2. Конструкции цистерн для криогенных жидкостей
Цистерны для криогенной жидкости широко используются в разных отраслях народного хозяйства: черной и цветной металлургии, медицине, животноводстве, электротехнике, радиоэлектронике, текстильной и пищевой промышленности.
При всем разнообразии конструкции цистерн для кислорода, азота, аргона имеют много общего.
Криогенные цистерны (рис. 1) состоят из внутреннего сосуда, наружного сосуда (кожуха), испарителя подъема давления, пульта управления с арматурой, КИП и предохранительных устройств. Арматура, предохранительные устройства и приборы расположены в арматурном шкафу.
Внутренний сосуд изготавливают из материалов, совместимых с криогенной жидкостью. Обычно используют нержавеющую сталь марки 12Х18Н9Т, 10Х14Г14Н4Т и др., алюминиевые сплавы марок АМг3, АМг5, АМг6, АМц, медь. Эти материалы сохраняют достаточную ударную вязкость при низких температурах.
Наружный сосуд изготавливают из углеродистой стали 09Г2С или из алюминиевых сплавов.
Для поддержания сосуда с криогенной жидкостью в кожухе применяется система подвесок и опор. Между стенками кожуха и внутреннего сосуда устанавливают тепловые мосты (подвески, опоры и трубопроводы).
Система подвеса внутреннего сосуда подвергается действию веса внутреннего сосуда, его содержимого, динамическим нагрузкам, возникающим при транспортировке сосуда, сейсмическим нагрузкам и др. Даже если цистерна является стационарной, она может подвергаться нагрузкам, возникающим при ее транспортировке на место монтажа.
Рис. 1.1. Транспортная цистерна ЦТК- 1,6/0,25
Подвесы выполняют в виде стержней, тросов или цепей. Для снижения величины теплопритока из окружающей среды к криогенной жидкости, а, значит, и уменьшения количества испаряющейся жидкости, подвесы изготавливают из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, а опоры – из неметаллических материалов либо из набора пластин из нержавеющей стали.
В цистерне предусмотрены трубопроводы для ее заполнения и опорожнения, трубопровод подачи криогенной жидкости в насос, трубопровод для сброса газа, для того, чтобы дать возможность выйти пару, образующемуся из-за теплопритока из окружающей среды. Кроме того, в межстенное пространство цистерны вмонтировано большое число разнообразных патрубков для установки предохранительных устройств, приборов контроля. Также предусмотрена возможность выдачи жидкости из цистерны по трубопроводу. Также как и подвесы, трубопроводы изготавливают из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, имеющей самый низкий коэффициент теплопроводности из металлов, применяемых при низких температурах.
Пространство между стенками заполняется теплоизоляционным материалом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности. В качестве теплоизоляционного материала применяют вакуумно-порошковую или зкранно-вакуумную изоляцию. Для углубления вакуума в карман, укрепленный на днище внутреннего сосуда, засыпается адсорбент – цеолит. После заполнения цистерны криогенной жидкостью адсорбционная емкость цеолита увеличивается, и в изоляционном пространстве образуется более глубокий вакуум.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации цистерну рекомендуют заполнять на 90-92 % от номинальной емкости. Это вызвано следующими причинами. Во-первых, к криогенной жидкости во внутреннем сосуде всегда существует теплоприток из окружающей среды. В случае если не будет свободного пространства в сосуде над жидкостью, давление в нем может очень быстро увеличиться из-за испарения жидкости. Во-вторых, во время быстрой заправки цистерны криогенная жидкость может вскипать с запаздыванием из-за охлаждения внутреннего сосуда. А это может привести к выдавливанию жидкости через трубопровод заполнения-опорожнения, если объем парового пространства над жидкостью недостаточен.
Для хранения и транспортирования жидких кислорода, азота, аргона серийно выпускаются транспортные цистерны различных типоразмеров: ЦТК -0,5/0,25, ЦТК -1,6/0,25, ЦТК – 1/0,25, ЦТК – 2,5/0,25, ЦТК – 5/0,25, ЦТК -8/0,25 и др. Маркировка обозначает: «Ц» - цилиндрический, «Т» - транспортный, «К» - криогенный. Цифры после букв указывают объем внутреннего сосуда (м3) и допустимое давление во внутреннем сосуде (МПа).
Криогенное оборудование такого типа изготавливается ОАО «Промышленная группа Уралинвестэнерго» (Россия, г. Екатеринбург), «СибВПКнефтегаз», Торгово-промышленный центр ОАО (Россия, г. Омск) и ОАО «Криогенмаш» (Россия, г. Балашиха, Московская обл.). В табл.1 представлена техническая характеристика цистерны ЦТК - 1,6/0,25 для транспортирования кислорода, азота или аргона.
Таблица 1.1. Техническая характеристика цистерны
|
Характеристика |
Величина |
|
Номинальный объем, м3 |
1,6 |
|
Рабочее давление, МПа (кг/см2) |
0,25 (2,5) |
|
Наибольшая масса заливаемого продукта, кг кислорода азота аргона |
1990 1430 2400 |
|
Потери от испарения, кг/ч кислорода азота аргона |
0,39 0,41 0,55 |
|
Габаритные размеры, мм длина ширина высота |
3580 1275 1315 |
|
Масса порожней цистерны |
820 |
Рис. 1.2. Принципиальная схема цистерны ЦТК – 1,6/0,25
Обозначения: 1– вентиль наполнения-опорожнения; 2 – вентиль сброса газа; 3 – вентиль испарителя подъема давления; 4 - вентиль опорожнения шланга; 5 – штуцер для сброса газа; 6 – мембрана шланга предохранительная; 7 – гайка РОТ; 8 – штуцер наполнения от АКДС; 9 – вентиль вакуумный сильфонный; 10 – испаритель подъема давления; 11 – наружный кожух; 12 – внутренний сосуд; 13 – мембрана кожуха предохранительная; 14 – клапан цистерны предохранительный; 15 – баллон - компенсатор; 16 – манометр; 17 – указатель уровня жидкости; 18 – вентиль трехходовый; 19 – мембрана цистерны предохранительная