Способ вытеснения газа из сосуда и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК F17C7/00 F17C9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, я именно к резервуарам для хранения и транспортиоовки криогенных жидкостей и к операциям подготовки их к заправке и отогреву,

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет экономии газа наддува и ускорения процесса.

На чертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа - сосуд для хранения криогенных жидкостей.

Сосуд для хранения криогенных жидкостей содержит внутренний сосуд 1, вакуумный кожух 2. патрубки 3 и 4 для подвода и выдачи газа и криогенной жидкости. Вверху сосуда 1 установлен кожух 5, внутри которого расположен ротор 6 реверсивного электродвигателя (например, шагового), на цилиндрической наружной части кожуха 5 установлены обмотки 7 статора. Кожух 5 и обмотки 7 покрыты теплоизоляцией 8. Ротор 6 установлен на ходовом винте 9, взаимодействующем с нарезной втулкой 10. Втулка 10 прикреплена к крышке 11 с пазом 12. Паз 12 взаимодействует с направляющей 13, исключающей свободнее вращение крышки 11, Винт 9 имеет на концах опоры 14, обеспечивающие свободное вращение (например, шаровые или в виде подшипников качения). В линии патрубка 3 для управления подачей газа наддува установлен клапан 15, в линии отбора газа на анализ установлен клапан 16.

В линии патрубка 4 установлен клапан 17 для управления подачей криогенной жидкости или газа, в линии отбора пробы газа или жидкости на анализ установлен клапан

18.В верхней части сосуда из полости кожуха 5 имеется дренажная линия с клапаном

19,Сосуд оборудован датчиком 20 (например, емкостного типа), верхнего положения крышки 11. На кожухе установлен датчик 21

О

ю

I

счетчика оборотов ротора 6. В верхней и нижней части резервуара установлены датчики 22 и 23 давления.

Способ осуществляют следующим об- разом.

При вытеснении из резервуара одного газа другим (например, азотом воздуха при подготовке к заправке жидким азотом) проводят следующие операции.

Через патрубок 3 подают газообразный чистый азот при этом через патрубок 4 отводят воздух из резервуара.

Через промежуток времени, достаточный для вытеснения газа из полости между верхним днищем сосуда 1 и крышки 11 (определяется для каждого сосуда индивиду ально по результатам анализов проб газа), начинают принудительно перемещать крышку 11 в направлении патрубка 4.

При перемещении крышки 11 следят за избыточным давлением газа наддува, чтобы давление в полости между крышкой и верхним днищем сосуда превышало давление между крышкой и нижним днищем сосуда.

В крайней нижней точке крышку останавливают, а по результатам анализа или по истечении установленного опытным путем промежутка времени после остановки крышки прекращают подачу вытесняющего газа (азота). Процесс вытеснения газа завершен.

Устройство для осуществления предла гаемого способа - сосуд для хранения кри огенных жидкостей работает следующим образом.

В исходном положении сосуд 1 заполнен воздухом при давлении окружающей среды. Крышка 11 находится в крайнем вер хнем положении, при этом датчик 20 дает сигнал об этом в систему управления и счет чик оборотов устанавливает нулевые показания. Клапаны 19, 15, 16, 18 и 17 закрыты. Датчики 22 и 23 давления выдают в систему управления сведения о нулевом перепаде давления между ними.

Процесс вытеснения воздуха из сосуда

Iначинается с открытия клапана 17 и сообщения внутренней полости сосуда с атмосферой или линией выдачи криогенной жидкости. Затем открывают клапан 19 для продувки тупиковой зоны между ротором 6

и кожухом 5 и одновременно открывают клапан 15 для подачи азота на вытеснение воздуха. Поступающий азот разбавляет воз- дух между верхним днищем сосуда 1 и крышкой 11 и вытесняет смесь газов в атмосферу через дренажную линию с клапаном 19, через зазоры между краями крышки

I1и стенкой сосуда 1 в пространство сосуда

между крышкой 11 и нижним днищем сосуда, при JTOM воздух, вытесняемый азогом, поступает в патрубок 4 и через открытый клапан 17 в атмосферу чли линию выдачу) жидкого азота. По достижении в дренажной линии с клапаном 19 и в полости между крышкой 11 и верхним днищем сосуда 1 заданной остаточной концентрации кислорода и других примесей клапан 19 закрывают, а крышке 11 сообщают поступательное движение. Для этого подают электропитание на обмотку 7 статора реверсивного электродвигателя и приводят во вращатель ное движение рстор б, установленный винте 9. Ходовая резьба на винте 9 взаимодействует с резьбой втулки 10 и крышкп 11 совершает поступатепьное движение. Крышка 11 фиксируется от поворота направляющей 12, взаимодействующей с пазом 12 крышки. В реальных условиях эксплуатации необязательно определять концентрацию примесей при проведении каждого вытеснения газа. Достаточно знать, сколько времени требуется на полное вытеснение газа из полости над крышкой 11 в ее верхнем положении. Это время устанавливают опытным путем дпя каждого резервуара индивидуально яри заданном давлении, регистрируемом датчиком 22. или заданном входном давлении.

При движении крышки 11 внгз система управления следит, чтобы давление регистрируемое датчиком 22 превышало давление регистрируемое датчиком 23, хотя бы на 0,0005- 0,001 кг/см2 (выбор перепада давления зависит в основном or зазора между кромкой крышки и боковой стенкой сосуда I).

В случае снижения перепада давления ниже установленного предела система управления останавливает двигатель или сим жает скорость вращения ротора 6. О месте положение крышки 11 в сосуде судят по счетчку оборотов, фиксирующему сигналы датчика 21. Азот, протекающий между кромкой крышки 11 и стенкой сосуда 1, омывает стенку и все конструктивные элементы сосуда, например уровнемер (не показан), направляющую 13 и разбавляет воздух под крышкой. Воздух, а затем и разбавленный воздух постоянно отводятся через клапан 17 часть воздуха отбирается на анализ по линии с клапаном 18.

При достижении крышкой 11 заданного нижнего положения (определяют по счетчику) или в момент достижения в анзлизной линии с клапаном 18 заданной остаточной концентрации примесей, система управления отключает электродвигатель и крышка 11 останавливается. Если концентрация

примесей не достигла заданного уровня, то подачу азоги подолжают до тех пор пока в полости под крьнчкой 11 концентрация примесей не достигнет заданного уровня, после этого закрывают клапаны 17 и 15 и клапаны 16 и 18 я анализных линиях. Затем крышку 11, вкпючив реверсивную подачу, перемещают в крайнее верхнее положение. Сосуд готов к заправке жидким азотом.

Выполнение крышки 11 сетчатой или перфорированной позволяв дести процесс вытеснения газа с одновременным оэвно- мерным разбавлением его под крышкой 11 и в момент достижения его крайнего нижнего положения обеспечивает необходимую чистоту газа вплоть до выходного патрубка 4 с клапаном 17. Кроме того, такое выполнение крышки позволяет использовать ее вместо коллектора для равномерного распределения газа наддува и исключения проникновения газовой с. .руи подг,; ей жидкости,

Использоьание предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет (по сравнению с известным) существенно сократить цикл подготовки резервуара к заправке криогенной жидкостью, снизить затраты вытесняющего газа, необходимого для полного вытеснения другого газа до двух объемов сосуда и менее. Все это дает экономический эффект, особенно при вытеснении такими ДОРОГИМИ газами как гелий, водород и др. Использование перфорированной или сетчатой крышки позволяет исключить из конструкции резервуара газовый коллектор В режиме заправки резервуара коиогенной жидкостью и наддува его при выдаче крио- продуктэ крышка 11 существенно снижает прямой контакт зеркала жидкости с теплым газом. В условиях вынужденных колебаний при транспортировке криожидкости крышка снижает динамические нагрузки на конструктивные элементы, при этом необходимо просто поддерживать крышку на уровне зеркала криожидкости. Еще одно преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно не препятствует размещению датчиков температуры на стенках сосуда, уровнемеров зондов пробоотборников и т.п., так как в крышке могут быть выполнены соответствующие отверстия с достаточным зазором между кромками отверстий и измерительными приборами.

Что касается перемешивания газов над крышкой, то гот процесс при нег.рьрыгоом отводе снеси IS./JB под крышку приводит t- достижению требуемой чистоты путем раз бавления газч чад крыикой, после получения которой можно начать перемещение крышки, имея полную уверенность в том, что над крышкой чистота газа будо не хуже заданной, а это при обпащеш-и с «мстыми и

OC0604.1CTLJiv4i r 4rfMH И КрИОЖ Л ОСТЯМИ

имеет значение

Испопьзовгние предлагаемых способа и устройства сокращает расход чистого газа наддува на выяснение замещаемого газа

или смеси газов, так как при этом требуется незначительное попышэние давления в сосуде, что позволяет нгдежкг удерживать над крышкой чистый газ. При малых перепадах давления на кряшке расход чистого газа

через зазоры будет незначительным, что также приводит v снижению потерь чистого газа.

Ускорение процесса замещения проиг- ходитиз-зз того, что не требуется проводит).

многократное нагнетание чистого газа г сосуд и последующий сброс смеси газов (более 20 раз), а процесс замещения по предлагаемому способу идет непрерывно за один цикл движения крышки

Ф о р м у л з г з о б р е т е н и я

1,Способ ььпеснения газа из сосуда путем подачи газа наддува на подвижную

крышку, отделяющую хранимый газ и газ наддув отличающийся тем, что, с целью повышения 4Фбктионосм за счет экономии газа надува и ускорения процесса, одновременно с газч наздува

осуществляют принудительное перемещение крышки, при этом постоянно поддерживают избыточное давление газа наддува.

2.Устройство для вытеснения газа из сосуда, содержащее размещенную внутри

сосуда крышку со средством перемещения ее в вертикальное плоскости на направляющей, при этом полость сосуда над крышкой подключена к источнику газа наддува, о т- личающееся тем, что, с целью повышения эффективности за счет экономии газа наддува и ускорения процесса, средство перемещения исполнено в виде ходового винта, взаимодействующего с установленной в крышке нарезной втулкой.

20

Изобретение относится к криогенной технике, а конкретно к средствам подготовки резервуаров к запоааке криожидкостью или отогреву. Цель изобретения - повышение эффективности за счет экономичности и ускорение процесса замещения газов, процесс вытеснения одного гпзл другим в замкнутом сосуде заключается в подаче газа наддува на .срышку, размещенную внутри сосуда с принудительным перемещением ее о сторону патрубка сброса вытесняемого газй. ha пновмогидросопро- тивлении поддерживают перепад давления, достаточный для перетекания ггзч наддучч всторону вытесняемого, т.е. постоянно поддерживают избыточное давление наддуоа Крышка, размещенная на некотором расстоянии от стенок сосуда, имеет привод в виде ходового винта, взаимодействующего с установленной в крышке нарезной втулкой. 2 с.п.ф-лы, 1 ил