CN103759136A

CN103759136A - 子母罐式液氮组合容器

Info

Publication number: CN103759136A
Application number: CN201410058712.9A
Authority: CN
Inventors: 韩方龙; 庄宇
Original assignee: Shenyang Aerospace Xinguang Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Aerospace Xinguang Pressure Vessel Co ltd
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: CN103759136B

Abstract

本发明涉及一种子母罐式液氮组合容器，它包括子罐、管道系统、夹层、母罐、测控系统、安全附件以及外部操作平台。液氮组合容器外部进行油漆喷涂，安装于基础平台上。五只子罐同心正多边形排列，管道系统布置于五只子罐至母罐中心的区域处，五只子罐结构为立式圆柱形，子罐底部为支腿支撑，五只子罐均设置有加注口，排气口，外增压口和上转注口。本发明能够实现转注、增压、泄压以及实时监控的过程，是理想的大型液氮的贮存供应设备。用于液氮贮存供应容器，采用压力挤压办法对外排液操作简便、可靠性高，带压贮存减少贮存期内排放损失，制造安装较球罐更易实现，制造安装成本低，故此将具有更高的安全性、稳定性、可控性。

Description

子母罐式液氮组合容器

技术领域

本发明涉及一种液氮容器，尤其涉及一种子母罐式液氮组合容器。

背景技术

子母罐式组合容器式指拥有多个子罐（三个以上）并联组成内罐，以满足低温液体贮存站大容量贮液要求。多只子罐并列组装在母罐中。其优势在于，采用压力挤压办法对外排液而不需要输液泵排液从而操作简便、可靠性高，带压贮存减少贮存期内排放损失，制造安装较球罐更易实现，制造安装成本低，子母罐式组合容器能够实现转注、加注、增压、泄压以及实时监控的过程，因此是理想的大型低温液体的贮存供应设备。若将此形式用于液氮供应容器，将使大型液氮贮存供应设备具有更高的经济性、稳定性、可控性，但现有设计中存在着主要设计问题如下：

（1）对于大型低温容器，夹层的绝热形式的设计以及填充珠光砂的方法；

（2）普通设置单一安全附件，安全阀的滞后性和爆破片的一次性，很难满足安全性；

（3）对于母罐罐体结构的设计；

（4）所有液相引出外罐管路，管接头的形式；

（5）如何提高子母罐操作的方便性；

（6）子罐进液如何避免充液时局部温差应力过大；

（7）完善的测控系统设计；

（8）对于大型低温容器，减少冷损的结构设计；

（9）小流量加注和大流量加注的综合设计。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种子母罐式液氮组合容器，解决了现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

子母罐式液氮组合容器，包括有一只自增压子罐、四只普通子罐、管道系统、夹层、母罐、测控系统、安全附件以及外部操作平台，液氮组合容器安装于基础平台上，五只子罐同心正多边形排列，管道系统布置于五只子罐至母罐中心的区域处，五只子罐结构为立式圆柱形，子罐底部为支腿支撑，五只子罐均设置有加注口，排气口，外增压口和上转注口，自增压子罐还设置有分流口、自增压口和回流口，所述的管道系统包含加注管道、上转注管道、增压管道、排放管道、分流管道、回流管道、测满管道、安全附件管道、测控系统管道和夹层保压管道。

所述的安全附件分为子罐安全保护装置，母罐泄压装置和夹层保护装置，子罐安全保护装置分别配备于五只子罐上，由子罐顶端引出后，末端通过三通阀将安全阀和爆破片并联；所述的母罐泄压装置包括外罐泄放装置和呼吸阀；所述的夹层保护装置，由外接氮气源引入夹层，管道上配备调压阀，并联氮气旁通阀，调压阀前后端配备压力表，调压阀后端还配备了压力传感器和分析仪。

所述的夹层填充珠光砂，充干氮气，采用自力式调压阀控制夹层压力，夹层工作压力为0.001Mpa。

所述的母罐为平底拱盖结构，顶部设有泄压装置口，珠光砂填充口，下部设有珠光砂排出口，顶部和侧面设置人口，外部设有导静电接地及防雷设施、内部设有消防喷淋管道。

所述的外部操作平台配备旋梯到顶部。

所述的测控系统，包括对压力、液位以及温度的测量显示仪表和远传测控仪表，在五只子罐顶端和底端分别引出压力-液位组合测量仪表组件，在母罐的底部设置五个测温点，顶部设置五个测温点，在每个子罐的上、中、下部设置测温点，使用温度传感器进行测量。

所述的加注口设置在五只子罐底部并与加注管道相连；所述的上转注口设置在五只子罐顶部，连接上转注管道；所述的排气口设置在五只子罐的顶部，连至排放主管道；所述的增压口分为自增压口和外增压口，所述的自增压口在自增压子罐底部和顶部各设置有一个，连接自增压汽化器进出口；外增压口设置在五只子罐顶部，连至外接氮气源，对子罐进行增压；所述的分流口设置在自增压子罐底部，连至加注分管道；所述的回流口由自增压子罐顶部引出，连接排放主管道，使得排气过程中的残液回流至自增压子罐中；所述的测满口设置在五只子罐最高液位处。

本发明的有益效果是：

本发明为减少占地面积，子罐采用立式圆柱形式，子罐设计带压，实现了带压存储，降低了对绝热材料和环境的要求，降低成本。

液氮组合容器绝热形式为填充珠光砂正压保压绝热，夹层抽真空后充干氮气，如此设置了氮气保护装置，保证夹层处于微正压工况，防止潮气侵入。氮气可通过调节阀进入夹层，调节阀可保证夹层压力的稳定，当调节阀检修时，氮气可通过旁通阀门进入夹层。外罐顶部设置珠光砂填充口，下部设有珠光砂排出口，便于珠光砂填充、排出。顶部和侧面设置人孔，便于检修。母罐设有导静电接地及防雷设施，接口消防喷淋管道，以保证其使用的安全性

当子罐内部压力升高时，可通过排放总阀将BOG放掉，也可通过调节总阀来维持子罐压力稳定；每只子罐气相管道上设置一只安全阀和爆破片装置，并在安全阀和爆破片装置前安装三通切换阀，保证在任何情况下，均有1只安全装置于工作状态，起到双重保护作用以确保组合容器运行安全。对于母罐，其设置了泄放装置和呼吸阀，用以防止夹层压力急增。

母罐为平底拱盖结构，安装于基础平台上，基础平台和母罐顶部设置操作平台，其间设置旋梯，便于集中操作，上下方便、轻松。

所有液相引出外壳管道均采用真空绝热管道含泵回流管，加注总口、加注分口采用承插绝热结构，焊接处采用小真空绝热结构，保证低温出液管路的真空绝热性。子罐管道采用U型膨胀节结构，与母罐连接处采用绝热套管，出口管道采用波纹管补偿器，最大限度地减少冷损。

自增压子罐设有分流阀和加注分阀，可进行小流量加注单独使用。五只子罐也可以加注总管道共同使用，进行大流量加注，实现了液氮的加注用量不同阶段的一体式控制，避免了大型低温容器进行小流量共同加注时难操作不易控制的缺点。子罐排气后经泵后回流阀流至1#子罐，便于对少量回流液体的集中处理。

组合容器设置有顶部进液和底部进液两条管线。顶部进液管线采用喷淋装置，以保证内罐均匀冷却，避免局部温差应力过大，且具备分别独立转注能力。

子罐的压力和液位可通过压力表和液位计就地读数，也可将信号远传至中控室。压力变送器带就地显示功能夹层内的压力可通就地压力表读数,也可在中控室监测。设置测满口，可在充液时起到溢满双重保护作用。在母罐的底部设置五个测温点，顶部设置五个测温点，在每个子罐的上、中、下部设置测温点，如此设置测量点以便于对数据进行分析，通过远传至中控室可做到监控的数字化和一体化，从而使实时掌控子母罐工作状态变得更加方便。

本发明子母罐式组合容器能够实现转注、增压、泄压以及实时监控的过程，是理想的大型液氮的贮存供应设备。本发明用于液氮贮存供应容器，采用压力挤压办法对外排液而不需要输液泵排液从而操作简便、可靠性高，带压贮存减少贮存期内排放损失，制造安装较球罐更易实现，制造安装成本低，具有更高的安全性、稳定性、可控性。

附图说明

图1为本发明子母罐式液氮组合容器结构示意图；

图2为本发明工艺原理示意图；

图3为本发明五只子罐方位及母罐外部阀组连接结构示意图。

图4为本发明工作流程图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明子母罐式组合容器包括有子罐、管道系统、夹层、母罐3、测控系统、安全附件以及外部操作平台8。液氮组合容器外部进行油漆喷涂，安装于基础平台9上。所述的五只子罐分别是一只自增压子罐1和四只普通子罐2，五只子罐同心正多边形排列，管道系统布置于五只子罐至母罐中心的区域处。母罐内管道进行分簇安装，出母罐后进行同类集合形成上转注阀组300、增压阀组400、排放阀组100和加注阀组200。

所述的管道系统包含加注管道，上转注管道，增压管道，排放管道，分流管道，回流管道，测满管道，安全附件管道，测控系统管道和夹层保压管道。

所述的子罐共五只，分别是一只自增压子罐1和四只普通子罐2，五只子罐布置方式为同心正多边形整齐排列，每只子罐结构为立式圆柱形，子罐底部为支腿支撑，主体材质为06Cr19Ni10不锈钢。自增压子罐1设计压力为0.8Mpa，四只普通子罐2设计压力为0.4Mpa。

每只子罐均具备一个加注口，一个排气口，一个外增压口和一个上转注口。

自增压子罐1除具有上述管口外，还具有一个分流口、一个自增压口和一个回流口，可进行自增压和小流量加注。自增压子罐1还配备自增压器，具备独立使用能力。

所述的加注口设置在五只子罐底部，连接至加注管道，汇合后至加注主管道，而后加注主管道引出下转注管道，下转注管道上配备下转注总阀501，加注主管道前端配备安全阀201，末端配备加注总阀202，子罐加注支管道上分别配备有加注阀203。由此既可以由加注口向子罐底部加注液氮，也可以从加注口向外提供液氮。

所述的上转注口设置在五只子罐顶部，连接上转注管道，汇合后连至上转注主管道，而后上转注主管道引出备用转注管道，上转注主管道与下转注管道汇合成转注主管道。备用转注管道配备平衡阀304，使得转注平稳进行，子罐上转注支管道上分别配备有上转注阀301，上转注主管道配备上转注总阀302，转注主管道配备残液排放阀303，使得管道内残液及时排出。由此来自公路槽车的液氮可以通过上、下转注口，进入子罐进行独立转注或并行转注。而作为备用液氮来源的贮箱内的液氮也可由上转注口，进入子罐顶端进行转注。上转注口顶部进液管线采用喷淋装置。

所述的排气口设置在五只子罐的顶部，连接至排放管道，汇合后至排放主管道。子罐排放支管道上分别配备有排放阀103，排放主管道末端通过排放总阀101排气，或连至调节支管道通过调节总阀102排放。由此，可根据工作状态，控制排放量大小。

所述的增压口包括自增压口和外增压口。

所述的自增压口在自增压子罐1底部和顶部各设置有一个，连接自增压汽化器3进出口，由此进行自增压。

所述的外增压口设置在五只子罐顶部，连接至在增压管道，汇合后至增压主管道。子罐增压支管道上分别配备有增压阀402，增压主管道末端通过增压总阀401连至外接氮气源，对子罐进行增压。

所述的分流口设置在自增压子罐1底部，连至加注分管道，进行小流量加注使用，加注分管道上配备分流阀701。

所述的回流口，由自增压子罐1顶部引出，通过泵后回流阀104，连接排放主管道，使得排气过程中的残液回流至自增压子罐1中。

在五只子罐最高液位处还设置有测满口，测满口连至测满阀601，用以测定子罐冲液是否达到预定最高液位处。

所有液相引出外壳管道均采用真空绝热管道含泵回流管，加注总口、加注分口采用承插绝热结构，焊接处采用小真空绝热结构，子罐管道采用U型膨胀节结构，与母罐连接处采用绝热套管，出口管道采用波纹管补偿器。

所述的安全附件分为子罐安全保护装置，母罐泄压装置和夹层保护装置。

所述的子罐安全保护装置分别配备于五只子罐上，由子罐顶端引出后，末端通过三通阀801将安全阀802和爆破片803并联。

所述的母罐泄压装置包括外罐泄放装置和呼吸阀。

所述的夹层保护装置，由外接氮气源引入夹层，管道上配备调压阀901，并联氮气旁通阀903，调压阀前后端配备压力表，调压阀后端还配备了压力传感器和分析仪。

如图1所示，所述的母罐3为平底拱盖结构，材质为Q345R。其顶部设有泄压装置口，珠光砂填充口，下部设有珠光砂排出口，顶部和侧面设置人口，外部设有导静电接地及防雷设施、内部设有消防喷淋管道。

所述的外部操作平台8配备旋梯到顶部，梯子平台材质为Q235-A。

所述的测控系统，包括对压力、液位以及温度的测量显示仪表和远传测控仪表。在五只子罐顶端和低端分别引出压力-液位组合测量仪表组件。在母罐的底部设置5个测温点，顶部设置5个测温点，在每个子罐的上、中、下部设置测温点，使用温度传感器进行测量。

如图4所示： SHAPE \* MERGEFORMAT 大流量加注时，外界氮气源对子罐气相空间增压，达到加注所需压力时，进入加注过程，液体不断消耗至所预设液位时，启动转注过程，此时可已选择上下转注同时或分支开启，在此进液和排液的整个过程中，为预防增压压力过大。排气过程启动，一方面排气进行放空，另一方面排气中残液进行回流。小流量加注时，原理相同，不同在于外界氮气源改为自增压汽化器与自增压子罐形成循环，子罐内液氮经汽化器汽化后对子罐进行增压。

Claims

1.子母罐式液氮组合容器，其特征在于：包括有一只自增压子罐、四只普通子罐、管道系统、夹层、母罐、测控系统、安全附件以及外部操作平台，液氮组合容器安装于基础平台上，五只子罐同心正多边形排列，管道系统布置于五只子罐至母罐中心的区域处，五只子罐结构为立式圆柱形，子罐底部为支腿支撑，五只子罐均设置有加注口，排气口，外增压口和上转注口，自增压子罐还设置有分流口、自增压口和回流口，所述的管道系统包含加注管道、上转注管道、增压管道、排放管道、分流管道、回流管道、测满管道、安全附件管道、测控系统管道和夹层保压管道。

2.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的安全附件分为子罐安全保护装置，母罐泄压装置和夹层保护装置，子罐安全保护装置分别配备于五只子罐上，由子罐顶端引出后，末端通过三通阀将安全阀和爆破片并联；所述的母罐泄压装置包括外罐泄放装置和呼吸阀；所述的夹层保护装置，由外接氮气源引入夹层，管道上配备调压阀，并联氮气旁通阀，调压阀前后端配备压力表，调压阀后端还配备了压力传感器和分析仪。

3.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的夹层填充珠光砂，充干氮气，采用自力式调压阀控制夹层压力，夹层工作压力为0.001Mpa。

4.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的母罐为平底拱盖结构，顶部设有泄压装置口，珠光砂填充口，下部设有珠光砂排出口，顶部和侧面设置人口，外部设有导静电接地及防雷设施、内部设有消防喷淋管道。

5.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的外部操作平台配备旋梯到顶部。

6.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的测控系统，包括对压力、液位以及温度的测量显示仪表和远传测控仪表，在五只子罐顶端和底端分别引出压力-液位组合测量仪表组件，在母罐的底部设置五个测温点，顶部设置五个测温点，在每个子罐的上、中、下部设置测温点，使用温度传感器进行测量。

7.根据权利要求1所述的子母罐式液氮组合容器，其特征在于：所述的加注口设置在五只子罐底部并与加注管道相连；所述的上转注口设置在五只子罐顶部，连接上转注管道；所述的排气口设置在五只子罐的顶部，连至排放主管道；所述的增压口分为自增压口和外增压口，所述的自增压口在自增压子罐底部和顶部各设置有一个，连接自增压汽化器进出口；外增压口设置在五只子罐顶部，连至外接氮气源，对子罐进行增压；所述的分流口设置在自增压子罐底部，连至加注分管道；所述的回流口由自增压子罐顶部引出，连接排放主管道，使得排气过程中的残液回流至自增压子罐中；所述的测满口设置在五只子罐最高液位处。