере 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, стр. 123/). Однако существует проблема высокоэффективного получения и хранения сжиженного природного газа, как криогенной жидкости.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

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/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35). Однако, применение жидкого воздуха требует повышенных мер взрыво- и пожаробезопасности.

Известно схемное решение транспортной установки с гелиевой холодильной машиной для хранения сжиженного газа, включающей в себя двухступенчатую детандерную холодильную машину с гелием, в качестве рабочего тела, теплоизолированную емкость для сжиженного газа с конденсирующим змеевиком в верхней части, соединенного с холодильной машиной (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 260).

Недостатком данного технического решения является то, что в качестве гелиевой холодильной машины используется детандерная машина, имеющая невысокую эффективность в области криогенных температур.

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

Для достижения этого технического результата, установка для переконденсации выпара сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины, включающая в себя гелиевую холодильную машину, теплоизолированную емкость для хранения сжиженных газов, снабжена, в качестве гелиевой холодильной машины, холодильной машиной Стирлинга, с рабочим телом - гелием, а также, замкнутым контуром выпара сжиженного газа, соединяющим емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины, состоящим из линии газообразного выпара с заборным устройством в газосодержащей части емкости, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном, расширительной емкостью, и линии сжиженного выпара с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном.

Введение в состав установки для переконденсации выпара сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины холодильной машины Стирлинга и замкнутого контура выпара сжиженного газа, соединяющего теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины и состоящего из линии газообразного выпара и сжиженного выпара, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности переконденсации выпара сжиженных газов в конденсаторе холодильной машины с последующим его сливом в емкость для хранения сжиженных газов, при теплообмене с рабочим телом холодильной машины Стирлинга - гелием, а также снижение затрат мощности холодильной машины, за счет применения более эффективного цикла и предварительного дросселирования газообразного выпара.

На чертеже изображена установка для переконденсации выпара сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины.

В состав установки входит холодильная машина Стирлинга 1 с рабочим телом - гелием, замкнутый контур выпара сжиженного газа, соединяющий теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа 2 с конденсатором (не показан) холодильной машины 1. Замкнутый контур состоит из линии сжиженного выпара 3 с сосудом Дьюара 4, насосом высокого давления 5, обратным клапаном 6 и линии газообразного выпара 6 с заборным устройством 8, предохранительным клапаном 9, дроссельным клапаном 10, расширительной емкостью 11.

Установка для переконденсации выпара сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины работает следующим образом.

За счет внешних теплопритоков в верхней части емкости 2 образуется выпар сжиженных газов. При достижении определенного давления срабатывает предохранительный клапан 9, что служит сигналом для включения холодильной машины 1. В результате этого по линии 7 газообразный выпар высокого давления, через заборное устройство 8, предохранительный клапан 9, поступает в дроссельный клапан 10, проходя через который в расширительную емкость 11, предварительно охлаждается, а затем, поступает в конденсатор (не показан) холодильной машины Стирлинга 1, где происходит его переконденсация. Переход выпара в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 1 создает необходимый перепад давлений в линии 6. Затем, сжиженный выпар по линии 3 сливается в сосуд Дьюара 4 и насосом повышенного давления 5 через обратный клапан 6 подается в теплоизолированную емкость 2 в виде сжиженного газа.

Источники информации
1. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

2. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 250.

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

4. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 287-288.

5. Соколов Е. Я. , Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

6. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под. ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35.

7. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 260 - прототип.

В установке для переконденсации выпара сжиженных газов в качестве холодильной машины используется холодильная машина Стирлинга с рабочим телом - гелием. Замкнутый контур выпара сжиженного газа соединяет емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины. Контур состоит из линии газообразного выпара с заборным устройством в газосодержащей части емкости, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном и расширительной емкостью и линии сжиженного выпара с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном. Использование изобретения позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при хранении и использовании сжиженных газов. 1 ил.

Установка для переконденсации выпара сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины, включающая в себя гелиевую холодильную машину, теплоизолированную емкость для хранения сжиженных газов, отличающаяся тем, что гелиевая холодильная машина выполнена в виде холодильной машины Стирлинга, установка снабжена замкнутым контуром выпара сжиженного газа с конденсатором холодильной машины, состоящим из линии газообразного выпара с заборным устройством в газосодержащей части емкости, предохранительным клапаном, дроссельным клапаном, расширительной емкостью и линии сжиженного выпара с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном.