Способ вытеснения газа из сосуда и устройство для его осуществления

(21) 4488945/26 (22) 03,10,88 (46) 30.01,91. Бюл (72) А.В.Евсеев и (53) 621.59(088,8) (56) Авторское св М 1163083, кл. Е М 4О,А,Хри тенко во СССРО, 1984,детель 7 С 13 ГАЗА ИЗ СОО ОСУЦЕСТк криогенной твам подготовкриожидкостьюния - повышекономичности и ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относисятехнике, а конкретно к средгки резервуаров к запоавкеили отогреву. Цель изобретение эффективности за счет э Изобретение относится к криогенной технике, а именно к резервуарам для хранения и транспортиповки криогенных жидкостей и к операциям подготовки их к заправке и отогреву,Цель изобретения - повышение эффективности способа эа счет экономии газа наддува и ускорения и роцесса.На чертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа - сосуд для хранения криогенных жидкостей.Сосуд для хранения криогенных жидкостей содержит внутренний сосуд 1, вакуумный кожух 2, патрубки 3 и 4 для подвода и выдачи газа и криогенной жидкости, Вверху сосуда 1 установлен кожух 5, внутри которого расположен ротор 6 реверсивного электродвигателя (например, шагового), на цилиндрической наружной части кожуха 5 установлены обмотки 7 статора. Кожух 5 и обмотки 7 покрыты теплоиэоляцией 8. Роускорение п 1 цесса замещения газов, Процесс выпгеснения одного газа другим в замкнутом сосуде заключается в подаче газа наддува на подг лжную,:рышку, размещенную внутри сосуда с принуди-,альным перемещением е: в сторону г 1 атрубка сброса вытесняемого газ;, На пщ вмогидросопротивлении поддерживают перепад давления, достаточный для перетекания газа наддува всторону вытесняемого,т.е, посгоянно поддерживают избь 1 точное давление наддува Крышка, размещенная на некотором расстоянии от стенок сосуда, имеет привод в виде ходового винта, взаимодействующего с установленной в крышке нарезной втулкой. 2 с.п,ф-лы, 1 ил тор 6 у"тановлен на ходовом винте 9, взаимодействующем с нарезн-й втулкой 10. Втулка 10 прикреплена к крышке 11 с пазом 12. Паз 12 взаимодействует с направляющей 13, исключающей свободное вращение крышки 11, Винт 9 имеет на концах опоры 14, обеспечивающие свободное вращение (например, шаровые или в виде подшипников качения). В линии патрубка 3 для управления подачей газа наддува установлен клапан 15, в линии отбора газа на анализ установлен клапан 16,В линии патрубка 4 установлен клапан 17 для управления подачей криогенной жидкости или газа, в линии отбора пробы газа или жидкости на анализ установ;ен клапан 18, В верхней части сосуда из полости кожуха 5 имеется дренажная линия с клапаномсуд оборудован датчиком 20 (напримкостного типа), верхнего положения р и 11. На колухе установлен датчик 21счетчика оборотов ротора 6. В верхней инижней части резервуара установлены датчики 22 и 23 давления. Способ осуществляют следующим образом,При вытеснении из резервуара одногогаза другим (например, азотом воздуха приподготовке к заправке жидким азотом) проводят следующие операции.Через патрубок 3 подают газообразныйчистый азот при этом через патрубок 4 отводят воздух из резервуара,Через промежуток времени, достаточный для вытеснения газа иэ полости междуверхним днищем сосуда 1 и крышки 11 (определяется для каждого сосуда индивидуально по результатам анализов проб газа),начинают принудительно перемещатькрышку 11 в направлении патрубка 4.При перемещении крышки 11 следят эаизбыточным давлением газа наддува, чтобыдавление в полости между крышкой и верхним днищем сосуда превышало давлениемежду крышкой и нижним днищем сосуда.В крайней нижней точке крышку останавливают, а по результатам анализа или поистечении установленного опытным путемпромежутка времени после остановкикрышки прекращают подачу вытесняющегогаза (азота), Процесс вытеснения газа завершен,Устройство для осуществления предлагаемого способа - сосуд для хранения криогенных жидкостей работает следующимобразом.В исходном положении сосуд 1 заполнен воздухом при давлении окружающейсреды. Крышка 11 находится в крайнел верхнем положении, при этом датчик 20 даетсигнал об этом в систему управления и счетчик оборотов устанавливает нулевые показания. Клапаны 19, 15, 16, 18 и 17 закрыты,Датчики 22 и 23 давления выдают в системууправления сведения о нулевом перепадедавления между ними,Процесс вытеснения воздуха из сосуда1 начинается с открытия клапана 17 и сообщения внутренней полости сосуда с атмосферой или линией выдачи криогеннойжидкости. Затем открывают клапан 19 дляпродувки тупиковой эоны между ротором 6и кожухом 5 и одновременно открываютклапан 15 для подачи азота на вытеснениевоздуха. Поступающий азот разбавляет воздух между верхним днищем сосуда 1 икрышкой 11 и вытесняет смесь газов в атмосферу через дренажную линию с клапаном 19, через зазоры между краями крышки11 и стенкой сосуда 1 в пространство сосудамежду крышкой 11 и нижнлм днищем сосуда, при том воздух, вытесняемый аэогом, поступает в патрубок 4 и через о 1 крытый клапан 17 в атмосферу или линию выда м жидкого азота. По достижен: ги в дренажной линии с клапаном 19 и в полости между крышкой 11 и верхним днищем сосудазаданной остаточной концентрации кислорода и других примесей клапан 19 закрывают, а крышке 11 сообщают поступательное движение, Для этого подают электропитание на обмотку 7 статора реверсивного электродвигателя и приводят во вращатегь ное движение ротор б, установленный на винте 9. Ходовая резьба на винте 9 вэаимодеиствует с резьбой втулки 1 Г и крышка 11 совершает поступательное движение, Крышка 11 фиксируется от поворота направляю 1 цей 12, взаимодействующей с пазом 12 крышки. В реальных условиях эксплуатации необязательно определять концентрацию примесей при проведении каждого вытеснения газа, Достаточно энать, сколько вре. мени требуется на полное вытеснение газа иэ полости над крышкой 1 в ее верхнем положении, Это время устанавливают опытным путем для каждого резервуара индивидуально нри заданном давлении, регистрируемом датчиком 22, или заданном входном давлении,5 10 15 20 ъ Г 30 40 45 50 55 При движении крышки 11 вниз система управления следит, чтобы давление регистрируемое датчиком 22 превышало давление регистрируемое датчиком 2 Э, хотя бы на 0,0005-0,001 кг/см (выбор перепада давления зависит в основно л ог зазора меж,у кромкой крышки и боковой стенкой сосуда ).В случае снижения перепада давления ниже установленного предела система управления останавливает двигатель или сни жает скорость вращения ротора б, О месте положение крышки 11 в сосуде судят по счетчку оборотов, фиксирующему сигналы датчика 21, Азот, проекающий между кромкой крышки 11 и стенкой сосуда 1, омывает стенку и все конструктивные элементы сосуда, например уровнемер (не показан), направляющую 13 и разбавляет воздух под крышкой. Воздух, а затем и разбавленный воздух постоянно отводятся через клапан 17 часть воздуха отбирается на анализ по линии с клапаном 18.При достижении крышкой 11 заданногонижнего положения (определяют по счетчику) или в момент достижения в анализной линии с клапаном 18 заданной остаточнойконцентрации примесей, система управления отключает электродвигатель и крышка 11 останавливается, Если концентрация10 15 20 25 30 35 40 45 5 б примесей не достигла заданного уровня, то подачу азога подолжают до тех пор пока в полости под крыьчкой 11 концентрация примесей не достигнет заданного уровня, после этого закрывают клапаны 17 и 15 и клапаны 16 и 18 в анализных линиях, Затем крышку 11, включив реверсивную подачу, перемещают в крайнее верхнее положение. Сосуд готов к заправке жидким азотом.Выполнение крышки 11 сетчатой или перфорированной позволяе- вести процесс вытеснения газа с одновременным оавномерным разбавлением его под крышкой 11 и в момент достижения его крайнего нижнего положения обеспечивает необходимую чистоту газа вплоть до выходного патрубка 4 с клапаном 17. Кроме того, такое выполнение крышки позволяет использовать ее вместо коллектора для равномерного распределения газа наддува и исключения проникновения газовой с;руи под с; ой;кид. кости,Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществлечия позволяет (по сравнению с известным) существенно сократить цикл подггтоьки резервуара к заправке криогенной жидкостью, снизить затраты вытесняющего газа, необходимого для полного вытеснения другого газа до двух обьемов сосуда и менее, Все это дает зкономический эффект, особенно при вытеснении такими дороглии газами как гелий, водород и др, Использование перфорированной или сетчатой крышки позволяет искл о ить из конструкции резервуара газовый коллектор. В режиме заправки резервуара криогенной жидкостью и наддува его при выдаче криопродукта крышка 11 существенно снижает прямой контакт зеркала жидкости с теплым газом. В условиях вынужденных колебаний при транспортировке криожидкости крышка снижает динамические нагрузки на конструктивные элементы, при этом необходимо просто поддерживать крышку на уровне зеркала криожидкости. Еще одно преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно не препятствует размещению датчиков температуры на стенках сосуда, уровнелеров зондов пробоотборников и т,птак как в крышке могут быть выполнены соответствующие отверстия с достаточным зазором между кромками отверстий и измерительными приборами. Что касается перемешивания газов над крышкой, то тот процесс при нег.р-рь.в гом отводе с;несиаов под крышку гриводщ к достижению требуемой чи" готы и, гем раз бавления газа над крыокОЙ, после получения которой можно начать перемещение крышки, имея полную уверенность в том, что над крышкой чистота газа буд не хуже заданной, а этп при обпащечии с чистыми и особоч стыми газ;.л и криож:ф,п.остями имеет нэ;- ое эначение. Использование предлагаемых спссоба и устройства сокращает расход чистого газанаддува на вытеснение замещаемого газа или смеси газов,ак как при этом требуется незначительное псвыш.ние давления в сосуде, что позволяет надежно удерживать над крышкой чистый газ, При малых перепадах давления на крышке расход чистого газа через зазорь будет незначительным, что также приводит к снижению потерь чистого газа.Ускорение процесса замещения происходит из-за гого, что не требуется проводить многократное нагнетание чистого газа в сосуд и последующий сброс смеси газов (более 20 раз), а процесс замегцения по предлагаемому способу идет непрерывно за один цикл движения крышки Формула изобретения 1, С чаевая вы еснения газа из сосуда путем подачи газа наддува на подвижную крышку, отделяющую хранимый газ и газ наддува отличаю цийсятем,что,с целью пов. пения эффект ьност за счет экономии газа н,. ддува и ускорения процес. са, одновременно с подлчсй газа наддува осуществлягот при удительное перемещение крыши, при этом постоянно поддерживают избыточь ое давление газа наддува.2, Устроиство для вытеснения газа из сосуда, содержащее размещенную внутри сосуда крышку со средством перемещения ее в вертикальног плоскости на направляющей, при этом полость сосуда над крышкой подключена к источнику газа наддува, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности за счет экономии газа наддува и ускорения процесса, средство перемещения вь полнено в виде ходового винта, взаимодействующего с установленной в крышке нарезной втулкой.1624240 оставитель Г,Ольш ехред М. Моргентал тор Т.Палий едактор А.Ревин тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Производствен Заказ 180 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5