КРИОГЕННЫЙ ГАЗИФИКАТОР Российский патент 2022 года по МПК F17C9/02 

Изобретение относится к криогенной технике и широко может быть использовано в криогенных газификаторах и в системах хранения и газификации СПГ для автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта.

Известна газификационная установка, включающая емкость для жидкого кислорода, предохранительный клапан, линию наддува с теплообменником и регулятором давления, погружной насос, линию выдачи газообразного кислорода в реципиенты в составе испарителя - подогревателя и запорной арматуры. (см. Справочник по физико-техническим основам криогеники. »Энергия». Москва. 1973 г стр. 343, рис. 15-13.) Недостатком этого технического решения является сложность эксплуатации и значительное снижение надежности, обусловленная частыми отказами в работе насоса и регулятора давления.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является газификатор, содержащий емкость для хранения криогенной жидкости, регулятор давления, обратный клапан, подключенный параллельно регулятору давления, установленные на линии выдачи газа потребителю до испарителя, регулятор деления, установленный на линии наддува до испарителя, предохранительный клапан, трубопровод подачи и выдачи криогенной жидкости и трубопровод газосброса. (см. патент РФ 150624) Несмотря на то, что установка обратного клапана обеспечивает возврат испарившейся в трубопроводе выдачи газа потребителю и испарителе жидкости обратно в емкость, однако указанная конструкция имеет существенный недостаток, который может привести к нерегламентированной потере криогенной жидкости, обусловленный разрушением измерительного устройства (мембраны, сильфона), установленного как известно в регулирующем клапане регулятора давления, что сопровождается полным открытием клапанной тарели в регуляторе давления, а следовательно к неконтролируемой подачи в испаритель криогенной жидкости, росту давления в газовой подушке емкости и срабатыванию предохранительного клапана, который будет оставаться открытым до тех пор, пока не будет перекрыта подача криогенной жидкости на регулятор давления. Другой недостаток конструкции заключается в том, что очень часто в предохранительном клапане после его срабатывания не достигается полная герметичность, что приводит к дополнительным потерям криогенного продукта, а для восстановления герметичности предохранительного клапана необходимо провести операцию отогрева клапана.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности работы криогенного газификатора.

Поставленная цель достигается тем, что криогенный газификатор, содержащий емкость для хранения криогенной жидкости, регулятор давления, обратный клапан, подключенный параллельно регулятору давления, установленные, на линии выдачи газа потребителю до испарителя, регулятор давления; установленный на линии наддува до испарителя, предохранительный клапан, трубопровод подачи и выдачи криогенной жидкости и трубопровод газосброса, снабжен системой защиты, выполненной в виде нормально открытого клапана, установленного перед испарителем на линии выдачи газа потребителю, при этом на клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом и клапан подключен трубопроводом, на котом установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после испарителя, идентичного нормально открытого клапана, установленного на линии наддува перед испарителем, при этом на клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом и клапан подключен трубопроводом, на котором установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после испарителя, блока пневмоуправления в составе газового баллона высокого давления, редуктора, ресивера с предохранительным клапаном, манометром и двух электромагнитных клапанов, каждый из которых подключен к своему пневмоклапану, и предохранительного устройства, подключенного к емкости параллельно предохранительному клапану и выполненного в виде нормально открытою пневмоклапана и взаимосвязанного с ним импульсного клапана, соединенного с ресивером блока пневмоуправления, а кроме того за каждым регулятором давления установлен сигнализатор давления, а до регуляторов давления сделаны отводы, на которых установлены обратные клапаны, подключенные к линии наддува за регулятором давления.

На рисунке показана конструктивная схема криогенного газификатора. Криогенный газификатор содержит емкость 1 для хранения криогенной жидкости, которая оборудована предохранительным клапаном 2, трубопроводом 3 подачи и выдачи криогенной жидкости с запорным вентилем 4, трубопроводом 5 газосброса с запорным вентилем 6, манометром 7 и уровнемером 8, систему защиты, выполненную в виде нормально открытого клапана 9, установленного на линии 10 выдачи газа потребителю перед испарителем 11, при этом на клапане 9 смонтирован пневмоклапан 12 с ручным дожимом 13 и клапан 9 подключен трубопроводом 14, на котором установлен сигнализатор давления 15, к управляющему клапану 16 регулятора давления 17, установленного после испарителя 11, идентичного нормально открытого клапана 18, установленного на линии 19 наддува перед испарителем 20, при этом на клапане 18 смонтирован пневмоклапан 21 с ручным дожимом 22 и клапан 18 подключен трубопроводом 23, на котом установлен сигнализатор давления 24, к управляющему клапану 25 регулятора давления 26, установленного после теплообменника 20, блока пневмоуправления в составе газового баллона 27 высокого давления, редуктора 28, ресивера 29 с предохранительным клапаном 30, манометром 31 и двух электромагнитных клапанов 32 и 33, один из которых 32 трубопроводом 34 подключен к пневмоклапану 12, а второй 33 трубопроводом 35 - к пневмоклапану 21, и предохранительного устройства, подключенного к емкости 1 параллельно предохранительному клапану 2 и выполненного в виде нормально открытого пневмоклапана 36 и взаимосвязанного с ним импульсного клапана 37, соединенного трубопроводом 38 с ресивером 28 блока пневмоуправления. В систему защиты, которой снабжен криогенный газификатор, входив сигнализатор давления 39, установленный на линии 19 наддува после регулятора давления 26, сигнализатор давления 40, установленный на линии 10 выдачи газа потребителю после регулятора давления 17, обратный клапан 41, установленный на отводе 42 до регулятора давления 26, обратный клапан 43, установленный на отводе 44 до регулятора давления 17, при этом оба обратных клапана 41 и 43 подсоединены трубопроводом 45 к линии 19 наддува за регулятором давления 26. Систему контроля и управления, входящая в состав криогенного газификатора, на рисунке не показана.

Работа криогенного газификатора состоит из следующих штатных технологических операций:

- заполнение емкости 1 криогенной жидкостью;

- повышение давления в емкости 1 до рабочего значения;

- выдача газа потребителю;

- прекращение работы.

Перед заполнением емкости 1 криогенной жидкостью необходимо предварительно из газового баллона 27 высокого давления с помощью редуктора 28 заполнить ресивер 29 в блоке пневмоуправления воздухом до давления, требуемого для работы пневмоклапанов 12 и 21, например до 4,7 МПа, контролируя давление по манометру 31. Для защиты блока пневмоуправления от превышения давления на ресивере 29 установлен предохранительный клапан 30. При достижении в ресивере 29 рабочего давления управляющего воздуха последовательно закрыть нормально открытый клапана 9, подав управляющий воздух из ресивера 29 с помощью электромагнитного клапана 32 по трубопроводу 34 в пневмоклапан 12 с ручным дожимом 13, и нормально открытый клапана 18, подав управляющий воздух из ресивера 29 с помощью электромагнитного клапана 33 по трубопроводу 35 в пневмоклапан 21 с ручным дожимом 22. В результате оба клапана 9 и 18 перейдут в закрытое положение. Далее открыть запорный вентиль 6 на трубопроводе 5 газосброса, подключить трубопровод 3 подачи и выдачи криогенной жидкости с запорным вентилем 4 к заправщику (на рисунке не показан) и подать криогенную жидкость от заправщика. После окончания процесса заполнения емкости 1 криогенной жидкостью, контролируемого по уровнемеру 8, закрыть запорные вентили 4 и 6, отсоединить заправщик и приступить к выполнению следующей технологической операции - повышению давления в емкости 1 до рабочего значения, например, до 0,8 МПа, контролируемого по манометру 7. Для этого клапан 18 переводят в открытое положение за счет сброса управляющего давления в атмосферу из пневмоклапана 21 путем переключения электромагнитного клапана 33. В результате из емкости 1 криогенная жидкость поступает в линию 19 наддува, проходит через открытый клапан 18 в испаритель 20, где она испаряется, нагревается и через регулятор давления 26 поступает в паровую полость емкости 1, повышая в ней давление, контролируемое по манометру 7. По достижении в емкости 1 величины, равной рабочему значению, оно начинает автоматически поддерживаться регулятором давление 26, работа которого предварительно отстраивается с помощью управляющего клапана 25. Для выдачи газа потребителю клапан 9 переводят в открытое положение за счет сброса управляющего давления в атмосферу из пневмоклапана 12 путем переключения электромагнитного клапана 32. В результате из емкости 1 криогенная жидкость поступает в линию 10 выдачи газа потребителю, проходит через открытый клапан 9 в теплообменники, где она испаряется, нагревается и через: регулятор давления 11 в виде газа подается потребителю, при этом давление газа начинает автоматически поддерживаться регулятором давления 17, работа которого предварительно отстраивается с помощью управляющего клапана 16 на требуемое рабочее давление. После окончания выдачи газа потребителю клапаны 9 и 18 закрывают за счет переключения электромагнитных клапанов 32 и 33 в положение, обеспечивающее подачу управляющего воздуха из ресивера 29 в пневмоклапаны 12 и 21.

В тоже время в процессе работы криогенного газификатора, как показывает опыт эксплуатации, может возникнуть внештатная ситуация, вызванная отказом в работе регуляторов давления 17 и 26 и связанная с разрушением измерительного устройства (мембраны, сильфона) в управляющих клапанах 16 и 25 регуляторов давления 17 и 26, работающих по схеме поддержания давления «после себя», что сопровождается полным открытием клапанной тарели в регуляторах давления 17 и 26, а следовательно к неконтролируемой подачи криогенной жидкости через испаритель 11 и испаритель 20, что привело бы к резкому росту давления в емкости 1, срабатывание предохранительного клапана 2 и как следствие к потере криогенной жидкости, величина которой зависит от времени блокировки оператором подачи криогенной жидкости на испаритель 11 и испаритель 20. Предлагаемое техническое решение в этом случае автоматически прекращает подачу криогенной жидкости из емкости 1 путем закрытия клапанов 9 и 18. Так, например, в случае разрушения измерительного устройства в управляющем клапане 25 регулятора давления 26, газ по трубопроводу 23 заполнит полость над поршнем клапана 18. Общеизвестно, что в конструкции клапанов нормально открытого типа герметичность затвора клапана обеспечивается за счет усилия, создаваемого от давления газа, действующего на поршень, площадь которого больше седла клапана. Таким образом, при поступление газа в полость над поршнем клапана 18 с давлением равным давлению наддува, произойдет естественное закрытие клапана 18 и прекращение подачи криогенной жидкости на вход испарителя 20, при этом информация об отказе регулятора давления 26 поступит в систему управления от сигнализатора давления 39 с последующим сообщением оператору. Таким же образом, в случае разрушения измерительного устройства в управляющем клапане 16 регулятора давления 17 газ по трубопроводу 15 заполнит полость над поршнем клапана 9 с давлением, равным давлению газа выдачи потребителю, произойдет естественное закрытие клапана 9 и прекращение подачи криогенной жидкости на вход теплообменника 11, при этом информация об отказе регулятора давления 17 поступит в систему управления от сигнализатора давления 40 с последующим сообщением оператору.

В случае роста давления за регуляторами давления 17 или 26, вызванного сбоем в их работе, от сигнализаторов давления 40 или 39 в систему управления поступает сигнал о выходе давления за регламентные границы и от системы управления поступает команда на закрытие клапана 9 или 18, которое происходит путем автоматического переключения электромагнитных клапанов 32 и 33 в положение, обеспечивающее подачу управляющего воздуха из ресивера 29 в пневмоклапаны 12 или 21. Кроме того, в экстренных случаях оператор может закрыть клапаны 9 и 18 с помощью ручных дожимов 13 и 22.

Известно также, что после срабатывания предохранительного клапан 2, служащего для защиты емкости 1, очень часто не достигается первоначальной герметичности в седле предохранительного клапана 2, что приводит к дополнительном потерям криогенного продукта и требует специальных мер для восстановления прежней герметичности.

В предлагаемом решении этот недостаток удается устранить за счет предохранительного устройства, подключенного к емкости 1 параллельно предохранительному клапану 2 и выполненного в виде нормально открытого пневмоклапана 36 и взаимосвязанного с ним импульсного клапана 37, соединенного трубопроводом 38 с ресивером 29 блока пневмоуправления, при этом давление срабатывания предохранительного устройства, работа которого понятна из конструктивной схемы, отраженной на рисунке криогенного газификатора, отстраивается на меньшее значение, чем давление срабатывания предохранительного клапана 2. При достижении в емкости 1 давления срабатывания предохранительного устройства происходит открытие пневмоклапана 36 с помощью импульсного клапана 37, который перекрывает подачу управляющего воздуха из ресивера 29 поступающего по трубопроводу 38 в пневмоклапан 36 и открывает сброс управляющего воздуха из пневмоклапана 36 в атмосферу через импульсный клапан 37. При снижении давления в емкости 1 ниже давления срабатывания предохранительного устройства импульсный клапан 37 вернется в положение, обеспечивающее поступление управляющего воздуха из ресивера 29 по трубопроводу 38 в пневмоклапан 36, что приведет его к закрытию, а усилие, возникающее от давления управляющего воздуха, гарантирует полную, герметичность в затворе пневмоклапана 36. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает как повышенную надежность работы криогенного газификатора, так и его высокую экономичность.

Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

Изобретение относится к криогенной технике и широко может быть использовано в криогенных газификаторах и в системах хранения и газификации СПГ для автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта. Газификатор снабжен системой защиты, выполненной в виде нормально открытого клапана, установленного перед испарителем на линии выдачи газа потребителю. На клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом. Клапан подключен трубопроводом, на котором установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после испарителя, идентичного нормально открытого клапана, установленного на линии наддува перед теплообменником. На клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом, и клапан подключен трубопроводом, на котором установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после теплообменника. Система защиты также содержит блок пневмоуправления в составе газового баллона высокого давления, редуктор, ресивер с предохранительным клапаном, манометр и два электромагнитных клапана, каждый из которых подключен к своему пневмоклапану, и предохранительное устройство, подключенное к емкости параллельно предохранительному клапану. Устройство выполнено в виде нормально открытого пневмоклапана и взаимосвязанного с ним импульсного клапана, соединенного с ресивером блока пневмоуправления. За каждым регулятором давления установлен сигнализатор давления, а до регуляторов давления сделаны отводы, на которых установлены обратные клапаны, подключенные к линии наддува за регулятором давления. Предложенный криогенный газификатор обеспечивает как повышенную надежность, так и высокую экономичность его работы. 1 ил.

Криогенный газификатор, содержащий емкость для хранения криогенной жидкости, регулятор давления, обратный клапан, подключенный параллельно регулятору давления, установленные на линии выдачи газа потребителю до испарителя, регулятор давления, установленный на линии наддува до испарителя, предохранительный клапан, трубопровод подачи и выдачи криогенной жидкости и трубопровод газосброса, отличающийся тем, что газификатор снабжен системой защиты, выполненной в виде нормально открытого клапана, установленного перед испарителем на линии выдачи газа потребителю, при этом на клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом и клапан подключен трубопроводом, на котором установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после испарителя, идентичного нормально открытого клапана, установленного на линии наддува перед испарителем, при этом на клапане смонтирован пневмоклапан с ручным дожимом и клапан подключен трубопроводом, на котором установлен сигнализатор давления, к управляющему клапану регулятора давления, установленного после испарителя, блока пневмоуправления в составе газового баллона высокого давления, редуктора, ресивера с предохранительным клапаном, манометром и двух электромагнитных клапанов, каждый из которых подключен к своему пневмоклапану, и предохранительного устройства, подключенного к емкости параллельно предохранительному клапану и выполненного в виде нормально открытого пневмоклапана и взаимосвязанного с ним импульсного клапана, соединенного с ресивером блока пневмоуправления, а, кроме того, за каждым регулятором давления установлен сигнализатор давления, а до регуляторов давления сделаны отводы, на которых установлены обратные клапаны, подключенные к линии наддува за регулятором давления.