УСТАНОВКА ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ ГЕЛИЕВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ 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 из криогенной техники, что температура кипения азота соответствует температуре -196^oC (77 K), а также использование жидкого азота как охлаждающей жидкости (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 43). Однако, в технологиях по производству сжиженного природного газа, жидкий азот ранее не использовался.

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 ожидания 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, включающую 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, а также в повышении безопасности эксплуатации данных систем.

Для достижения этого технического результата, установка для конденсации паров сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины, включающая в себя гелиевую холодильную машину, емкость для хранения сжиженных газов и конденсирующий змеевик в ее верхней части, связанный с холодильной машиной, снабжена в качестве гелиевой холодильной машины, холодильной машиной Стирлинга, с рабочим телом - гелием, а также замкнутым контуром азота, соединяющим емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины, состоящим из линии газообразного азота с дроссельным клапаном, расширительной емкостью, и линии жидкого азота с сосудом Дьюара и насосом высокого давления.

Введение в состав установки для конденсации паров сжиженных газов холодильной машины Стирлинга, замкнутого контура азота с конденсирующим змеевиком и дроссельным клапаном на линии газообразного азота, позволяет получить новое свойство, заключающееся в конденсации паров сжиженных газов, например природного газа, при теплообмене с жидким азотом за счет разницы температур кипения, а также снижение затрат мощности холодильной машины, за счет применения более эффективного цикла и предварительного дросселирования газообразного азота.

На чертеже изображена установка для конденсации паров сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины.

В состав установки входит холодильная машина Стирлинга 1, с рабочим телом - гелием, замкнутый контур азота, соединяющим теплоизолированную емкость для хранения сжиженного газа 2 с конденсатором (не показан) холодильной машины 1. Замкнутый контур состоит из линии жидкого азота 3 с сосудом Дьюара 4, насосом высокого давления 5 и линии газообразного азота 6 с дроссельным клапаном 7, расширительной емкостью 8. В емкости 2 линии 3 и 6 соединяются через конденсирующий змеевик 9 в верхней части емкости 2, а в холодильной машине 1 через конденсатор.

Установка для конденсации паров сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины работает следующим образом.

Замкнутый контур заполняется азотом с повышенным давлением. При необходимости конденсации паров сжиженного газа, находящихся в емкости 2, включает холодильную машину Стирлинга 1, в результате этого в ее конденсаторе сжижается азот, создавая разряжение в линии газообразного азота 6. Жидкий азот по линии 3 сливается в сосуд Дьюара 4 и насосом повышенного давления 5 подается в конденсирующий змеевик 9, где за счет разницы температур кипения происходит теплообмен между жидким азотом и парами сжиженного газа, например, природного газа. В результате теплообмена пары конденсируются, а жидкий азот переходит в газообразную фазу с повышенным давлением. По линии 6 газообразный азот поступает в расширительную емкость 8 через дроссельный клапан 7, в результате этого азот охлаждается и поступает для конденсации в конденсатор холодильной машины Стирлинга 1.

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

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература". М., 1961, стр. 43.

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 конденсации паров сжиженных газов холодильная машина выполнена в виде холодильной машины Стирлинга с рабочим телом - гелием. Замкнутый контур азота соединяет емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины. Контур состоит из линии газообразного азота с дроссельным клапаном и расширительной емкостью и линии жидкого азота с сосудом Дьюара и насосом высокого давления. Использование изобретения позволит повысить эффективность систем и снизить материальные затраты при хранении и использовании сжиженных газов, а также в повышении безопасности эксплуатации данных систем. 1 ил.

Установка для конденсации паров сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины, включающая в себя гелиевую холодильную машину, теплоизолированную емкость для хранения сжиженных газов и конденсирующий змеевик в ее верхней части, связанный с холодильной машиной, отличающаяся тем, что гелиевая холодильная машина выполнена в виде холодильной машины Стирлинга, установка снабжена замкнутым контуром азота, соединяющим емкость для хранения сжиженного газа с конденсатором холодильной машины, состоящим из линии газообразного азота с дроссельным клапаном, расширительной емкостью и линии жидкого азота с сосудом Дьюара и насосом высокого давления.