Криогенный трубопровод

(51) 5 РЕТ АНИй ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИС Е ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 637588, кл, Е 16 1 9/19, 1977,(57) Изобретение позволяет сократить энергетические затраты и время регенерации адсорбента, а также уменьшить потерикриогенной жидкости в процессе эксплуатации криогенного трубопровода. Герметичная оболочка 7 охватывает патроны 5 с;ц 1742568 А 2 адсорбентом 4. В процессе регенерации адсорбента термочувствительный элемент термовакуумного клапана 9 нагревается вместе с адсорбентом. По достижении температуры, равной точке Кюри для ферромагнитного материала термочувствительного элемента, последний теряет свои магнитные свойства и клапан 9 отсекает теплоизолирующую полость 3 от полости 8, в которой размещены патроны 5 с адсорбентом, Начинается процесс откачки десорбируемых адсорбентом газов, прикотором не нарушается герметичность теплоизолирующей полости 3, и она не загрязняется продуктами десорбции, 2.з.п. ф-лы, 2 ил.77Изобретение относится к созданию трубопроводов и является усовершенствованием изобретения по авт, св. В 637588.Известен криогенный трубопровод, образованный собственно трубопроводом и охватывающим его кожухом, пространство между которыми вакуумировано с помощью адсорбента, размещенного в трубчатых патронах, охватывающих трубопровод, а внутри трубчатых патронов установлен змеевик для подачи греющего газа. Размещение змеевика для подачи греющего газа внутри внутри трубчатых патронов с адсорбентом позволяет производить периодическое восстановление поглотительных свойств адсорбента без нарушения целостности трубопровода.Недостатками этого устройства являютсядесорбция поглощенных адсорбентом газов и паров в теплоизоляционную вакуумную полость при естественном отогреве конструкции. Это приводит к снижению степени вакуума в теплоизоляционной полости, к загрязнению поверхностей кожуха трубопровода и слое экранно-вакуумной теплоизоляции. Снижение степени вакуума в теплоизоляционной полости ведет к повышению потерь криогенной жидкости при ее подаче через трубопровод, а загрязнение поверхностей элементов конструкции теплоизоляционной полости ведет к существенному увеличению времени последующей откачки теплоизоляционной ПОЛОСТИ;нет возможности избежать загрязнений поверхностей слоев экранно-вакуумной теплоизоляции трубопровода парами веществ, десорбирующихся из адсорбента;велико время процесса регенерации. Низкое качество процесса регенерации вследствие больших гидравлических сопротивлений экранно-вакуумной теплоизоляции и большого объема откачиваемой полости;повышена потребная. мощность средств откачки,. высоки энергетические затраты средств откачки и подготовки греющего газа;насыщение адсорбента влагой из атмосферной среды при ремонтно-восстановительных работах (известно, что ремонтно-восстановительные работы проводятся довольно часто), проводимых с нарушением целостности теплоизоляцион ной полости криогенного трубопровода;велико влияние встроенных отогретых адсорбционных насосов на оценку негерметичности. Большую часть времени эксплуатации встроенные насосы на криогенных5 10 15 20 25 30 3540 4550 трубопроводах находятся в отогретом состоянии;отсутствие возможности сохранить вакуум в теплоизоляционной полости во время процесса регенерации адсорбента.Целью изобретения является уменьшение эксплуатационных и энергетических затрат, а также сокращение времени и улучшение качества процесса регенерации,Поставленная цель достигается тем, что в криогенном трубопроводе, содержащем собственно трубопровод, охваченный кожухом, пространство между которыми вакууми рова но с помощью адсорбента, размещенного в трубчатых патронах, охватывающих трубопровод, внутри трубчатых патронов установлен змеевик для подачи греющего газа, криогенный трубопровод снабжен герметичной оболочкой с термовакуумным клапаном, размещенной в тепло- изоляционной полости и охватывающей трубчатой патрон с адсорбентом, термовакуумный клапан выполнен в виде корпуса из диамагнитного материала, установленного в нем подпружиненного запирающего органа, постоянного магнита, закрепленного на запирающем органе, и установленного неподвижно в корпусе со стороны постоянного магнита термочувствительного элемента из ферромагнитного материала с точкой Кюри, равной температуре десорбции адсорбента, при этом термовакуумный клапан размещен в герметичной оболочке с обеспечением теплового контакта термочувствительного элемента с пористой стенкой трубчатого патрона. Причем, полость, образованная герметичной оболочкой, сообщена с системой предварительной откачки через вакуумный трубопровод и вакуумныйклапан.Кроме того, криогенный трубопровод снабжен предохранительным клапаном, установленным на вакуумном трубопроводе до вакуумного клапана и сообщающим полость, образованную герметичной Оболочкой, с атмосферой. При этом, сила напряженности поля постоянного магнита равна силе сжатия пружины запирающего органа в положении ее рабочей осадки.Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т,е. в криовакуумной технике и смежных областях, позволяет сделать вывод, что предлагаемый трубопровод в отличие от известныхпозволяет: сохранить вакуум в теплоизоляционной . полости во время регенерации (регенерация адсорбента в прототипе проводится один раз в полгода и длится свыше суток для адсорбента марки: цеолит СаЕНВ ТУ 38101231-76), а также в периоды естественного отогрева конструкции;избежать загрязнений поверхностей слоев экранно-вакуумной теплоизоляции трубопровода парами веществ, десорбиру ющихся из адсорбента;существенно снизить время и повысить. качество процесса регенерации, так как в конструкции значительно уменьшен откачиваемый объем и существенно снижены гид равлические сопротивления;существенно снизить потребную мощность средств откачки и снизить энергетические затраты средств откачки, так как уменьшен откачиваемый объем, снижены 15 гидравлические сопротивления, уменьшено время регенерации при повышении ее качества;исключить насыщение адсорбента влагой из атмосферной среды при ремонтно восстановительных работах с нарушением целостности теплоизоляционной полости криогенного трубопровода;исключить влияние встроенных адсорбционных насосов на оценку герметичности. 25. В предлагаемом техническом решении эти преимущества достигаются за счет автоматической отсечки пористых трубчатых патронов с адсорбентом, размещенных на собственно трубопроводе, от теплоизоля ционной полости криогнен ного трубопровода при нагреве адсорбента до температуры десорбции, а также за счет автоматического сообщения трубчатых патронов с адсорбентом с теплоизоляционной полостью криог не н ного трубоп ро вода и ри охлаждении адсорбента ниже температуры десорбции;На фиг. 1 показан криогенный трубопровод, общий вид; на фиг. 2 - конструкция термовакуумного клапана. 40Трубопровод 1 охвачен кожухом 2, теплоизоляционная полость 3 между которыми вакуумирована с помощью адсорбента 4, размещенного в трубчатых патронах 5, охватывающих трубопровод 1, внутри трубча тых патронов 5 установлен змеевик 6 для подачи греющего газа, трубчатые патроны 5 с адсорбентом 4 охвачены герметичной оболочкой 7 с образованием полости 8, при этом герметичная оболочка 7 снабжена тер мовакуумным клапаном 9. Полость 8 сообщена с атмосферой посредством вакуумного трубопровода 10 и, размещенного на нем вне криогенного трубопровода предохранительного клапана 11. Полость 8 55 сообщена с системой предварительной откачки через вакуумный трубопровод 10 и вакуумный клапан 12, Термовакуумный клапан выполнен в виде корпуса 13 из диамагнитного материала, в корпусе 13 установлены запирающий орган 14, пружины 15 запирающего органа. Натяжение пружины 15 запирающего органа регулируется гайкой 16, которая одновременно является направляющей для перемещения постоянного магнита 17. Последний закреплен на запирающем органе 14, термочувствительный элемент 18 из ферромагнитного материала размещен с тепловым контактом на пористой стенке трубчатого патрона 5. Полость 8 через термовэкуумный клапан 9 сообщена с теплоизоляционной полостью 2 криогенного трубопровода.Трубопровод работает следующим образом,В процессе регенерации адсорбента 4 при отсутствии криогенной жидкости в трубопроводе 1 в змеевик 6 подается греющий газ. При этом повышается температура адсорбента 4 и стенок трубчатого патрона 5. Термочувствительному элементу 18 сообщается тепловой поток, Термочувствител- ьн элемент 18 нагревается до температуры, равной точке Кюри Тк, при этом ферромагнетик, из которого выполнен термочувствительный элемент 18 теряет свои магнитные свойства. Под действием пружины запирающего органа 15 запирающий орган 14 перемещается в сторону седла клапана, термовакуумный клапан 9 закрывается. При этом автоматически отсекается полость 8, в которой находятся трубчатые патроны 5 с адсорбентом 4, от теплоизоляционной полости 3. После этого открывается вакуумный клапан 12 и полость 8 сообщается с системой предварительной откачки. Начинается процесс откачки десорбирующихся газов.После восстановления поглотительных свойств адсорбента 4 прекращается подача греющего газа в змеевик 6, вакуумный клапан 12 закрывается. Система готова к работе. В ходе функционирования криогенного трубопровода, при наличии криогенной жидкости в трубопроводе 1, трубчатые патроны 5 с адсорбентом 4: охлаждаются. Вместе с ними. охлаждается термочувствительный элемент 18. При достижении температуры Тк, равной точке Кюри, ферромагнетик приобретает свои магнитные свойства и термочувствительный элемент 18 притягивает постоянный магнит 17. В связи с тем, что сила напряженности магнитного поля постоянного магнита 17 равна силе сжатия пружины. запирающего органа 15 в положении ее рабочей осадки, запирающий орган 14 передвигается по направлению к термочувствительному элементу до положения, соответствующего рабочей осадки пружины 15 запирающего. При этом полость 8 автоматически в теплоизолгщионной полости криогенного сообщается степлоизоляционной полостью трубопровода во время регенерации и за, Начинается процесс откачки теплоизоля- грязнению поверхностей слоев экранно-вационной полости 3 охлаждающимся адсор- куумной теплоизоляции.4,бентом 5 Предлагаемое устройство позволяет соПосле прекращения подачи криогенной хранить вакуум в теплоизоляционной поло- жидкости по трубопроводу 1 конструкция сти во время регенерации, а также в отогревается и начинается десорбция газов периоды естественного отогрева конструки паров, поглощенных адсорбентом 4, сни- ции, избежать загрязнений поверхностейс епень вакуума в теплоизоляци слоев экранно-вакуумной теплоизоляциисо би онной полости 3 и загрязняющих элементы трубопровода парами веществ, десор ируконструкции, находящихся в теплоизоляци- ющихся из адсорбента, существенно снионнойполости 3. Вэтотмоменттермочувст- зить время и повысить качество процесса вительный элемент 18, имея температуру Тк регенерации, так как существенно уменьша(Тк=203 К)теряетсвои магнитныесвойства. 15 ется откачиваемый объем и уменьшаются Запирающий орган 14 под действием пру- гидравлические сопротивления, существенжины 15 запирающего органа движется по но снизить мощность и энергетические занаправлению к седлу клапана. Термоваку- траты средств откачки, изолировать умный клапан 9 закрывается, запирающий трубчатые патроны с адсорбентом от конорган 14 уплотняется возрастающим давле такта с атмосферой при ремонтно-восстанонием десорбирующихся газов. Избыточное вительных работах на криогенном давление газовдренажируется ватмосферу трубопроводе с нарушением целостности через вакуумный трубопровод 10 и предо- теплоизляции и тем самым существенно хранительный клапанельный клапан 11. снизить время процесса регенерации после25 ремонтно-,восстановительных работ, полПри ремонтно-восстановительных ра- учить более высокую степень вакуума в тепботах на отогретом криогенном трубопрово- лоизоляцион ной полости криогенного де с на ру ш е н и ем целостности трубопровода.теплоизоляционной полости Зтермовакуум- Принцип действия предлагаемого труный клапан 9 закрыт, полость 8 отсечена от 30 бопровода обеспечивает достижение технитеплоизоляционной полости 3, Через ваку- ческих преимуществ без применения мныйтрубопровод 10 и вакуумный клапан электропитания и не снижает уровень по дается технологический газ с точкой жарной безопасности, кроме того, исключаросы менее 218 Кдодавления срабатывания ется влияние встроенных ото грет ых предохранительного клапана. Запирающий 35 адсорбционных насосов на оценку гермеорган 14 уплотняется давлением технологи- тичности.ческого газа. После этого производятся ре- Таким образом, предлагаемый трубопмонтно-восстановительные работы на роводспособствуетуменьшениюэксплуатакриогенном трубопроводе. В связи с тем, ционных затрат на 80, энергетических что в этом случае удается избежать попада затрат(нагрев технологического газа, откачния влаги в адсорбент, время регенерации ка) на 60, сократить время процесса регепоследнего существенно снижается. нерации адсорбента на 50, повыситьВ предлагаемой конструкции при дли- степень вакуума в теплоизоляционной по- тельной эксплуатации криогенного трубоп- лости на один порядок, полностью исклюровода, в периоды естественного отогрева 45 чить влияние встроенных адсорбционных трубчатогопатрона 5 садсорбентом,наблю- насосов на оценку герметичности в теплом дается снижение степени вакуума в тепло- состоянии трубопровода.изоляционной полости трубопровода 3 и Формула изобретения загрязнение экранно-вакуумной теплоизо. Криогенный трубопровод по авт. св. ляции парами различных веществ, десорби В 637588, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с рующихся из адсорбента 4, Загрязнение целью сокращения времени, энергетичеповерхностей слоев экран но-вакуумной ских затрат и улучшения качества процесса теплоизоляции парами десорбирующихся регенерации, он снабжен герметичной обовеществ очень негативно сказывается на ка- лочкой с термовакуумным клапаном, размечестве процесса получения и поддержания 55 щенной в теплоизолирующей полости и требуемой степени вакуума. Это приводит к обхватывающей трубчатый патрон с адсорповышению температуры криогенных жид- бентом, термовакуумный клапан выполнен костей и к их потерям, увеличению эксплуа- в виде корпуса из диамагнитного материатационных затрат, связанных с прове- ла,установленного в нем подпружиненного дением регенерации, потерь вакуума запирающегооргана,постоянногомагнита,.г Составитель А, Гусевактор М,Бланар Техред М.Моргентал Корректор А.Осаул Заказ 2273 вниипи гасу Тираж рственного комитеПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ С-35, Раушская наб 4/5 Пр одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро агарина, 10 закрепленного на запирающем органе, и установленного неподвижно в корпусе со стороны постоянного магнита термочувствительного элемента из ферромагнитного материала с точкой Кюри, равной температуре десорбции адсорбента, при этом термовакуумный клапан размещен в герметичной оболочке с обеспечением теплового контакта термочувствительного элемента с пористой стенкой трубчатого патрона. 2. Трубопровод по и. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что полость, образованная герметичной оболочкой, сообщена с системой предварительной откачки через вакуумный 5 трубопровод и вакуумный клапан.3. Трубопровод по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он снабжен предохранительным клапаном, установленным на вакуумном трубопроводе до вакуумного клапана 10 и сообщающим полость, образованную герметичной оболочкой, с атмосферой.