RU2842172C1 - Cryogenic substance storage system - Google Patents
Cryogenic substance storage system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2842172C1 RU2842172C1 RU2024127118A RU2024127118A RU2842172C1 RU 2842172 C1 RU2842172 C1 RU 2842172C1 RU 2024127118 A RU2024127118 A RU 2024127118A RU 2024127118 A RU2024127118 A RU 2024127118A RU 2842172 C1 RU2842172 C1 RU 2842172C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessels
- cryogenic
- cryogenic substance
- substance
- liquid
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к криогенному оборудованию, а именно к изотермическим сосудам, предназначенным для хранения криогенного вещества (например, двуокиси углерода (CO2)) в жидком состоянии и передачи их для применения в различных областях техники или для применения для производства различных продуктов на их основе, например для газификации в пищевой промышленности, для производства сухого льда или при тушении пожаров. Изобретение направлено на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, инцидентов, травматизма на производственных объектах при использовании сосудов, работающих под избыточным давлением газа в сжиженном состоянии (сжиженных под давлением газов), а именно под избыточным давлением жидкого диоксида углерода.The invention relates to cryogenic equipment, namely to isothermal vessels intended for storing a cryogenic substance (for example, carbon dioxide (CO 2 )) in a liquid state and transferring them for use in various fields of technology or for use in the production of various products based on them, for example for gasification in the food industry, for the production of dry ice or in extinguishing fires. The invention is aimed at ensuring industrial safety, preventing accidents, incidents, injuries at industrial facilities when using vessels operating under excess pressure of gas in a liquefied state (liquefied gases under pressure), namely under excess pressure of liquid carbon dioxide.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Основные параметры, технические требования и методы испытаний регламентируются такими государственными документами как: Техническим регламентом таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (TP ТС 032/2013) на территории Таможенного Союза, Directive 2014/68/EU в Европейском Союзе, ASME Boiler and Pressure Vessel Code в США.The main parameters, technical requirements and testing methods are regulated by such state documents as: Technical Regulations of the Customs Union "On the safety of equipment operating under excess pressure" (TP TS 032/2013) in the territory of the Customs Union, Directive 2014/68/EU in the European Union, ASME Boiler and Pressure Vessel Code in the USA.
Согласно TP ТС 032/2013 жидкий диоксид углерода и сжатый воздух относятся к рабочим средам группы 2, так как к группе 1 относятся рабочие среды, состоящие из воспламеняющихся, окисляющих (кроме воздуха с содержанием кислорода, соответствующим естественному составу атмосферного воздуха), горючих, взрывчатых, токсичных и высокотоксичных газов, жидкостей и паров в однофазном состоянии, а также их смесей.According to TP TS 032/2013, liquid carbon dioxide and compressed air belong to working environments of group 2, since group 1 includes working environments consisting of flammable, oxidizing (except air with an oxygen content corresponding to the natural composition of atmospheric air), combustible, explosive, toxic and highly toxic gases, liquids and vapors in a single-phase state, as well as their mixtures.
Известны изотермические резервуары для хранения и/или транспортировки жидкой низкотемпературной двуокиси углерода, изготавливаемые в виде стационарных накопителей или транспортных цистерн, объемами 1,25-50 м3 (ГОСТ 19662-89. Резервуары изотермические для жидкой двуокиси углерода):Isothermal tanks for storing and/or transporting liquid low-temperature carbon dioxide are known, manufactured in the form of stationary storage tanks or transport tanks, with volumes of 1.25-50 m3 (GOST 19662-89. Isothermal tanks for liquid carbon dioxide):
Резервуар для хранения жидкого криопродукта (SU 1139929 А1, опубл. 15.02.1980) содержит наружный кожух, внутренний сосуд с ложной обечайкой, теплоизоляцию и патрубки для ввода и вывода криопродукта, при этом ложная обечайка закрыта в верхней части днищем с отверстиями, а патрубок для вывода криопродукта расположен вне ложной обечайки.A tank for storing a liquid cryogenic product (SU 1139929 A1, published 15.02.1980) contains an outer casing, an inner vessel with a false shell, thermal insulation and pipes for the input and output of the cryogenic product, wherein the false shell is closed at the top by a bottom with openings, and the pipe for the output of the cryogenic product is located outside the false shell.
Сосуд криогенный (SU 903657 А1, опубл. 07.02.1982) содержит кожух, внутренний теплоизолированный сосуд с горловиной и пробкой, между которыми выполнен канал для паров криогенного продукта, и крышку, при этом крышка установлена на расстоянии от кожуха и между крышкой и кожухом образована расширительная камера.A cryogenic vessel (SU 903657 A1, published 07.02.1982) comprises a casing, an internal heat-insulated vessel with a neck and a plug, between which a channel for cryogenic product vapors is made, and a lid, wherein the lid is installed at a distance from the casing and an expansion chamber is formed between the lid and the casing.
Криогенная емкость (RU 79639 U1, опубл.10.01.2009, прототип) для сжиженного газа содержит наружную металлическую оболочку, размещенный в ней с образованием межстенной полости внутренний металлический сосуд, теплоизолирующий слой между ними и трубопроводы с запорной и предохранительной арматурой, при этом теплоизолирующий слой выполнен в виде вакуумно-порошковой изоляции, внутренний сосуд закреплен в верхней части наружной оболочки на опорах с теплоизоляционными перемычками и на растяжках в нижней его части, трубопровод для вывода газовой фазы сообщен с верхней частью внутреннего сосуда, а трубопровод для жидкой фазы сообщен с донной его частью.A cryogenic tank (RU 79639 U1, published 10.01.2009, prototype) for liquefied gas contains an outer metal shell, an inner metal vessel placed in it to form an interwall cavity, a heat-insulating layer between them and pipelines with shut-off and safety valves, wherein the heat-insulating layer is made in the form of vacuum-powder insulation, the inner vessel is secured in the upper part of the outer shell on supports with heat-insulating bridges and on stretchers in its lower part, the pipeline for removing the gas phase is connected to the upper part of the inner vessel, and the pipeline for the liquid phase is connected to its bottom part.
Указанные выше источники имеют ряд недостатков:The above sources have a number of disadvantages:
- все они изготавливаются по заданному заводом изготовителем размерному ряду, к примеру 4, 6, 8, 10, 12.5, 20, 22.5, 25, 30, 40 и 50 кубических метров, что не позволяет начинать хранить жидкий С02 в меньших объемах и масштабировать объем с более меньшим шагом, к примеру по 0.5 кубических метров;- all of them are manufactured according to the size range specified by the manufacturer, for example, 4, 6, 8, 10, 12.5, 20, 22.5, 25, 30, 40 and 50 cubic meters, which does not allow starting to store liquid CO2 in smaller volumes and scaling the volume with a smaller step, for example, by 0.5 cubic meters;
- один большой резервуар имеет очень высокую нагрузку на землю, к примеру пустой резервуар на 10 кубических метров имеет собственный вес почти в 5000 кг, а заправленный - почти 15000 кг, если резервуар имеет две опоры, то на каждую приходится по 7500 кг, что почти всегда требуется установку резервуаров на фундаментную плиту вне помещения, что за собой сразу ведет установку крыши для защиты резервуара от природных осадков;- one large tank has a very high load on the ground, for example, an empty tank of 10 cubic meters has its own weight of almost 5000 kg, and a filled one - almost 15000 kg, if the tank has two supports, then each one has 7500 kg, which almost always requires the installation of tanks on a foundation slab outside the premises, which immediately leads to the installation of a roof to protect the tank from natural precipitation;
- на производстве как крайний случай чрезвычайного происшествия при взрыве сосуда будет образовывать ударная волна. Степень разрушения конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также степень поражения людей зависит от величины избыточного давления во фронте ударной волны ΔРф. Основная опасность при эксплуатации таких сосудов заключается в возможности их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров (т.е. при физическом взрыве). Разрушение герметичности сосуда опасно не только для обслуживающего персонала, но и для всех людей, находящихся в опасной зоне, а также может привести к значительным разрушениям, сопровождаться пожарами, массовыми отравлениями. При разгерметизации сосудов создаются опасные и вредные производственные факторы, зависящие от физико-химических свойств рабочей среды, и при этом возникает риск: травматизма и разрушений, связанных с высоким давлением газа в системе; получения термических ожогов под воздействием высоких/низких температур; удушья и отравления инертными газами. Резервуары для хранения жидкого CO2 почти всегда имеют высокий уровень опасности при взрыве, так как жидкий CO2 при высвобождении сильно расширяется и представляет угрозу окружающим людям, зданиям и оборудованию. Мощность взрыва пропорциональна объему и давлению в сосуде, которые разгерметизировался. Следовательно, чем меньше сосуд, чем меньше энергия взрыва и риска несчастного случая;- in production, as an extreme case of an emergency, a shock wave will be formed during a vessel explosion. The degree of destruction of structures, equipment, machines and communications, as well as the degree of injury to people depends on the magnitude of excess pressure in the shock wave front ΔРф. The main danger during operation of such vessels is the possibility of their destruction during a sudden adiabatic expansion of gases and vapors (i.e. during a physical explosion). Destruction of the vessel's tightness is dangerous not only for the service personnel, but also for all people in the danger zone, and can also lead to significant destruction, accompanied by fires, mass poisoning. When vessels are depressurized, dangerous and harmful production factors are created, depending on the physicochemical properties of the working environment, and this creates a risk of: injury and destruction associated with high gas pressure in the system; thermal burns under the influence of high / low temperatures; suffocation and poisoning by inert gases. Liquid CO2 storage tanks almost always have a high explosion hazard level because liquid CO2 expands greatly when released, posing a hazard to nearby people, buildings, and equipment. The power of the explosion is proportional to the volume and pressure in the vessel that is depressurized. Therefore, the smaller the vessel, the lower the explosion energy and the risk of accident;
- один большой резервуар от 4 до 20 кубических метров является габаритным и тяжелым грузом (от 2200 до 7300 кг, самый большой габарит от 4000 до 11 500 мм), что требуется особых грузовых и транспортных средств для погрузки, перевозки и разгрузки резервуара. Когда каждый отдельный ресивер с объемом 500 литров весит от 150 до 200 кг, самый большой габарит от 1700 до 2200 мм);- one large tank from 4 to 20 cubic meters is a large and heavy load (from 2200 to 7300 kg, the largest dimension from 4000 to 11 500 mm), which requires special cargo and transport vehicles for loading, transportation and unloading the tank. When each individual receiver with a volume of 500 liters weighs from 150 to 200 kg, the largest dimension from 1700 to 2200 mm);
- для размещения больших резервуаров вне помещения требует высоких капитальных затрат, а внутри помещения из-за еще более высокой опасности такие резервуары почти не устанавливаются. Когда множество сосудов примерно по 400-700 литров и с давлением от 14 до 24 атм легко размещаются в любом нежилом помещении, так как уже не применяются государственные правила промышленной безопасности для опасных производственных объектов.- for placing large tanks outside the premises requires high capital costs, and indoors, due to the even higher danger, such tanks are almost never installed. When a multitude of vessels of approximately 400-700 liters and with a pressure of 14 to 24 atm are easily placed in any non-residential premises, since state industrial safety regulations for hazardous production facilities are no longer applied.
- большие резервуары имеют чаще всего произведение давления (Мпа) на геометрический объем (м.куб.) свыше цифры 1.0, и поэтому почти всегда требуют регистрации в качестве опасного производственного объекта, так как за столько опасными объектами государство в различных странах следит особым образом. Для обслуживания таких резервуаров требуется проводить аттестацию персонала, получать лицензию на осуществление деятельности, вести большой комплект документации. В то время как эксплуатация сосуда объемом 400-700 литров и с давлением от 14 до 24 атм не является надзорной длительностью со стороны государства, если, конечно, такие ресиверы не установлены уже на действующих опасных производствах.- large tanks most often have a product of pressure (MPa) by geometric volume (cubic meters) over 1.0, and therefore almost always require registration as a hazardous production facility, since the state in various countries monitors such hazardous facilities in a special way. To service such tanks, it is necessary to conduct personnel certification, obtain a license to carry out activities, and maintain a large set of documentation. While the operation of a vessel with a volume of 400-700 liters and a pressure of 14 to 24 atm is not a supervisory period on the part of the state, unless, of course, such receivers are not already installed at existing hazardous production facilities.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF INVENTION
Задачей заявленного изобретения является разработка способа и системы хранения криогенного вещества с низким уровнем опасности хранения и обеспечение упрощенного процесса монтажа системы хранения и технического обслуживания.The objective of the claimed invention is to develop a method and system for storing a cryogenic substance with a low level of storage hazard and to provide a simplified process for installing the storage system and for maintenance.
Техническим результатом изобретения является снижение уровня опасности хранения.The technical result of the invention is to reduce the level of storage hazard.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система хранения криогенного вещества содержит:The specified technical result is achieved due to the fact that the cryogenic substance storage system contains:
- криогенную камеру с периферийной теплоизоляцией;- cryogenic chamber with peripheral thermal insulation;
- множество сосудов для хранения криогенного вещества, расположенных в криогенной камере и содержащих жидкое криогенное вещество и газообразное криогенное вещество, расположенное над жидким криогенным веществом;- a plurality of vessels for storing a cryogenic substance, located in a cryogenic chamber and containing a liquid cryogenic substance and a gaseous cryogenic substance located above the liquid cryogenic substance;
- каждый сосуд из упомянутого множества обеспечивает хранение криогенного вещества при рабочем давлении от 10 до 32 атм, выполнен объемом до 1000 литров, причем произведение количества объема на единицу рабочего давления не превышает 10 000;- each vessel from the mentioned set ensures storage of a cryogenic substance at an operating pressure from 10 to 32 atm, is made with a volume of up to 1000 liters, and the product of the amount of volume per unit of operating pressure does not exceed 10,000;
- каждый сосуд из упомянутого множества подключен к коллектору жидкого криогенного вещества для заправки или опустошения упомянутых сосудов.- each vessel from the said plurality is connected to a collector of liquid cryogenic substance for filling or emptying the said vessels.
Сосуды для хранения криогенного вещества изготовлены из стали 09Г2С. Толщина сварного днища и цилиндрической сварной стенки сосудов для хранения криогенного вещества составляют от 3 до 20 мм.The vessels for storing cryogenic substances are made of 09G2S steel. The thickness of the welded bottom and cylindrical welded wall of the vessels for storing cryogenic substances is from 3 to 20 mm.
Сосуды для хранения криогенного вещества изготовлены из аустенитной криогенной стали методом сварки. Толщина сварного днища и цилиндрической сварной стенки сосудов для хранения криогенного вещества составляют от 3 до 20 мм.The cryogenic storage vessels are made of austenitic cryogenic steel by welding. The thickness of the welded bottom and cylindrical welded wall of the cryogenic storage vessels is from 3 to 20 mm.
Система оборудована холодильной установкой, по крайней мере один внутренний охлаждающий блок которой установлен внутри криогенной камеры.The system is equipped with a refrigeration unit, at least one internal cooling unit of which is installed inside the cryogenic chamber.
Внутренние охлаждающие блоки холодильной установки выполнены с возможностью изъятия/установки через окно криогенной камеры, имеющее сечение, которое не более чем в пять раз больше, чем сечения внутреннего охлаждающего блока в плоскости окна.The internal cooling units of the refrigeration unit are designed with the possibility of removal/installation through the window of the cryogenic chamber, which has a cross-section that is no more than five times larger than the cross-section of the internal cooling unit in the plane of the window.
Сосуды для хранения криогенного вещества установлены на стойках силового каркаса, которые проходят через нижнюю стенку криогенной камеры.The vessels for storing the cryogenic substance are installed on the racks of the power frame, which pass through the lower wall of the cryogenic chamber.
Каждый сосуд для хранения криогенного вещества из упомянутого множества оснащен отсечным краном, имеющим закрытое или открытое положение, для заправки или опустошения упомянутых сосудов,Each vessel for storing a cryogenic substance from said plurality is equipped with a shut-off valve having a closed or open position for filling or emptying said vessels,
при этом часть упомянутого множества сосудов или один сосуд из множества подключена к коллектору жидкой фазы через открытые отсечные краны при условии, что произведение количества суммы объемов сосудов, входящих в упомянутую часть упомянутого множества сосудов, на единицу рабочего давления не превышает 10000.wherein part of the said plurality of vessels or one vessel from the plurality is connected to the liquid phase collector through open shut-off valves, provided that the product of the quantity of the sum of the volumes of the vessels included in the said part of the said plurality of vessels per unit of working pressure does not exceed 10,000.
Переключение по коллектору жидкой фазы с текущей части множества подключенных сосудов для хранения криогенного вещества на следующую часть множества сосудов или с текущего подключенного сосуда на следующий сосуд осуществляется по мере расходования жидкого криогенного вещества в текущей части множества сосудов или в текущем сосуде.Switching along the liquid phase manifold from the current part of the plurality of connected vessels for storing the cryogenic substance to the next part of the plurality of vessels or from the current connected vessel to the next vessel is carried out as the liquid cryogenic substance is consumed in the current part of the plurality of vessels or in the current vessel.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых изображено:The invention will be better understood from the description, which is not limiting in nature and is given with reference to the accompanying figures, which show:
Фиг. 1 - система хранения в сборе.Fig. 1 - assembled storage system.
Фиг. 2 - Пневматически-гидравлическая схема в сборе.Fig. 2 - Assembled pneumatic-hydraulic diagram.
Фиг. 3 - Упрощенная пневматически-гидравлическая схема в сборе.Fig. 3 - Simplified pneumatic-hydraulic diagram in assembly.
Фиг. 4 - Узел одного сосуда хранения криогенного вещества в пневматически-гидравлической схеме.Fig. 4 - Unit of one vessel for storing cryogenic substance in a pneumatic-hydraulic circuit.
Фиг. 5 - Силовой каркас.Fig. 5 - Power frame.
Фиг.6 - Вид сосудов хранения криогенного вещества, установленных на силовом каркасе.Fig.6 - View of cryogenic substance storage vessels installed on a power frame.
Фиг. 7 - Система хранения с изъятым внутренним охлаждающим блоком 1- сосуд для хранения криогенного вещества; 1.1 - уровень жидкого криогенного вещества в сосуде; 2 - теплоизоляция криогенной камеры; 3 и 5 - кран для ввода и вывода жидкого криогенного вещества, соответственно; 4 и 6 - кран для ввода и вывода газообразного криогенного вещества, соответственно; 7.1 - внутренний охлаждающий блок холодильной установки; 7.2 - внешний блок холодильного установки; 8 - манометр давления газообразного криогенного вещества; 9 - предохранительный клапан газообразного криогенного вещества; 10 - коллектор жидкого криогенного вещества; 10.1 - отсечной кран ручной; 10.2 - отсечной кран с автоматическим управлением; 11 -шланг жидкого криогенного вещества; 12 - коллектор газообразного криогенного вещества; 12.1 - отсечной кран ручной; 12.2 - отсечной кран с автоматическим управлением; 13-шланг газообразного криогенного вещества; 14-силовой каркас; 14.1 - основание силового каркаса; 14.2 - стойки силового каркаса; 15 - шкафы системы управления; 16 - дренажный кран для слива конденсата.Fig. 7 - Storage system with removed internal cooling unit 1 - vessel for storing cryogenic substance; 1.1 - liquid cryogenic substance level in the vessel; 2 - cryogenic chamber thermal insulation; 3 and 5 - valve for inlet and outlet of liquid cryogenic substance, respectively; 4 and 6 - valve for inlet and outlet of gaseous cryogenic substance, respectively; 7.1 - internal cooling unit of the refrigeration unit; 7.2 - external unit of the refrigeration unit; 8 - gaseous cryogenic substance pressure gauge; 9 - gaseous cryogenic substance safety valve; 10 - liquid cryogenic substance manifold; 10.1 - manual shut-off valve; 10.2 - automatically controlled shut-off valve; 11 - liquid cryogenic substance hose; 12 - gaseous cryogenic substance manifold; 12.1 - manual shut-off valve; 12.2 - automatically controlled shut-off valve; 13-hose of gaseous cryogenic substance; 14-power frame; 14.1 - base of power frame; 14.2 - racks of power frame; 15 - cabinets of control system; 16 - drain cock for draining condensate.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Система хранения криогенного вещества содержит криогенную камеру с периферийной теплоизоляцией (2), множество сосудов (1) для хранения криогенного вещества, расположенных в криогенной камере и содержащих жидкое криогенное вещество и газообразное криогенное вещество, расположенное над жидким криогенным веществом. При этом каждый сосуд (1) из упомянутого множества обеспечивает хранение криогенного вещества при рабочем давлении от 10 до 32 атм и выполнен объемом до 1000 литров, причем произведение количества объема на единицу рабочего давления не превышает 10 000. Кроме того, каждый сосуд (1) из упомянутого множества подключен к коллектору (10) жидкого криогенного вещества для заправки или опустошения упомянутых сосудов (1).The cryogenic substance storage system comprises a cryogenic chamber with peripheral thermal insulation (2), a plurality of vessels (1) for storing the cryogenic substance, located in the cryogenic chamber and containing a liquid cryogenic substance and a gaseous cryogenic substance located above the liquid cryogenic substance. In this case, each vessel (1) of the said plurality ensures storage of the cryogenic substance at an operating pressure of 10 to 32 atm and is made with a volume of up to 1000 liters, wherein the product of the volume quantity per unit of operating pressure does not exceed 10,000. In addition, each vessel (1) of the said plurality is connected to a collector (10) of the liquid cryogenic substance for filling or emptying the said vessels (1).
Сосуды (1) для хранения криогенного вещества могут быть изготовлены из стали 09Г2С. Толщина сварного днища и цилиндрической сварной стенки сосудов (1) для хранения криогенного вещества составляют от 3 до 20 мм.Vessels (1) for storing cryogenic substances can be made of 09G2S steel. The thickness of the welded bottom and the cylindrical welded wall of the vessels (1) for storing cryogenic substances is from 3 to 20 mm.
Сосуды (1) для хранения криогенного вещества могут быть изготовлены из аустенитной криогенной стали методом сварки. Толщина сварного днища и цилиндрической сварной стенки сосудов (1) для хранения криогенного вещества составляют от 3 до 20 мм.Vessels (1) for storing cryogenic substance can be made of austenitic cryogenic steel by welding. The thickness of the welded bottom and cylindrical welded wall of vessels (1) for storing cryogenic substance is from 3 to 20 mm.
Система оборудована холодильной установкой, содержащая по крайней мере один внешний блок (7.2) и по крайней мере один внутренний охлаждающий блок (7.1), которой установлен внутри криогенной камеры. Холодильная установка позволяет снизить или исключить испарение жидкого криогенного вещества, что позволяет снизить или исключить повышение давления в сосудах (1) для хранения криогенного вещества до критических значений.The system is equipped with a refrigeration unit containing at least one external unit (7.2) and at least one internal cooling unit (7.1), which is installed inside the cryogenic chamber. The refrigeration unit allows to reduce or eliminate the evaporation of the liquid cryogenic substance, which allows to reduce or eliminate the increase in pressure in the vessels (1) for storing the cryogenic substance to critical values.
Внутренние охлаждающие блоки (7.1) холодильной установки выполнены с возможностью изъятия/установки через окно криогенной камеры, имеющее сечение, которое не более чем в пять раз больше, чем сечения внутреннего охлаждающего блока (7.1) в плоскости окна. Окно криогенной камеры с установленным внутренним охлаждающим блоком (7.1) холодильной установки закрывают съемной панелью (2.1). Через открытое окно можно изъять внутренний охлаждающий блок (7.1) с минимальными потерями холода, а значит снизить потери криогенного вещества.The internal cooling units (7.1) of the refrigeration unit are designed with the possibility of removal/installation through the cryogenic chamber window, which has a cross-section that is no more than five times larger than the cross-section of the internal cooling unit (7.1) in the plane of the window. The cryogenic chamber window with the installed internal cooling unit (7.1) of the refrigeration unit is closed with a removable panel (2.1). Through the open window, the internal cooling unit (7.1) can be removed with minimal cold losses, which means reducing the loss of the cryogenic substance.
Холодильный агрегат выполняет две функции:The refrigeration unit performs two functions:
- компенсация тепловых потоков, поступающих внутрь камеры через теплоизоляцию и металлические «тепловые мостики» от внешней окружающей среды;- compensation of heat flows entering the chamber through thermal insulation and metal “thermal bridges” from the external environment;
- конденсация газообразного криогенного вещества для снижения давления в сосудах до необходимого уровня;- condensation of gaseous cryogenic substance to reduce the pressure in vessels to the required level;
Конденсация газообразного криогенного вещества осуществляется несколькими путями:Condensation of a gaseous cryogenic substance is carried out in several ways:
- передача холода через стенки (обечайка и верхнее днище) сосудов к газообразному криогенного веществу;- transfer of cold through the walls (shell and top bottom) of vessels to the gaseous cryogenic substance;
- передача холода через стенки (обечайка и верхнее днище) сосудов к жидкому криогенному веществу, а потом через жидкое криогенное вещество к газообразному криогенному веществу;- transfer of cold through the walls (shell and upper bottom) of the vessels to the liquid cryogenic substance, and then through the liquid cryogenic substance to the gaseous cryogenic substance;
- передача холода через отдельный теплообменник к газообразному криогенному веществу, который находится над сосудами для стекания сконденсировавшегося криогенного вещества в сосуды, по примеру конденсатора у стандартных резервуаров длительного хранения жидкого CO2 (РДХ).- transfer of cold through a separate heat exchanger to a gaseous cryogenic substance, which is located above the vessels for draining the condensed cryogenic substance into the vessels, following the example of a condenser in standard long-term storage tanks for liquid CO2 (LDS).
Сосуды (1) для хранения криогенного вещества установлены на стойках (14.2) силового каркаса (14), которые проходят через нижнюю стенку криогенной камеры. Для более удобного монтажа системы предусмотрен силовой каркас на стойках (14.2) силового каркаса (14) принимают на себя силу веса указанных сосудов (1) риск опрокидывая указанных сосудов (1) и промятие теплоизоляции от веса указанных сосудов (1).Vessels (1) for storing cryogenic substance are installed on racks (14.2) of the load-bearing frame (14), which pass through the lower wall of the cryogenic chamber. For more convenient installation of the system, a load-bearing frame is provided on racks (14.2) of the load-bearing frame (14) that take the force of the weight of the said vessels (1) the risk of the said vessels (1) tipping over and denting the thermal insulation from the weight of the said vessels (1).
Каждый сосуд (1) для хранения криогенного вещества из упомянутого множества оснащен отсечным краном (12.1,12.2), имеющим закрытое или открытое положение, для заправки или опустошения упомянутых сосудов (1).Each vessel (1) for storing a cryogenic substance from the said plurality is equipped with a shut-off valve (12.1, 12.2) having a closed or open position for filling or emptying the said vessels (1).
При этом часть упомянутого множества сосудов (1) или один сосуд (1) из множества подключена к коллектору (10) жидкой фазы через открытые отсечные краны (12.1, 12.2) при условии, что произведение количества суммы объемов сосудов (1), входящих в упомянутую часть упомянутого множества сосудов (1), на единицу рабочего давления не превышает 10000.In this case, part of the said plurality of vessels (1) or one vessel (1) from the plurality is connected to the liquid phase collector (10) through open shut-off valves (12.1, 12.2) provided that the product of the quantity of the sum of the volumes of the vessels (1) included in the said part of the said plurality of vessels (1) per unit of working pressure does not exceed 10,000.
Переключение по коллектору (10) жидкой фазы с текущей части множества подключенных сосудов (1) для хранения криогенного вещества на следующую часть множества сосудов (1) или стекущего подключенного сосуда (1) на следующий сосуд (1) осуществляется по мере расходования жидкого криогенного вещества в текущей части множества сосудов (1) или в текущем сосуде (1).Switching along the collector (10) of the liquid phase from the current part of the plurality of connected vessels (1) for storing the cryogenic substance to the next part of the plurality of vessels (1) or the flowing connected vessel (1) to the next vessel (1) is carried out as the liquid cryogenic substance is consumed in the current part of the plurality of vessels (1) or in the current vessel (1).
Система может находиться в следующих состояниях:The system can be in the following states:
• «Пустая система»: когда все сосуды пусты и не находятся под давлением; такое состояние присуще при сборке системы перед пуско-наладкой или при техническом обслуживании;• “Empty system”: when all vessels are empty and not under pressure; this condition is typical when assembling a system before commissioning or during maintenance;
• «Опустошенная система»: когда жидкое криогенное вещество отсутствует в сосудах, но при этом сосуды находятся под давлением газообразного криогенного вещества;• “Empty system”: when there is no liquid cryogenic substance in the vessels, but the vessels are under pressure from gaseous cryogenic substance;
• «Наполненная система»: когда жидкое криогенное вещество присутствует в сосудах и при этом сосуды находятся под давлением жидкого криогенного вещества;• “Filled system”: when liquid cryogenic substance is present in the vessels and the vessels are under pressure of the liquid cryogenic substance;
• «Заправка системы»: когда жидкое криогенное вещество поступает в сосуды от внешнего источника жидкого криогенного вещества и при этом сосуды находятся под давлением жидкого криогенного вещества;• “System filling”: when liquid cryogenic substance is supplied to the vessels from an external source of liquid cryogenic substance and the vessels are under the pressure of liquid cryogenic substance;
• «Опустошение системы»: когда жидкое криогенное вещество выходит из сосудов для реализации какого-то процесса (производство сухого льда, газирование напитков и т.д.) и при этом сосуды находятся под давлением жидкого криогенного вещества.• “System emptying”: when liquid cryogenic substance leaves the vessels to carry out some process (production of dry ice, carbonation of drinks, etc.) and at the same time the vessels are under pressure of liquid cryogenic substance.
При заправке системы из множества сосудов (1) для хранения криогенного вещества одновременно могут подключаться (при открытии отсечных кранов 10.1, 10.2, 12.1,12.2) с коллекторами жидкого (10) и газообразного (12) криогенного вещества через шланги жидкого (11) и газообразного (13) криогенного вещества такое количество сосудов, если соблюдается условие ниже. Наилучшие варианты работы системы при ее заправки (количество подключаемых сосудов): каждый указанный сосуд (1) имеет максимальный безопасный объем при заданном давлении хранении жидкого криогенного вещества и работает по очереди, а именно с давлением от 10 до 32 атм с объемом до 1000 литров, оптимально с давлением от 15 до 25 атм с объемом до 800 литров; наилучшие варианты с давлением от 17 до 20 атм с объемом до 600 литров, причем произведение количества объема (суммы объемом) на единицу рабочего давления не превышает 10 000. Таким образом, достигается наименьшая металлоемкость системы, осуществляют следующим образом.When filling the system of multiple vessels (1) for storing cryogenic substance, such number of vessels can be simultaneously connected (when opening shut-off valves 10.1, 10.2, 12.1, 12.2) to the collectors of liquid (10) and gaseous (12) cryogenic substance through the hoses of liquid (11) and gaseous (13) cryogenic substance, if the condition below is met. The best options for the operation of the system when filling it (number of connected vessels): each specified vessel (1) has the maximum safe volume at a given storage pressure of liquid cryogenic substance and operates in turn, namely with a pressure from 10 to 32 atm with a volume of up to 1000 liters, optimally with a pressure from 15 to 25 atm with a volume of up to 800 liters; The best options with a pressure of 17 to 20 atm with a volume of up to 600 liters, and the product of the volume (the sum of the volume) per unit of working pressure does not exceed 10,000. Thus, the lowest metal consumption of the system is achieved, carried out as follows.
Образующее в процессе хранения газообразное криогенное вещество при испарении жидкого криогенного вещества в сосудах (1) для хранения криогенного вещества отводится из указанных сосудов (1) следующим образом:The gaseous cryogenic substance formed during storage during the evaporation of the liquid cryogenic substance in the vessels (1) for storing the cryogenic substance is removed from the said vessels (1) as follows:
• сброс в атмосферу через коллектор (10) газообразного криогенного вещества;• discharge of gaseous cryogenic substance into the atmosphere through a collector (10);
• сброс в атмосферу через дренажный кран (16) на каждом указанном сосуде (1);• discharge into the atmosphere through the drain valve (16) on each specified vessel (1);
• сброс в атмосферу через предохранительный клапан (9), которым оборудован каждый указанный сосуд (1);• discharge into the atmosphere through the safety valve (9) with which each specified vessel (1) is equipped;
• возврат газообразного криогенного вещества из указанных сосудов (1) при помощи шланга (13) газообразного криогенного вещества и коллектор (10) газообразного криогенного вещества в верхнюю полость источника с жидким криогенным веществом. Такой способ отвода газообразного криогенного вещества более целесообразен, так как происходит без потерь газообразное криогенное вещество.• return of gaseous cryogenic substance from the said vessels (1) using hose (13) of gaseous cryogenic substance and collector (10) of gaseous cryogenic substance to the upper cavity of the source with liquid cryogenic substance. This method of removing gaseous cryogenic substance is more expedient, since there is no loss of gaseous cryogenic substance.
При опустошении системы соблюдается очередность работы сосудов (1) для хранения криогенного вещества при опустошении системы, а именно: одновременно для опустошения системы можно подключить (при открытии отсечных кранов (10.1, 10.2, 12.1, 12.2)) с коллекторами жидкого (10) и газообразного (12) криогенного вещества через шланги жидкого (11) и газообразного (13) криогенного вещества такое количество сосудов, если соблюдается условие ниже. В любой момент времени к коллектору запитан один указанный сосуд (1) или группа указанных сосудов (1) с давлением от 10 до 32 атм с суммарным объемом до 1000 литров, наилучший вариант, когда подключен только один ресивер с давлением от 17 до 20 атм с объемом до 600 литров, причем произведение количества объема или суммы объемом на единицу рабочего давления не превышает 10 000. Таким образом достигается максимальная безопасность системы в случае разгерметизации любого из ресиверов, так как через коллекторы (10, 12) не произойдет разгерметизация других указанных сосудов (1), которые перекрыты отсечными кранами (10.1, 10.2, 12.1, 12.2).When emptying the system, the order of operation of the vessels (1) for storing the cryogenic substance when emptying the system is observed, namely: simultaneously for emptying the system, it is possible to connect (when opening the shut-off valves (10.1, 10.2, 12.1, 12.2)) to the collectors of liquid (10) and gaseous (12) cryogenic substance through the hoses of liquid (11) and gaseous (13) cryogenic substance such a number of vessels, if the condition below is met. At any given time, one specified vessel (1) or a group of specified vessels (1) with a pressure of 10 to 32 atm with a total volume of up to 1000 liters is supplied to the manifold. The best option is when only one receiver is connected with a pressure of 17 to 20 atm with a volume of up to 600 liters, and the product of the amount of volume or the sum of the volumes by the unit of working pressure does not exceed 10,000. In this way, maximum safety of the system is achieved in the event of depressurization of any of the receivers, since depressurization of the other specified vessels (1), which are blocked by shut-off valves (10.1, 10.2, 12.1, 12.2), will not occur through the manifolds (10, 12).
Примеры различных вариантов по количеству подключенных к коллектору жидкого криогенного вещества одновременно сосудов (1) для хранения криогенного вещества исходя из давления из давления и суммарного объема жидкого криогенного вещества в них, следующие:Examples of various options for the number of vessels (1) connected to the collector of liquid cryogenic substance simultaneously for storing cryogenic substance based on the pressure and the total volume of liquid cryogenic substance in them are as follows:
• Давление в сосуде 10 атм, объем сосуда 999 литров, количество подключенных к коллектору жидкого криогенного вещества одновременно сосудов (1) не может быть больше 1 (1*10*999<10 000).• The pressure in the vessel is 10 atm, the volume of the vessel is 999 liters, the number of vessels simultaneously connected to the liquid cryogenic substance collector (1) cannot be more than 1 (1*10*999<10,000).
• Давление в сосуде 10 атм, объем сосуда 499 литров, количество подключенных к коллектору жидкого криогенного вещества одновременно сосудов (1) не может быть больше 2 (2*10*499<10000).• The pressure in the vessel is 10 atm, the volume of the vessel is 499 liters, the number of vessels simultaneously connected to the liquid cryogenic substance collector (1) cannot be more than 2 (2*10*499<10000).
• Давление в сосуде 10 атм, объем сосуда 199 литров, количество подключенных к коллектору жидкого криогенного вещества одновременно сосудов (1) не может быть больше 5 (5*10*199<10000).• The pressure in the vessel is 10 atm, the volume of the vessel is 199 liters, the number of vessels simultaneously connected to the liquid cryogenic substance collector (1) cannot be more than 5 (5*10*199<10000).
Работа заявленной системы на примере жидкого СО2 с учетом наилучшего вариант работы системы, осуществляют следующим образом.The operation of the declared system using liquid CO2 as an example, taking into account the best option for the system’s operation, is carried out as follows.
Заправка заявленной системы: после проведения пуско-наладочных работ «пустой системы» к крану (4), например, в виде шиберной задвижки, коллектора (10) жидкого СО2 «опустошенной» системы, в которой сосуды (1) для хранения криогенного вещества находятся под давление 18 атм, подключают источник криогенного вещества (жидкого СО2) - мобильная цистерна с жидким криогенным веществом и газообразным криогенным веществом, расположенным над жидким криогенным веществом. Верхняя точка мобильной цистерны подключается через гибкий рукав к коллектору (12) газообразного криогенного вещества, в нижняя точка мобильной цистерны подключается через гибкий рукав и циркуляционный насос к коллектору (10) жидкого криогенного вещества. За счет циркуляционного насоса жидкое криогенное вещество затекает под напором в сосуды (1) криогенного вещества, а вмещающееся газообразное криогенное вещество из указанных сосудов (1) перетекает в мобильную цистерну. В качестве источника для хранения криогенного вещества может выступать другая стационарная или мобильная емкость для хранения криогенного вещества, у которой тоже внутри над жидкость есть газообразное жидкое криогенное вещество (газообразный СО2). Для соблюдения вышеописанного требования (произведение количества объема на единицу рабочего давления не превышает 10 000, указанное число позволят определить максимальное количество заправляемых в данный момент времени сосудов (1) для хранения криогенного вещества в наполненной системе), с учетом того, что система содержит множество сосудов (1) для хранения криогенного вещества объемом 499 литров и создании давления в сосудах 18 атм, при заправке системы могут заправляться не более 1-го сосуда (1) для хранения криогенного вещества.Filling of the declared system: after carrying out commissioning works of the "empty system" to the tap (4), for example, in the form of a gate valve, a collector (10) of liquid CO 2 of the "empty" system, in which the vessels (1) for storing the cryogenic substance are under a pressure of 18 atm, a source of cryogenic substance (liquid CO 2 ) is connected - a mobile tank with a liquid cryogenic substance and a gaseous cryogenic substance located above the liquid cryogenic substance. The upper point of the mobile tank is connected via a flexible hose to the collector (12) of the gaseous cryogenic substance, and the lower point of the mobile tank is connected via a flexible hose and a circulation pump to the collector (10) of the liquid cryogenic substance. Due to the circulation pump, the liquid cryogenic substance flows under pressure into the vessels (1) of the cryogenic substance, and the contained gaseous cryogenic substance from the said vessels (1) flows into the mobile tank. Another stationary or mobile container for storing the cryogenic substance, which also has a gaseous liquid cryogenic substance (gaseous CO 2 ) inside above the liquid, can act as a source for storing the cryogenic substance. In order to comply with the above requirement (the product of the amount of volume by the unit of working pressure does not exceed 10,000, the specified number will allow determining the maximum number of vessels (1) for storing the cryogenic substance in the filled system to be filled at a given time), taking into account that the system contains a plurality of vessels (1) for storing the cryogenic substance with a volume of 499 liters and creating a pressure of 18 atm in the vessels, no more than 1 vessel (1) for storing the cryogenic substance can be filled when filling the system.
Исходя из вышеописанного условия при заполнении/опустошении системы для заправки каждого из сосудов (1) для хранения криогенного вещества объемом 499 л, находящиеся по давлением 18 атм, открывают отсечные краны (10.1, 10.2), кран (4) одного указанного сосуда (1) и жидкий СО2 через коллектор (10) жидкого криогенного вещества и шланги (11) жидкого криогенного вещества при помощи шестеренчатого или центробежного насоса поступает в первый сосуд (1) для хранения криогенного вещества.Based on the above-described condition, when filling/emptying the system for filling each of the vessels (1) for storing a cryogenic substance with a volume of 499 l, located at a pressure of 18 atm, the shut-off valves (10.1, 10.2) are opened, the valve (4) of one of the specified vessels (1) and liquid CO2 through the collector (10) of the liquid cryogenic substance and the hoses (11) of the liquid cryogenic substance by means of a gear or centrifugal pump enters the first vessel (1) for storing the cryogenic substance.
Как только в первом сосуде (1) поднимется уровень (1.1) жидкого С02 до нужного объема, отсечные краны (10.1, 10.2) первой указанного сосуда (1) закрывают, а отсечные краны (10.1, 10.2) второго сосуда (1) из указанного множества открываю, в результате чего заполняется второй сосуд (1) до необходимого уровня (1.1). По мере заполнения сосудов (1) закрывают поочередно отсечные краны (10.1, 10.2) для заполненных сосудов (1), а отсечные краны (10.1, 10.2) для пустых сосудов (1) открывают. После заполнения всех сосудов (1) для хранения жидкого криогенного вещества заявленная система переходит в состояние «Наполненная система» в результате осуществляется хранение жидкого «криогенного вещества».As soon as the level (1.1) of liquid CO2 in the first vessel (1) rises to the required volume, the shut-off valves (10.1, 10.2) of the first said vessel (1) are closed, and the shut-off valves (10.1, 10.2) of the second vessel (1) from the said plurality are opened, as a result of which the second vessel (1) is filled to the required level (1.1). As the vessels (1) are filled, the shut-off valves (10.1, 10.2) for the filled vessels (1) are closed in turn, and the shut-off valves (10.1, 10.2) for the empty vessels (1) are opened. After filling all the vessels (1) for storing the liquid cryogenic substance, the claimed system goes into the "Filled system" state, as a result of which the liquid "cryogenic substance" is stored.
В процессе хранения жидкий СО2 испаряется в результате над жидким СО2 образуется газообразный СО2, приводящий к увеличению давления в каждом из сосудов (1) для хранения криогенного вещества, что может привести к аварийной ситуации при превышении критического значения давления в каждом из сосудов (1). Для исключения авариной ситуации при достижении критического давления в указанных сосудах (1), срабатывают предохранительные клапана (9), установленные на каждом ресивере. Отсечные краны (12.1,10.1) используются для ручного отключения ресивера от системы в случае технического обслуживания или ремонта. Дренажный кран (16) используется для слива конденсата, который может образоваться в трубе, где установлены манометр (8) и предохранительный клапан (9).During storage, liquid CO2 evaporates, resulting in gaseous CO2 being formed above the liquid CO2 , which increases the pressure in each of the vessels (1) for storing the cryogenic substance, which may cause an emergency situation when the critical pressure value in each of the vessels (1) is exceeded. To prevent an emergency situation when the critical pressure in the said vessels (1) is reached, the safety valves (9) installed on each receiver are activated. The shut-off valves (12.1, 10.1) are used to manually disconnect the receiver from the system in the event of maintenance or repair. The drain valve (16) is used to drain condensate that may form in the pipe where the pressure gauge (8) and safety valve (9) are installed.
Управление основными отсечными кранами (10.2, 12.2) осуществляется чаще всего автоматически через электромагнитные катушки или пневматические приводы, которыми управляет шкаф системы управления. Для удобной замены или ремонта основных отсечных кранов (10.2, 12.2), которые постоянно будут открываться/закрываться при работе системы, лучше установить дублирующие краны (10.1, 12.1) для перекрытия ресивера для технического обслуживания основных отсечных кранов (10.2,12.2). Автоматическое управление может осуществляться за счет микроконтроллера, который способен определять уровень заполнения каждого ресивера или массу жидкого С02 как при их наполнении, так и при опустошении (выдачи жидкого СЩ2). Уровень заполнения может определяться, к примеру через поплавковые датчики, дифференциальные манометры, преобразователя давления уровня жидкости, весовые преобразователи и т.д.The main shut-off valves (10.2, 12.2) are most often controlled automatically by electromagnetic coils or pneumatic drives controlled by the control system cabinet. For convenient replacement or repair of the main shut-off valves (10.2, 12.2), which will constantly open/close during system operation, it is better to install backup valves (10.1, 12.1) to shut off the receiver for maintenance of the main shut-off valves (10.2, 12.2). Automatic control can be carried out by means of a microcontroller, which is capable of determining the filling level of each receiver or the mass of liquid CO2 both when filling them and when emptying them (dispensing liquid CO2 ). The filling level can be determined, for example, by means of float sensors, differential pressure gauges, liquid level pressure transducers, weighing transducers, etc.
Использование заявленной системы: чаще всего заявленная система применяется для выдачи жидкого СО2 через коллектор жидкого (10) криогенного вещества, через который происходила и заправка. К крану (5) подсоединяют, например, устройство газирования напитков. Исходя из вышеописанного условия при опустошении системы с 10-ю заполненными жидким СО2 сосудами (1) для хранения криогенного вещества объемом 999 л, и находящихся под давлением 10 атм, опорожняют сначала только один сосуд (1), для этого открывают отсечные краны (10.1, 10.2), открывают кран (5) и жидкий СО2 поступает в устройство газирования напитков. Как только в первом опустошающемся сосуде (1) уровень (1.1) жидкого СО2 понизиться до необходимого уровня жидкого СО2 (полного опустошения или частичного), закрываются отсечные краны (10.1, 10.2) для данного сосуда и открываются отсечные краны (10.1, 10.2) для второго сосуда (1) из указанного множества. По мере опустошения сосудов (1) закрываются и открываются поочередно отсечные краны (10.1, 10.2) для каждого сосуда.Use of the declared system: most often, the declared system is used to dispense liquid CO 2 through a collector of liquid (10) cryogenic substance, through which filling also took place. For example, a beverage carbonation device is connected to the tap (5). Based on the above-described condition, when emptying a system with 10 vessels (1) filled with liquid CO 2 for storing a cryogenic substance with a volume of 999 l and under a pressure of 10 atm, only one vessel (1) is emptied first, for this purpose, shut-off valves (10.1, 10.2) are opened, tap (5) is opened and liquid CO 2 enters the beverage carbonation device. As soon as the level (1.1) of liquid CO2 in the first emptying vessel (1) decreases to the required level of liquid CO2 (complete emptying or partial emptying), the shut-off valves (10.1, 10.2) for this vessel are closed and the shut-off valves (10.1, 10.2) for the second vessel (1) from the specified set are opened. As the vessels (1) are emptied, the shut-off valves (10.1, 10.2) for each vessel are closed and opened in turn.
Пример поочередной работы сосудов (1) при их опорожнении изображен на фиг.3, где изображено четыре ресивера (слева на право):An example of the alternating operation of the vessels (1) during their emptying is shown in Fig. 3, where four receivers are shown (from left to right):
первые два сосуда (1) для хранения криогенного вещества опустошены, их уровень (1.1) жидкого криогенное вещество очень низок, отсечные краны (10.1, 10.2) на них перекрыты;the first two vessels (1) for storing the cryogenic substance are emptied, their level (1.1) of liquid cryogenic substance is very low, the shut-off valves (10.1, 10.2) on them are closed;
третий сосуд (1) для хранения криогенного веществ в процессе опустошения, его отсечные краны (10.1, 10.2) открыты;the third vessel (1) for storing cryogenic substances during the emptying process, its shut-off valves (10.1, 10.2) are open;
четвертый сосуд (1) для хранения криогенного вещества еще полный еще, ждет своей очереди на опустошение, его отсечные краны (10.1, 10.2) закрыты.The fourth vessel (1) for storing the cryogenic substance is still full, waiting its turn to be emptied, its shut-off valves (10.1, 10.2) are closed.
Сосуды (1) для хранения криогенного вещества изготавливают из стали, пригодной для хранения жидкого криогенного вещества. Температура хранения жидкого криогенного вещества обычно составляет от -30°С до -20°С, но также может иметь и другие температуры. Бывают ситуации, когда случайно или намеренно открывают краны для сброса газовой фазы и выдерживают пока давление в сосуде не установится близким к атмосферному. Как результат жидкий СО2 переходит в газообразное и твердое состояние, где последний часто называются сухим льдом. Сухой лед при 1 атм имеет температуру близкую к -80°С. Такой сухой лед остается в сосуде и способен охладить днище и сварные швы сосуда до своей температуры. При использовании стандартных воздушных сосудов (1) для хранения криогенного вещества, которые пригодны в целом для сред группы 2 согласно TP ТС 032/2013, куда входит и СО2, такие сосуды (1) могут теоретически использоваться для хранения жидкого СО2. Но их температурный режим подходит для своего заданного предела, к примеру из стали марки Ст3 ресиверы имеют температурный режим: «минимально допустимая температура стенки сосуда, находящегося под расчетным давлением, -20°С». Но в случае выпадения сухого льда, произойдет переохлаждение днища и сварных соединений и мгновенной подаче повторно давления произойдет разрушение сварных швов из-за низкотемпературного охрупчивания.Vessels (1) for storing cryogenic substances are made of steel suitable for storing liquid cryogenic substances. The storage temperature of liquid cryogenic substances is usually from -30°C to -20°C, but may also have other temperatures. There are situations when the valves for releasing the gas phase are accidentally or intentionally opened and held until the pressure in the vessel is close to atmospheric. As a result, liquid CO 2 passes into a gaseous and solid state, where the latter is often called dry ice. Dry ice at 1 atm has a temperature close to -80°C. Such dry ice remains in the vessel and is able to cool the bottom and welds of the vessel to its temperature. When using standard air vessels (1) for storing cryogenic substances, which are generally suitable for group 2 environments according to TP TS 032/2013, which also includes CO 2 , such vessels (1) can theoretically be used for storing liquid CO 2 . But their temperature regime is suitable for its specified limit, for example, receivers made of grade St3 steel have a temperature regime: "minimum permissible temperature of the vessel wall under the design pressure, -20°C". But in case of dry ice precipitation, the bottom and welded joints will be overcooled and the instantaneous re-supply of pressure will cause the welds to be destroyed due to low-temperature embrittlement.
Поэтому сосуды (1) для хранения криогенного вещества должны изготавливаться из стали, которая пригодна к эксплуатации при температуре, максимально близкой к температуре сухого льда. К таким сталям, к примеру, относятся популярная марка 12Х18Н10Т (AISI304) или 09Г2С или другие пригодные аналоги, которые разрешены в ГОСТ Р 52630-2012.Therefore, vessels (1) for storing cryogenic substances must be made of steel that is suitable for use at temperatures as close as possible to the temperature of dry ice. Such steels include, for example, the popular grade 12X18N10T (AISI304) or 09G2S or other suitable analogs that are permitted in GOST R 52630-2012.
Сталь 09Г2С - Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, марка стали 09Г2С широко применяется при производстве труб и другого металлопроката. Обозначение 09Г2С означает, что в стали присутствует 0,09% углерода, поскольку 09 идет до букв, далее следует буква «Г» которая означает марганец, а цифра 2 - процентное содержание до 2% марганца. Далее следует буква «С», которая означает кремний, но поскольку после С цифры нет - это означает содержание кремния менее 1%. Таким образом, расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь, имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния и поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь. Аналог стали 09 Г2 с в России не один, идентичными марками специалисты считают: 09Г2, 09Г2Т, 09Г2ДТ. Также у сплава есть заменители в других странах: 9SiMn16 (румынский), 09G2S (болгарский), 9MnSi5 (немецкий), VH2 (венгерский), 12mn (китайский), SB49 (японский).Steel 09G2S - Low-alloy structural steel for welded structures, steel grade 09G2S is widely used in the production of pipes and other rolled metal products. The designation 09G2S means that the steel contains 0.09% carbon, since 09 comes before the letters, followed by the letter "G" which means manganese, and the number 2 is the percentage content of up to 2% manganese. Next comes the letter "C", which means silicon, but since there is no number after C, this means the silicon content is less than 1%. Thus, the decoding 09G2S means that we have steel with 0.09% carbon, up to 2% manganese, and less than 1% silicon, and since the total amount of additives fluctuates around 2.5%, this is low-alloy steel. There is more than one analogue of 09 G2 steel in Russia; experts consider the following brands to be identical: 09G2, 09G2T, 09G2DT. The alloy also has substitutes in other countries: 9SiMn16 (Romanian), 09G2S (Bulgarian), 9MnSi5 (German), VH2 (Hungarian), 12mn (Chinese), SB49 (Japanese).
12Х18Н10Т - это высококачественный хромоникелевый стальной сплав. Сплав содержит большую долю хрома (17-19%) и никеля (9-11%). А стабилизация титаном (до 0,8%) предотвращает появление межкристаллической коррозии.12X18N10T is a high-quality chromium-nickel steel alloy. The alloy contains a large proportion of chromium (17-19%) and nickel (9-11%). And titanium stabilization (up to 0.8%) prevents the occurrence of intercrystalline corrosion.
Аустенитные криогенные стали делят на три группы.Austenitic cryogenic steels are divided into three groups.
Хромоникелевые аустенитные стали 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т. Эти стали получили наибольшее применение. Из них изготовляют крупногабаритные газораспределительные установки большой мощности для получения сжиженных газов (О2, N2, Н2 и др.), транспортные емкости и хранилища сжиженных газов. Они хорошо свариваются и обладают большим запасом вязкости при криогенных температурах. Высокий запас пластичности стали 12Х18Н10Т позволяет использовать ее после холодной пластической деформации с целью повышения прочности. Аустенит хромоникелевых сталей не стабилен и под влиянием пластической деформации возможно частичное мартенситное превращение.Chromium-nickel austenitic steels 12Kh18N10T and 08Kh18N10T. These steels are the most widely used. They are used to manufacture large-sized, high-power gas distribution units for producing liquefied gases ( O2 , N2 , H2 , etc.), transport tanks and storage facilities for liquefied gases. They are easy to weld and have a large viscosity reserve at cryogenic temperatures. The high ductility reserve of 12Kh18N10T steel allows it to be used after cold plastic deformation to increase strength. The austenite of chromium-nickel steels is not stable and partial martensitic transformation is possible under the influence of plastic deformation.
Сложнолегированные аустенитные стали повышенной прочности 07Х21Г7АН5 и 03Х20Н16АГ6. Эти стали применяют для штампосварных изделий и толстостенных крупногабаритных емкостей.Complex alloyed austenitic steels of increased strength 07Kh21G7AN5 and 03Kh20N16AG6. These steels are used for stamped and welded products and thick-walled large-sized containers.
Аустенитные стали на хромомарганцевой основе 10Х14Г14Н4Т и 03Х13АГ19 как заменители более дорогих хромоникелевых аустенитных сталей. Следует иметь в виду, что пластическая деформация хромомарганцевых сталей может вызвать частичное мартенситное превращение, что снижает сопротивление хрупкому разрушению. Стали рекомендуются для изготовления сварных конструкций, работающих при температурах от 20 до -196°С (сталь 03Х13АГ19) и - 253°С (сталь 10Х14Г14Н4Т). Аустенитные стали используют после закалки в воде от 1000-1050°С. При нормальной температуре предел текучести аустенитных сталей не превышает 400-450 МПа.Austenitic steels on a chromium-manganese base 10Х14Г14Н4Т and 03Х13АГ19 as substitutes for more expensive chromium-nickel austenitic steels. It should be borne in mind that plastic deformation of chromium-manganese steels can cause partial martensitic transformation, which reduces resistance to brittle fracture. Steels are recommended for the manufacture of welded structures operating at temperatures from 20 to -196°С (steel 03Х13АГ19) and - 253°С (steel 10Х14Г14Н4Т). Austenitic steels are used after quenching in water from 1000-1050°С. At normal temperature, the yield strength of austenitic steels does not exceed 400-450 MPa.
Каждый сосуд (1) хранения криогенного вещества изготовлен методом сварки и состоит из двух днищ толщиной 3-20 мм, предпочтительно, 4-10 мм, а стенка толщиной 3-20 мм, предпочтительно, толщиной от 4 до 10 мм. Днище может быть плоским или эллиптическим. Материал для днища и стенки лучше всего делать из 09Г2С или близкого аналога по химическому составу.Each vessel (1) for storing cryogenic substances is made by welding and consists of two bottoms 3-20 mm thick, preferably 4-10 mm thick, and a wall 3-20 mm thick, preferably 4 to 10 mm thick. The bottom can be flat or elliptical. The material for the bottom and wall is best made of 09G2S or a close analogue in chemical composition.
Каждый сосуд (1) для хранения криогенного вещества имеет как минимум два отсечных крана, первый для газовой фазы, второй жидкой фазы СО2. При этом первый расположен в верхнем эллиптическом днище, а второй - в нижнем эллиптическом днище.Each vessel (1) for storing a cryogenic substance has at least two shut-off valves, the first for the gas phase, the second for the liquid phase of CO 2 . The first is located in the upper elliptical bottom, and the second in the lower elliptical bottom.
ФНП ОРПД указывает, что не подлежит учету в органах Ростехнадзора и иных федеральных органах исполнительной власти, уполномоченных в области промышленной безопасности следующее оборудование под давлением сосуды, работающие со средой 2-й группы (согласно TP ТС 032/2013) при указанной выше температуре, у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и вместимости (м) не превышает 1,0.FNP ORPD indicates that the following equipment under pressure is not subject to registration with the bodies of Rostekhnadzor and other federal executive bodies authorized in the field of industrial safety: vessels operating with a medium of the 2nd group (according to TP TS 032/2013) at the above temperature, for which the product of the values of the working pressure (MPa) and capacity (m3) does not exceed 1.0.
В Европейском союзе, к примеру, такие емкости приравнивают к категории SEP «Sound Engineering Practice* («Надлежащая инженерная практика»).In the European Union, for example, such containers are equated to the SEP category “Sound Engineering Practice*”.
В целях государственного регулирования обычно при определении вместимости сосуда, не учитывается общая сумма группы сосудов, если они работают несовместно.For government regulation purposes, when determining the capacity of a vessel, the total amount of a group of vessels is usually not taken into account if they do not operate together.
В случае остановки работы холодильного агрегата или нарушения герметичности холодильной камеры тепло из окружающей среды поступаем к сосудам (1) для хранения криогенного вещества и нагревает их. Далее жидкое криогенное вещество начинает кипеть, а именно переходит из жидкого в газообразное агрегатное состояние. Давление в указанных сосудах (1) поднимается и при достижении давления срабатывания предохранительных клапанов, сбрасывается через них в окружающую среду. Для повышения безопасности каждый указанный сосуд (1) снабжен предохранительным клапаном (9), манометром (8) давления газообразного криогенного вещества и дренажных краном (16) для слива конденсата в трубке, где установлены предохранительный клапан (9) и манометр (8). Кроме того, также можно и установить дополнительные предохранительные клапана на коллекторе (12). Лучше всего использовать предохранительные клапаны пружинного типа с ручным принудительным открыванием.In case of a refrigeration unit stop or a refrigeration chamber leak, heat from the environment flows to the vessels (1) for storing the cryogenic substance and heats them. Then the liquid cryogenic substance begins to boil, namely, it passes from a liquid to a gaseous aggregate state. The pressure in the said vessels (1) rises and, upon reaching the operating pressure of the safety valves, is discharged through them into the environment. To increase safety, each said vessel (1) is equipped with a safety valve (9), a pressure gauge (8) for the pressure of the gaseous cryogenic substance and a drain cock (16) for draining condensate in the tube where the safety valve (9) and the pressure gauge (8) are installed. In addition, it is also possible to install additional safety valves on the manifold (12). It is best to use spring-type safety valves with manual forced opening.
Установка манометром и предохранительных клапанов лучше осуществлять на уровне глаз человека.It is better to install pressure gauges and safety valves at human eye level.
Еще сброс давления может произойти, если источник жидкого криогенного вещества для заправки имеет давление выше, чем давление открытия предохранительных клапанов (9) системы. Будет происходить одновременно и заправка и кипение жидкого криогенного вещества, пока давление в источнике не упадет ниже давления срабатывания предохранительных клапанов.Another pressure release may occur if the source of liquid cryogenic substance for filling has a pressure higher than the opening pressure of the safety valves (9) of the system. Filling and boiling of the liquid cryogenic substance will occur simultaneously until the pressure in the source drops below the opening pressure of the safety valves.
Заявленная система также обеспечивает хранение других известных криогенных веществ и передачи их для применения в различные областях техники или для применения для производства различных продуктов на их основе.The claimed system also provides for the storage of other known cryogenic substances and their transfer for use in various fields of technology or for use in the production of various products based on them.
Для достижения указанного результата объем хранящегося жидкого криогенного вещества разбивается на меньшие объемы, за счет малых объемов сосудов для хранения криогенного вещества, которые представляют меньшую опасность.To achieve this result, the volume of stored liquid cryogenic substance is divided into smaller volumes, due to the small volumes of cryogenic substance storage vessels, which pose less danger.
Также для достижения указанного результата, малые объемы сосудов для хранения криогенного вещества с жидким криогенным веществом отделяются отсечными кранами и подключаются к коллектору для выдачи или заправки жидкого криогенного вещества поочередно и небольшим объемом.Also, to achieve the specified result, small volumes of vessels for storing cryogenic substance with liquid cryogenic substance are separated by shut-off valves and connected to a manifold for dispensing or filling liquid cryogenic substance alternately and in small volumes.
Также для достижения указанного результата малые объемы сосудов для хранения криогенного вещества размещают в герметичной криогенной камере с достаточно толстой теплоизоляцией для поддержания температуры, а, следовательно, и давления жидкого криогенного вещества в пределах значений, безопасных для эксплуатации сосудов.Also, to achieve the specified result, small volumes of vessels for storing cryogenic substances are placed in a sealed cryogenic chamber with sufficiently thick thermal insulation to maintain the temperature, and therefore the pressure of the liquid cryogenic substance, within the limits of values that are safe for the operation of the vessels.
Также для достижения указанного результата герметичная криогенная камера имеет габариты окна для изъятия внутреннего охлаждающего блока, близкие к габаритам внутреннего охлаждающего блока, для снижения количества тепла, которое может поступить в холодильную камеру при изъятии внутреннего блока в рамках технического обслуживания, ремонта или его замены.Also, to achieve the specified result, the hermetically sealed cryogenic chamber has the dimensions of the window for removing the internal cooling unit, close to the dimensions of the internal cooling unit, to reduce the amount of heat that can enter the refrigeration chamber when removing the internal unit for maintenance, repair or replacement.
Также для достижения указанного результата сосуды для хранения криогенного вещества размещают на стойки силового каркаса, который передает силу веса указанных сосудов и хранящегося в них жидкого криогенного вещества на пол или фундамент в обход теплоизоляции.Also, to achieve the specified result, the vessels for storing the cryogenic substance are placed on the racks of the power frame, which transfers the weight force of the said vessels and the liquid cryogenic substance stored in them to the floor or foundation, bypassing the thermal insulation.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыто в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment thereof. Other embodiments of the invention may be obvious to specialists, without changing its essence as disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.
Claims (14)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2842172C1 true RU2842172C1 (en) | 2025-06-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2176761C1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for storage and delivery of cryogenic products |
| DE102006045117A1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-04-26 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Cryogenic storage vessel e.g. for liquid hydrogen, is double walled vacuum insulated with fill and discharge lines passing through an inclined, vacuum sheath within the inner chamber |
| RU79639U1 (en) * | 2008-09-01 | 2009-01-10 | Анатолий Николаевич Труфанов | CRYOGENIC CAPACITY FOR LIQUEFIED GAS |
| RU175179U1 (en) * | 2017-05-18 | 2017-11-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Cryogenic Power Plant |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2176761C1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for storage and delivery of cryogenic products |
| DE102006045117A1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-04-26 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Cryogenic storage vessel e.g. for liquid hydrogen, is double walled vacuum insulated with fill and discharge lines passing through an inclined, vacuum sheath within the inner chamber |
| RU79639U1 (en) * | 2008-09-01 | 2009-01-10 | Анатолий Николаевич Труфанов | CRYOGENIC CAPACITY FOR LIQUEFIED GAS |
| RU175179U1 (en) * | 2017-05-18 | 2017-11-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Cryogenic Power Plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2530608C (en) | Hydrogen handling or dispensing system | |
| CA2315015C (en) | Process components, containers, and pipes suitable for containing and transporting cryogenic temperature fluids | |
| KR102537458B1 (en) | Compressed Natural Gas Storage and Transportation Systems | |
| US3011321A (en) | Apparatus for the maintenance of liquefied petroleum products | |
| EP2311756B1 (en) | Leakage self-help container for stocking hazardous chemical products | |
| RU2842172C1 (en) | Cryogenic substance storage system | |
| US3059804A (en) | Safety device for insulated tank | |
| Hulsbosch-Dam et al. | Thermodynamic aspects of an LNG tank in fire and experimental validation | |
| EP1153238B1 (en) | Bottom entry pumping system with tertiary containment | |
| GB781354A (en) | Improvements in or relating to apparatus for storing and shipping cold boiling liquids | |
| Dogan | Hydrogen storage tank systems and materials selection for transport applications | |
| CA2619895C (en) | Hydrogen handling or dispensing system | |
| Marshall | Modes and consequences of the failure of road and rail tankers carrying liquefied gases and other hazardous liquids | |
| Burgener | Industrial Gas Manufacturing, Cylinder Filling, Bulk Installations, Piping, Relief Devices, and Security | |
| Mahmud et al. | Liquid Hydrogen Release from Pressurized and Non-pressurized Tanks | |
| RU2804785C1 (en) | Tank car for storage and transportation of liquefied natural gas | |
| Samvatsar et al. | Analysis of BLEVE mechanism and anti BLEVE system in pressurized tank | |
| RU203053U1 (en) | TANK FOR STORAGE AND TRANSPORTATION OF CRYOGENIC FLUIDS | |
| Fadel et al. | Experimentally Determination of Burst Pressure and Failure Location of Liquefied Petroleum Gas Cylinder | |
| Reddy | A Primer on LPG Storage Systems. | |
| Replaces | SAFE PRACTICES FOR STORAGE AND HANDLING OF NITROUS OXIDE | |
| Lihou | Failures of liquefied gas storage vessels | |
| Jensen | Design and economic considerations for refrigerated storage of liquefied petroleum gases | |
| Headquarters | Coast Guard | |
| WO2024243580A2 (en) | Compressed gas storage and transportation |