3. Принципиальная схема цистерны цтк- 1,6/0,25
Принципиальная схема цистерны представлена на рис. 1.2. Внутренний сосуд 12 представляет собой емкость цилиндрической формы с эллиптическими днищами и выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н9Т. Наружный кожух 11 изготовлен из углеродистой стали. К кожуху присоединен арматурный шкаф для размещения предохранительных устройств и КИП. Межстенное пространство заполнено вакуумно-порошковой изоляцией. Вакуум создается откачкой воздуха насосом из изоляционного пространства через вентиль вакуумный цистерны 9. Величина вакуума 10 − 13 Па. На внешней стороне в нижней части днища цистерны имеется адсорбционная камера (карман), заполненная синтетическим цеолитом марки СаА. После наполнения цистерны криогенной жидкостью адсорбционная емкость цеолита увеличивается, и в изоляционном пространстве образуется вакуум 1 − 0,1 Па.
Наполнение и опорожнение цистерны осуществляется по вертикальной трубе, доходящей почти до дна цистерны. В случае если труба будет иметь течь, исключается опорожнение цистерны. При этом выполняется обязательное условие для жидкостных трубопроводов: если прекращается подача жидкости, то трубопровод должен быть заполнен только паровой фазой для уменьшения величины теплопритока из окружающей среды. Такая конструкция трубопроводов выполняет требование автоматически.
На линии наполнения-опорожнения цистерны устанавливается вентиль 1 и гайка РОТ 7 для присоединения гибкого металлического рукава (шланга). Такой шланг состоит из двух коаксиально расположенных гофрированных труб с опорными элементами из фторопласта. Шланг изготовлен из легированной стали для уменьшения теплопритока из окружающей среды. Шланг для подачи кислорода, азота, аргона не имеет изоляции.
После закрытия вентиля 1 при наполнении цистерны оставшаяся жидкость может быстро испариться и разорвать шланг. Чтобы этого не произошло надо слить жидкость с помощью вентиля 4 – сброса давления из шланга (продувка шланга). Кроме того, на этом участке устанавливают мембрану 6, которая настраивается на давление срабатывания 0,3…0,4 МПа.
Для выдачи криогенной жидкости потребителю или подачи ее в насос используется метод передавливания. Для этой цели предусмотрен испаритель подъема давления 10. При открытом вентиле испарителя 3 под действием гидростатического давления криогенная жидкость направляется в испаритель подъема давления, который представляет собой две трубы, расположенные симметрично по обе стороны цистерны. В результате теплообмена с окружающей средой криогенная жидкость испаряется, и образовавшийся пар поступает в паровое пространство цистерны. В цистерне создается избыточное давление (избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление). Его величина должна быть не более 0,25 МПа. После окончания выдачи криогенной жидкости потребителю необходимо открыть вентиль газосброса 2.
Давление во внутреннем сосуде цистерны контролируется манометром. На этой линии установлены предохранительный клапан 14 и разрывная мембрана 19. Предохранительный клапан настроен таким образом, чтобы давление во внутреннем сосуде не могло превысить допустимого давления в цистерне (Р = 0,25 МПа) более чем на 10%. Давление из внутреннего сосуда сбрасывается до возможного разрушения сосуда. Мембрана 19 является дополнительным или страховочным средством безопасности. Она устанавливается параллельно с предохранительным клапаном и настраивается на давление срабатывания на 20% превышающее допустимое давление в цистерне. Разрыв мембраны происходит в случае, если клапан сброса давления не имеет достаточной пропускной способности и не сбрасывает избыточное давление из внутреннего сосуда, или если предохранительный клапан не действует из-за обмерзания. После сброса избыточного давления предохранительный клапан закрывается, а мембрану в случае разрыва необходимо заменить.
На поверхности кожуха установлена предохранительная мембрана 13. Она используется для защиты кожуха цистерны от чрезмерного внутреннего давления и предохранения внутреннего сосуда от разрушения из-за чрезмерного внешнего давления. Давление в изоляционном пространстве повышается, если появляется трещина во внутреннем или внешнем сосуде. Если внутренний сосуд станет негерметичным, то криогенная жидкость поступит в изоляционное пространство цистерны. В результате ее испарения давление в межстенном пространстве цистерны начнет очень быстро увеличиваться. Мембрана настраивается на давление срабатывания 0,02…0,07 МПА. Конструкция мембраны представлена на рис. 3.
Рис. 3. Мембрана кожуха
Обозначения: 1 – фланец днища; 2 – фланец кожуха; 3 – решетка; 4 – мембрана; 5 – нож; 6 – крышка
Уровень жидкости в цистерне контролируют по мембранному указателю уровня УЖК (указатель уровня жидкого кислорода) 17. Количество криогенной жидкости в цистерне определяется по шкале прибора. Этот прибор (рис. 4) связан с цистерной по пару и жидкости и преобразует давление столба жидкости в перемещение мембраны. При этом крышка мембраны выгибается.
Корпус прибора 3 герметически закрыт и сообщается с верхней частью цистерны через трубку 2, а внутренняя часть мембранной коробки 9 соединена трубкой 11 с нижней частью цистерны. Давление внутри мембранной коробки больше давления в корпусе на величину давления, создаваемого столбом жидкости в цистерне. Под действием этой разности давлений верхняя стенка коробки 9 выгибается. Крышка коробки тягой 5 соединена с осью 4, на которой установлен зубчатый сектор 7. Этот сектор сцеплен с шестерней 8, на оси которой находится стрелка 6. Когда высота столба жидкости увеличивается, крышка мембранной коробки выгибается вверх и, поворачивая, ось с сектором, вращает шестерню.
Рис. 4. Схема мембранного указателя уровня жидкости.
Обозначения: 1 – резервуар; 2,11 – трубки; 3 – корпус; 4 – ось; 5 – тяга;
6 – стрелка; 7 – зубчатый сектор; 8 – шестерня; 9 – мембранная коробка;
10 – шкала
При эксплуатации в трубках, соединяющих цистерну с прибором, могут возникать резкие колебания давления (в процессе наполнения-опорожнения, при транспортировке и др.). Для защиты чувствительной мембраны от таких воздействий указатель уровня соединяется с цистерной через трехходовый вентиль 18 (см. рис. 2). Наряду с этим колебания давлений гасятся баллонами-компенсаторами 15 (см. рис. 2).
Включение прибора в работу происходит периодически (только во время измерения уровня жидкости).