СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ CO Российский патент 2009 года по МПК F17C7/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту сжиженных газов, в частности к транспортированию и раздаче жидкой двуокиси углерода CO₂ в баллоны.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ транспортирования жидкой СО₂, включающий ее перекачку в жидкой фазе (см. а.с. СССР № 1100458, F17C 7/04, 1984 (1)).

Недостатком способа является ненадежность работы, невозможность подачи потребителю на протяженное расстояние CO₂ в жидком виде.

Цель изобретения в части способа - снижение энергозатрат при подаче потребителю СО₂ на протяженное расстояние за счет поддержания ее параметров, соответствующих жидкому состоянию, при помощи автоматизированной системы регулирования расхода.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе транспортирования жидкой СО₂, включающем ее перекачку в жидкой фазе, согласно изобретению расход СО₂ регулируют исполнительным механизмом, обеспечивающим давление в диапазоне 6,0…7,5 МПа, при этом контролируют принадлежность давления и температуры значениям, соответствующим жидкой фазе.

Ближайшим аналогом заявленного устройства является устройство транспортирования жидкой CO₂, содержащее баллоны (см. (1)).

Недостатком такой установки является сложность конструкции и, как следствие, ненадежность работы, невозможность подачи потребителю на протяженное расстояние CO₂ в жидком виде.

Цель изобретения в части устройства - снижение энергозатрат при подаче потребителю СО₂ на протяженное расстояние за счет поддержания ее параметров, соответствующих жидкому состоянию, при помощи автоматизированной системы регулирования расхода.

Это достигается тем, что устройство транспортирования жидкой СО₂, содержащее баллоны, согласно изобретению снабжено исполнительным механизмом регулирования расхода, расходомером, датчиками температуры и давления, предохранительным клапаном аварийного сброса жидкой СО₂ и клапаном для предупреждения падения давления при резком увеличении расхода у потребителя.

Подача потребителям жидкой CO₂, в отличие от газообразной CO₂, экономически более выгодна. При одинаковом расходе CO₂ по массе G [кг/ч] средняя скорость ее транспортировки по трубопроводу с внутренним диаметром d составит v=4G/(πd²ρ). При G=220 кг/ч, d=50 мм для газообразной фазы (ρ_г=2 кг/м³) скорость v_Г=15,6 м/с, для жидкой фазы (ρ_ж=950 кг/м³) скорость v_ж=0,03 м/с. При этом отношение потерь давления на преодоление сил трения, примерно пропорциональное соответствующим мощностям компрессора, а следовательно, и технологическим расходам, при перекачке СО₂ в газообразной и жидкой фазах составит Δр_г/Δр_ж=(ρ_гv_г ²)/(ρ_жv_ж ²)=570. Этот расчет показывает, что на перекачку СО₂ в жидкой фазе потребуется в 570 раз меньше энергии, чем на соответствующую перекачку ее в газообразной фазе.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Процесс перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое протекает с изменением температуры и давления. Например, процесс перехода жидкой СО₂, транспортируемой по трубопроводу, в газообразную фазу сопровождается изменением температуры и давления. Возникающие при этом напряжения приводят к деформациям в трубопроводах и их разрывам.

В предлагаемом способе и устройстве агрегатные переходы предотвращаются тем, что параметры состояния - давление и температура поддерживаются в диапазоне, соответствующем жидкой фазе на диаграмме состояния СО₂ с помощью автоматизированной системы регулирования расхода.

На чертеже приведена схема устройства, осуществляющего способ.

Пример. Предложенное устройство включает исполнительный механизм (1), расходомер (2), датчики температуры (3) и давления (4), предохранительный клапан аварийного сброса жидкой СО₂ (5), запорный клапан (6), емкость-накопитель (7), трубопровод (8), устройство связи с объектом (УСО) (9), автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора (10).

Описанное устройство работает следующим образом.

Жидкая CO₂ транспортируется по теплоизолированному трубопроводу (8) в емкость-накопитель (7). Расход регулируется исполнительным механизмом (1) и контролируется расходомером (2). На трубопроводе установлены датчики давления (4) и температуры (3). Сигналы от расходомера (2), датчиков давления (4), температуры (3) поступают в устройство связи с объектом (УСО) (9), а через него - в автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора (10). УСО преобразует измеряемые параметры в унифицированные электрические сигналы, которые непрерывно обрабатываются компьютером в АРМ. Компьютер контролирует принадлежность физических параметров состояния - давления и температуры их значениям на диаграмме состояния СО₂, соответствующим жидкой фазе. На основании значений давления и температуры и скорости их изменения предлагаются варианты действия оператора, который либо позволяет системе работать автоматически, либо берет управление на себя. Давление в диапазоне 6,0…7,5 МПа поддерживается регулятором расхода (1), при этом температура жидкой СО₂ на входе в трубопровод поддерживается в диапазоне -30…+30°С.

Запорный клапан (6) предназначен для предупреждения падения давления при резком увеличении расхода у потребителя. Во избежание резкого понижения давления ниже заданного предела (6,0 МПа) происходит перекрывание трубопровода и тем самым обеспечивается поддержание давления в заданных пределах. Предохранительный клапан (5) служит для аварийного сброса жидкой СО₂ при недопустимо резком росте давления.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту сжиженных газов, в частности к транспортированию и подаче жидкой CO₂ в емкость-накопитель. Способ транспортирования жидкой CO₂, включающий его перекачку в жидкой фазе, отличающийся тем, что расход СО₂ регулируют исполнительным механизмом, обеспечивающим давление в диапазоне 6,0…7,5 МПа, при этом контролируют принадлежность давления и температуры значениям, соответствующим жидкой фазе. Устройство транспортирования жидкой СО₂ содержит баллоны, исполнительный механизм регулирования расхода, расходомер, датчики температуры и давления, предохранительный клапан аварийного сброса жидкой СО₂ и клапан для предупреждения падения давления при резком увеличении расхода у потребителя. Использование изобретения позволит снизить энергозатраты при подаче потребителю СО₂ на протяженное расстояние за счет поддержания ее параметров, соответствующих жидкому состоянию, при помощи автоматизированной системы регулирования расхода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ транспортирования жидкой CO₂, включающий его перекачку в жидкой фазе, отличающийся тем, что расход CO₂ регулируют исполнительным механизмом, обеспечивающим давление в диапазоне 6,0…7,5 МПа, при этом контролируют принадлежность давления и температуры значениям, соответствующим жидкой фазе.

2. Устройство транспортирования жидкой СО₂, содержащее баллоны, отличающееся тем, что оно снабжено исполнительным механизмом регулирования расхода, расходомером, датчиками температуры и давления, предохранительным клапаном аварийного сброса жидкой СО₂ и клапаном для предупреждения падения давления при резком увеличении расхода у потребителя.