RU1791661C

RU1791661C - Cryogenic reservoir

Info

Publication number: RU1791661C
Application number: SU904839707A
Authority: RU
Inventors: Борис Оскарович Белорусец; Евгений Александрович Богданов; Владимир Михайлович Ермохин; Александр Вадимович Исаев; Вячеслав Петрович Кряковкин; Владимир Иванович Куприянов; Олег Петрович Литовка; Виктор Алексеевич Семенов; Сергей Михайлович Чопов
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1993-01-30

Abstract

Области применени : в конструкции криогенных резервуаров, предназначенных дл хранени и выдали криопродуктов потребителю дл повышени технологичности и снижени взрывоопасное™ при использовании угольных адсорбентов. Сущность изобретени : адсорбционный насос выполнен в виде набора адсорбционных модулей, каждый из которых выполнен в виде металлической пр моугольной пластины с закрепленными на ней по периметру ребрами и газопроницаемой перегородкой, образующими замкнутую полость, заполненную адсорбентом . 9 з.п.ф-лы, б ил.Applications: in the design of cryogenic tanks intended for storage and distribution of cryogenic products to the consumer to increase processability and reduce explosive ™ when using carbon adsorbents. The essence of the invention: the adsorption pump is made in the form of a set of adsorption modules, each of which is made in the form of a metal rectangular plate with ribs fixed to it along the perimeter and a gas-permeable partition, forming a closed cavity filled with adsorbent. 9 zpp-bs, ill.

Description

Изобретение относитс к криогенной технике, а именно к конструкци м криогенных резервуаров, предназначенных дл хранени и выдачи криопродуктов потребителю .The invention relates to cryogenic technology, in particular to the design of cryogenic tanks for storing and dispensing cryogenic products to a consumer.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс известный криогенный резервуар, содержащий корпус и размещенный в нем с образованием теплоизол ционной полости внутренний сосуд, снабженный теплоизол цией и адсорбционным блоком.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is the well-known cryogenic reservoir, comprising a housing and an inner vessel placed in it with the formation of a heat-insulating cavity, equipped with thermal insulation and an adsorption unit.

Однако данна конструкци резервуара обладает р дом недостатков:However, this reservoir design has a number of disadvantages:

а) наиболее целесообразным вл етс размещение адсорбционного блока в нижней части внутреннего сосуда, но при монтаже крупногабаритных резервуаров объемом в сотни и тыс чи кубических метров практически невозможно осуществить засыпку и гранулированного адсорбента в адсорбционный блок;a) the most appropriate is the placement of the adsorption block in the lower part of the inner vessel, but when installing large tanks with a volume of hundreds or thousands of cubic meters, it is practically impossible to fill the granular adsorbent into the adsorption block;

б) использование в качестве адсорбента специальных вакуумных цеолитов, напри: мер, типа СаЕН-4В, требует наличи специ- альното нагревател , который в значительной степени снижает надежность конструкции. Так при использовании в качестве источника тепла гор чего газа нагрева- тель выполн етс в виде змеевика, размещенного в адсорбционном блоке в слое адсорбента либо в специальном тепло- передающем устройстве. При этом змеевик, как правило, имеет на своей длине несколько сварных швов, что повышает веро тность возникновени негерметичности в теплоизол ционной полости. Кроме того, в змеевике скапливаетс конденсат из атмосферного воздуха, что при охлажденииb) the use of special vacuum zeolites as an adsorbent, for example: CaEN-4B type, requires the presence of a special heater, which significantly reduces the reliability of the structure. So, when using hot gas as a heat source, the heater is made in the form of a coil placed in the adsorption unit in the adsorbent layer or in a special heat-transfer device. In this case, the coil, as a rule, has several welds along its length, which increases the likelihood of leakage in the heat-insulating cavity. In addition, condensation from the atmospheric air accumulates in the coil, which when cooled

VIVI

ОABOUT

может привести к его замерзанию и разрушению змеевика;may lead to its freezing and destruction of the coil;

в) наиболее удобным и перспективным адсорбентом вл етс активированный уголь, который гидрофобен, а потому не требует подогрева при регенерации, но при использовании угл возникает друга проблема - проблемна взрывобезопасности, особенно дл резервуаров жидкого кисло- роДа .В данном Случае взрывоопасным вл етс натГйЭи б адсорбционном блоке количества угл , превышающего критическое . В св зи с этим необходимо размещать на внутреннем сосуде не один, а несколько блоков, что при их сложной конструкции приводит к увеличению трудоемкости, в большей степени возрастающей при монтаже крупногабаритных резервуаров, сборка которых производитс не на предпри тий, а непосредственно на месте эксплуатации.c) the most convenient and promising adsorbent is activated carbon, which is hydrophobic, and therefore does not require heating during regeneration, but when using coal, another problem arises - the problem of explosion safety, especially for liquid oxygen tanks. the adsorption block the amount of coal exceeding the critical. In this regard, it is necessary to place not one, but several blocks on the inner vessel, which, with their complex design, leads to an increase in labor intensity, which increases to a greater extent during the installation of large tanks, which are assembled not at the enterprises, but directly at the place of operation.

Целью изобретени вл етс повышение технологичности и снижение взрывоопасное™ при использовании угольных адсорбентов. - ;The aim of the invention is to improve manufacturability and reduce explosive ™ when using carbon adsorbents. -;

На фиг. 1 представлена схема части криогенного резервуара с адсорбционными модул ми; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - конструкци модул ; на фиг.4 - схема установки модул в направл ющих; на фиг.5 и 6 - варианты размещени направл ющих и модулей н.а внутреннем сосуде резервуара.In FIG. 1 is a diagram of a portion of a cryogenic reservoir with adsorption modules; figure 2 - node I in figure 1; Fig. 3 - module design; Fig. 4 is a diagram of a module installation in rails; Figures 5 and 6 show the arrangement of guides and modules on the inner vessel of the tank.

Криогенный резервуар содержит корпус 1 и размещенный в нем с образованием теплоизол ционной полости 2 внутренний сосуд 3, имеющий теплоизол цию А и адсорбционный блок, выполненный в виде закрепленного на наружной поверхности внутреннего сосуда 3 р да съемных модулей 5. Каждый модуль выполнен в виде металлической пластины 6 с закрепленными по ее периметру вертикальными ребрами 7.и крышкой 8 из газопроницаемой перегородки, образующих замкнутую полость дл адсорбента 9. При этом пластина б может быть выполнена либо из малотеплопроводного металла, например нержавеющей стали, и закреплена на поверхности внутреннего сосуда 3 посредством сварки или иного разъемного соединени , обеспечивающего надёжный тепловой контакт , либо из высокотеплопроводногр металла , например меди или алюмини или их сплавов, и по меньшей мередва противоположных ребра 7 закреплены на пластине б на рассто нии от ее краев с образованием параллельных свободных кромок 10, В последнем случае на наружной поверхности внутреннего сосуда 3 закреплены кронштейны 1t Г-образной или Т-образной формы, снабженные прижимными болтами 12, взаимодействующими с кромками 10 пластины 6The cryogenic tank contains a housing 1 and an inner vessel 3, which has a thermal insulation A and an adsorption unit made in the form of a series of removable modules fixed on the outer surface of the inner vessel 3, and placed in it with the formation of a heat-insulating cavity 2. Each module is made in the form of a metal plate 6 with vertical ribs 7. fastened around its perimeter and a cover 8 made of a gas-permeable partition, forming a closed cavity for the adsorbent 9. In this case, the plate b can be made of either low-conductivity m glass, for example stainless steel, and is fixed to the surface of the inner vessel 3 by welding or other detachable connection, providing reliable thermal contact, or from a highly heat-conducting metal, such as copper or aluminum or their alloys, and at least mid-opposite ribs 7 are mounted on the plate b on the distance from its edges with the formation of parallel free edges 10, In the latter case, the brackets 1t are L-shaped or T-shaped, equipped with pinch bolts 12 interacting with the edges 10 of the plate 6

либо непосредственно, либо через металлические прокладки 13. Прижимные болты 12 выполнены из материала, имеющего коэффициент термического расширени меньший , чем коэффициент термического расширени материала кронштейнов 11, а последние закреплены на внутреннем сосуде 3 либо с образованием направл ющих в виде концентрических окружностей, соос .0 ных оси внутреннего сосуда 3, либо с образованием спиральных направл ющих.either directly or through metal gaskets 13. The clamping bolts 12 are made of a material having a thermal expansion coefficient less than the thermal expansion coefficient of the material of the brackets 11, and the latter are fixed on the inner vessel 3 or with the formation of guides in the form of concentric circles, coax .0 axis of the inner vessel 3, or with the formation of spiral guides.

Работа резервуара осуществл етс следующим образом.,The operation of the tank is as follows.,

Во внутренний сосуд 3 подаетс крио5 генна жидкость, что ведет к охлаждению стенок внутреннего сосуда 3. Газ, заполн ющий герметичную теплоизол ционную полость 2, первоначально откачиваетс внешней системой вакуумировани до оста0 точного давлени 10...1 Па. В дальнейшем газ. из теплоизол ционной полости 2 удал етс путем поглощени его адсорбентом 9, расположенной за газопроницаемой крышкой 8, выполненной, например, из пористо5 го газопроницаемого материала, имеющего высокую теплопроводность. Эффектив- ность охлаждени адсорбента 9 достигаетс обеспечением надежного теплового контакта между пластиной б и стенкой внутренне0 го сосуда. Тепловой контакт обеспечиваетс либо прижатием пластины 6 к сосуду 3, либо ее приваркой. Прижатие осуществл етс прижимными болтами 12.A cryogenic liquid is supplied into the inner vessel 3, which leads to cooling of the walls of the inner vessel 3. The gas filling the sealed heat-insulating cavity 2 is initially pumped out by an external vacuum system to a residual pressure of 10 ... 1 Pa. Further gas. it is removed from the heat-insulating cavity 2 by absorbing it with an adsorbent 9 located behind the gas-permeable cover 8, made, for example, of a porous gas-permeable material having high thermal conductivity. The cooling efficiency of the adsorbent 9 is achieved by providing reliable thermal contact between the plate b and the wall of the inner vessel. Thermal contact is ensured either by pressing the plate 6 against the vessel 3, or by welding it. The pressing is carried out by pressure bolts 12.

Модульный принцип адсорбционногоThe modular principle of adsorption

5 блока имеет преимущество по нескольким причинам:5 blocks has an advantage for several reasons:

а) по вл етс возможность упрощени технологии изготовлени резервуара. Независимо от типа резервуара, его габаритныхa) it is possible to simplify the manufacturing technology of the tank. Regardless of the type of tank, its overall

0 размеров, индивидуальных особенностей конструкций, вида криогенной жидкости и т.п. система вакуумировани теплоизол ционной полости решаетс на базе однотипных модулей. В зависимости от условий0 sizes, individual design features, type of cryogenic fluid, etc. the vacuum system of the insulating cavity is solved on the basis of the same type of modules. Depending on conditions

5 эксплуатации резервуара на стадии изготовлени можно разместить в теплоизол ционной полости необходимое-число модулей, причем рами модули изготавливаютс в промышленных услови х серийногоDuring operation of the tank at the manufacturing stage, the required number of modules can be placed in the heat-insulating cavity, with the modules being manufactured under industrial conditions of serial

0 производства с уже загруженным в них адсорбентом , преимущественно активированным углем. Изготовление уже снар женного адсорбентом модул в большой степени снижает, а зачастую и ис5 ключает проблему загрузки адсорбента при монтаже крупногабаритных резервуаров непосредственно на месте их эксплуатации;0 production with an adsorbent already loaded in them, mainly activated carbon. The manufacture of a module already loaded with adsorbent to a large extent reduces, and often eliminates, the problem of adsorbent loading during the installation of large tanks directly at the place of their operation;

б) ограниченность количества угольного адсорбента в модуле практически исключает возможность возникновени взрывоопасной ситуации даже при эксплуатации этих модулей на кислородных резервуарах. В случае аварийной ситуации и насыщени угольного адсорбента кислородом воспламенени его не происходит как ввиду наличи пористой перегородки, вл ющейс эффективным сопротивлением распространению пламени и детонационной волны, так и вследствие недостаточности количества адсорбента в модуле дл возникновени и распространени волны внутренней детонации . Решение подобной задачи на существующих резервуарах требует значительного усложнени конструкции адсорбционного блока.b) the limited amount of coal adsorbent in the module virtually eliminates the possibility of an explosive situation even when these modules are operated on oxygen tanks. In the event of an emergency and saturation of the carbon adsorbent with oxygen, it does not ignite due to the presence of a porous septum, which is an effective resistance to the propagation of flame and detonation wave, and due to the insufficient amount of adsorbent in the module for the generation and propagation of an internal detonation wave. The solution of such a problem on existing tanks requires a significant complication of the design of the adsorption unit.

Наличие на модуле кромок св зано с упрощением процесса закреплени модул на поверхности внутреннего сосуда при прижатии кромок прижимных болтами, которые располагаютс в резьбовых отверсти х кронштейнов. При этом соотношение коэффициентов термического расширени материалов болтов и кронштейнов обусловлено обеспечением надежности плотного прижати пластины модул к сосуду, т.е. нераскрываемостью стыка. Прокладка между болтами и кромками пластины исключает возможность продавливанй м гкого материала пластины (меди или алюмини ) при зат жке болтов.The presence of edges on the module is associated with simplification of the process of fixing the module to the surface of the inner vessel when pressing the edges of the clamping bolts that are located in the threaded holes of the brackets. The ratio of the coefficients of thermal expansion of the materials of the bolts and brackets is due to the reliability of the tight pressing of the module plate to the vessel, i.e. indissolubility of the joint. The gasket between the bolts and the edges of the plate eliminates the possibility of bursting the soft material of the plate (copper or aluminum) when tightening the bolts.

Форма кронштейнов позвол ет наиболее рационально разместить максимально возможное количество модулей на нижней части внутреннего сосуда. С этой целью направл ющие дл модулей располагаютс либо в виде концентрических окружностей, либо в виде спирали. В случае-концентриче- ских направл ющих рассто ние между кронштейнами и их высота должны обеспечивать возможность установки модулей в направл ющие, что достигаетс при условии выполнени размерных соотношений.The shape of the brackets allows for the most rational placement of the maximum possible number of modules on the bottom of the inner vessel. To this end, the guides for the modules are arranged either in the form of concentric circles or in the form of a spiral. In the case of concentric guides, the distance between the brackets and their height should provide the possibility of installing modules in the guides, which is achieved provided that the dimensional ratios are fulfilled.

Дополнительным преимуществом при наличии кронштейнов вл етс расположение теплоизол ции с зазором относительно газопроницаемой перегородки. Поскольку теплоизол ци опираетс на кронштейны, которые имеют большую высоту/чем высота модул , то через зазор между теплоизол цией и газопроницаемой перегородкой обеспечиваетс проход газа к адсорбенту.An additional advantage in the presence of brackets is the location of the thermal insulation with a gap relative to the gas permeable partition. Since the thermal insulation is supported by brackets that have a greater height / than the height of the module, gas passes to the adsorbent through the gap between the thermal insulation and the gas permeable partition.

Конструкци может быть упрощена в смысле последующей сборки при выполнении пластины из малотеплопропроводного материала, т.к. в этом случае возможно при- варивание или иное неразъемное подсоединение пластины к сосуду. Приваривать, например, медную пластину нельз ввиду высокой теплопроводности меди, что дажеThe design can be simplified in the sense of subsequent assembly when the plate is made of low heat conductive material, because in this case, priming or other permanent connection of the plate to the vessel is possible. For example, it is impossible to weld a copper plate due to the high thermal conductivity of copper, which even

при локальном нагреве может привести к перегреву и разрушению размещенного в модуле угл . В случае же выполнени пластины из нержавеющей стали зона нагреваwith local heating, it can lead to overheating and destruction of the coal placed in the module. In the case of a stainless steel plate, the heating zone

5 незначительна и разрушени угл не происходит . Таким образом, описанна конструкци криогенного резервуара позвол ет повысить его технологичность и надежность , а также снизить взрьгвЬопаснЬсть5 is negligible and no coal destruction occurs. Thus, the described design of the cryogenic reservoir allows to increase its manufacturability and reliability, as well as to reduce the risk of explosion.

Claims

1. The cryogenic reservoir containing the housing and placed inside it with the formation of the insulating cavity internal

5 a vessel having an adsorption pump, which is distinguished by the fact that, in order to increase manufacturability and reduce explosiveness when using carbon adsorbents, the adsorption pump is made in the form of the lower part of the inner vessel fixed to the outer surface a number of removable m62 units, each of which is made in the form of a metal rectangular plate with fixed

5 along its perimeter, vertical ribs and a cover of a gas-permeable partition, forming a closed cavity for the adsorbent. .V.

2. The tank according to claim 1, with the exception that the plate is made of highly heat-conducting material, two countercurrent ribs are fixed at a distance from its edges with the formation of free edges.

3. The tank according to claim 1 and 2. on the basis of 5 and so that it is equipped with brackets fixed to the inner vessel with clamping bolts interacting with the edges.

4. A tank according to claim 3, characterized in that, in order to increase reliability, it has gaskets located between the bolts and the edges.

5. The reservoir according to p.Z. about t h and y u and s.

the fact that the clamping bolts are made of

5 materials with thermal coefficient

expansions smaller than material

bracket.

6. The tank according to item 3, 6, including the fact that the cross-section of the brackets is T- or T-shaped.

7. A tank according to claim 3, characterized in that the brackets are fixed on the inner vessel along concentric circles of 5 nostals, coaxial with the axis of the inner vessel;

8. The tank according to claim 7, with the fact that the height of the brackets hK and the minimum distance between them are determined from the expressions hK 6 + lp + da,, where

:

2

births L - a-

Y1 is the thickness of the plate; rib length; - the thickness of the gas permeable

. -. . .-; : .- ,. . . . ;

Shiriya LMstiny; the width of the kbmok plate.

9. A tank according to claim 3, characterized in that the brackets are fixed to the inner vessel in a spiral line.

10. The tank according to claim 1, characterized in that the plate is made of non-ductile material, for example stainless steel, and is fixed to the inner vessel by welding.

zW;

; ShigZ

Figure 5

Figb