RU2040725C1

RU2040725C1 - Device for storage and transfer of liquified gas

Info

Publication number: RU2040725C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Афанасьев; Л.В. Попов; П.Б. Поляков
Original assignee: Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: two or more adsorbent cartridges 4 and 5 are connected in turn to thermal side of reverse flow line of recuperative heat exchanger 7 and to warm end of heat exchanger 6 used for removal of compression heat (cooler); each adsorbent cartridge is thermally connected with heaters 2 and 3 and reverse flow line at cold end of recuperative heat exchanger 7 is connected with reservoir (21) of using equipment by means of pipe line provided with shut-off valve. Vapors of liquefied gas formed in filling cryogenic agent storage reservoir 1, storage of liquefied gas and filling reservoir 21 are directed to adsorbent cartridge 4 where they are absorbed. When adsorbent has been saturated, it is heated by means of heater 2 and desorbed gas is cooled in cooler 6 and in heat exchanger 7, after which it is throttled in throttle 8. Liquid cryogenic agent thus formed remains in cryogenic agent storage reservoir 1 and vapors formed anew enter adsorbent cartridge 5 where they are adsorbed. Then alternation takes place in course of storage: adsorbent is heated in one cartridge and desorbed gas is throttled in other cartridge where vapors formed anew are absorbent by adsorbent. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к емкостям для хранения и транспортировки сжиженных газов. The invention relates to cryogenic technology, in particular to tanks for storing and transporting liquefied gases.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для транспортировки и хранения легкокипящих жидкостей, содержащее теплоизолированную емкость и размещенное в его верхней части теплообменное устройство, связанное с холодильной установкой, с помощью которой осуществляется при транспортировке и хранении переконденсация жидкого криоагента (хладагента) и таким образом снижается его испаряемость. The closest to the invention in technical essence and the achieved positive effect is a device for transporting and storing low-boiling liquids, containing a thermally insulated container and a heat exchanger located in its upper part, connected with a refrigeration unit, by which, during transportation and storage, the condensation of a liquid cryoagent (refrigerant) is carried out ) and thus its evaporation is reduced.

Недостатками данного устройства являются малый срок службы устройства и большое энергопотребление из-за наличия в холодильной установке механического компрессора, неиспользования паров криоагента, испаряющихся из сосуда потребителя в процессе переливания. The disadvantages of this device are the short life of the device and the high power consumption due to the presence of a mechanical compressor in the refrigeration unit, the non-use of cryo-agent vapors that evaporate from the consumer vessel during the transfusion.

Цель изобретения уменьшение потребления электроэнергии и повышение срока службы устройства для хранения и переливания сжиженных газов. The purpose of the invention is to reduce energy consumption and increase the life of the device for storage and transfusion of liquefied gases.

Цель достигается тем, что в устройстве для хранения и переливания сжиженного газа, содержащем емкость хранения криоагента, теплообменник отвода тепла сжатия газа, рекуперативный теплообменник и дроссель, к теплой стороне линии обратного потока рекуперативного теплообменника и к теплому концу теплообменника отвода тепла сжатия параллельно присоединяются трубопроводами с установленными на них запорными вентилями два или более адсорбера, каждый из которых термически соединен с нагревателем, а линия обратного потока с холодной стороны рекуперативного теплообменника соединена с емкостью потребителя посредством трубопровода с установленным на нем запорным вентилем. The goal is achieved in that in a device for storing and transfusing liquefied gas containing a cryoagent storage tank, a gas compression heat removal heat exchanger, a recuperative heat exchanger and a choke, are connected to the warm side of the recuperative heat exchanger return flow line and to the warm end of the compression heat removal heat exchanger in parallel with pipelines with shut-off valves installed on them, two or more adsorbers, each of which is thermally connected to the heater, and the return flow line from the cold side ekuperativnogo exchanger connected to the container by the consumer pipe mounted with a shut-off valve.

Параллельное присоединение адсорберов к тепловой стороне линии обратного потока рекуперативного теплообменника и к теплому концу теплообменника отвода тепла сжатия позволяет исключить из предлагаемого устройства для хранения и переливания сжиженных газов компрессор с движущимися частями (поршневой, ротационный, винтовой, турбокомпрессор), благодаря чему повышается срок службы предлагаемого устройства. Соединение же паровой части емкости потребителя и линии обратного потока с холодной стороны рекуперативного теплообменника позволяет за счет использования холода этих паров увеличить производительность по жидкому криоагенту адсорбционно-дроссельной холодильной установки и тем самым уменьшить расход энергии на каждый килограмм производимого жидкого криоагента. The parallel connection of the adsorbers to the heat side of the return flow line of the recuperative heat exchanger and to the warm end of the heat exchanger of the heat of compression allows eliminating from the proposed device for storage and transfusion of liquefied gases a compressor with moving parts (piston, rotary, screw, turbocompressor), thereby increasing the service life of the proposed devices. The connection of the steam part of the consumer’s tank and the return flow line from the cold side of the recuperative heat exchanger allows using the cold of these vapors to increase the capacity of the liquid cryoagent of the adsorption-throttle refrigeration unit and thereby reduce the energy consumption for every kilogram of the produced liquid cryoagent.

Отличительные признаки, характеризующие предлагаемое устройство и состоящие в том, что к теплой стороне линии обратного потока рекуперативного теплообменника и к теплому концу теплообменника отвода тепла сжатия параллельно присоединены трубопроводами с установленными на них запорными вентилями два или более адсорбера, каждый из которых термически соединен с нагревателем, а линия обратного потока с холодной стороны рекуперативного теплообменника соединена с паровой частью емкости потребителя трубопроводом, с установленным на нем запорным вентилем, не обнаружены в известных технических решениях. Поэтому предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия". Distinctive features characterizing the proposed device and consisting in the fact that two or more adsorbers, each of which is thermally connected to the heater, are parallelly connected by pipelines to the warm side of the return line of the recuperative heat exchanger and the heat end of the heat exchanger of the compression heat and the return flow line from the cold side of the recuperative heat exchanger is connected to the steam part of the consumer’s tank by a pipeline, with Porn valve, not found in the prior art. Therefore, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На чертеже изображено предлагаемое устройство для хранения и переливания сжиженного газа. The drawing shows the proposed device for storage and transfusion of liquefied gas.

Установка включает емкость 1 хранения криоагента, нагреватели 2 и 3, теплоизолированные патроны 4 и 5 с адсорбентом, теплообменник 6 отвода тепла сжатия газа (холодильник), рекуперативный теплообменник 7, дроссель 8, вентиль 9 для заливки криоагента в емкость и запорные вентили 10-20. The installation includes a cryogenic agent storage tank 1, heaters 2 and 3, thermally insulated cartridges 4 and 5 with an adsorbent, a gas compression heat removal heat exchanger 6 (refrigerator), a regenerative heat exchanger 7, a throttle 8, a valve 9 for filling the cryoagent into the tank, and shutoff valves 10-20 .

Устройство для хранения и переливания сжиженного газа работает следующим образом. A device for storage and transfusion of liquefied gas works as follows.

Перед заполнением емкости 1 хранения криоагента вентили 9 и 10, 16 открыты, а остальные закрыты. Через вентиль 9 в емкость хранения криоагента поступает сжиженный газ. Before filling the cryogen storage tank 1, the valves 9 and 10, 16 are open, and the rest are closed. Through valve 9, liquefied gas enters the cryogen storage tank.

При заполнении емкости 1 хранения криоагента сжиженным газом происходит испарение жидкости вследствие охлаждения теплых стенок внутреннего сосуда емкости 1 и теплопритоков по тепловым мостам. Образующиеся пары через вентиль 16, рекуперативный теплообменник 7 и вентиль 10 поступают в патрон 4 с адсорбентом и поглощаются им. По завершении заполнения емкости 1 вентиль 9 закрывают. When filling the cryogen storage tank 1 with liquefied gas, evaporation of the liquid occurs due to cooling of the warm walls of the inner vessel of the tank 1 and heat inflows through thermal bridges. The resulting vapors through the valve 16, the recuperative heat exchanger 7 and the valve 10 enter the cartridge 4 with the adsorbent and are absorbed by it. Upon completion of filling the tank 1, the valve 9 is closed.

В последующем процессе хранения после насыщения адсорбента (патрон 4) парами сжиженного газа открывают вентили 11, 12 и 14, закрывают вентиль 10 и повышают температуру в адсорбенте (например, с помощью электронагревателя 2). Газ десорбируется и через вентиль 12 направляется в холодильник 6, где охлаждается до температуры окружающей среды, затем через вентиль 14 поступает в рекуперативный теплообменник 7, охлаждается там обратным потоком, далее направляется в дроссель 8 и в результате дросселирования образуются жидкость и пары. Жидкость остается в емкости 1 хранения криоагента, а пары вместе с парами, образующимися в емкости хранения криоагента от теплопритоков, через вентиль 16 направляются в рекуперативный теплообменник 7, охлаждают газ прямого потока и через вентиль 11 поступают в патрон 5 с адсорбентом и поглощаются им. После того, как поступление газа из патрона 4 в емкость 1 хранения криоагента прекращается, нагреватель 2 выключают, а вентили 12 и 14 закрывают. Далее в процессе хранения происходит чередование: нагрев адсорбента в одном патроне, дросселирование десорбировавшегося газа и поглощение вновь образовавшихся паров адсорбентом в другом патроне. In the subsequent storage process, after saturation of the adsorbent (cartridge 4) with vapors of liquefied gas, valves 11, 12 and 14 are opened, valve 10 is closed and the temperature in the adsorbent is increased (for example, using an electric heater 2). The gas is desorbed and sent through the valve 12 to the refrigerator 6, where it is cooled to ambient temperature, then through the valve 14 it enters the regenerative heat exchanger 7, is cooled there by the reverse flow, then it is sent to the choke 8 and liquid and vapor are formed as a result of throttling. The liquid remains in the cryoagent storage tank 1, and the vapors, together with the vapors formed in the cryoagent storage tank from the heat influx, are directed through the valve 16 to a regenerative heat exchanger 7, cool the direct flow gas and through the valve 11 enter the cartridge 5 with the adsorbent and are absorbed by it. After the flow of gas from the cartridge 4 into the cryogen storage tank 1 is stopped, the heater 2 is turned off, and the valves 12 and 14 are closed. Then, during storage, alternation takes place: heating of the adsorbent in one cartridge, throttling of the desorbed gas and absorption of newly formed vapors by the adsorbent in another cartridge.

Переливание сжиженного газа из емкости 1 хранения криоагента в емкость 21 потребителя происходит в следующей последовательности. The transfusion of liquefied gas from the cryogen storage tank 1 to the consumer tank 21 occurs in the following sequence.

Допустим, что к этому моменту в патроне 5 адсорбент насыщен, а в патроне 4 не насыщен. Открывают вентили 10, 13, 15, 17, 19 и 20 и закрывают вентили 11, 14 и 16. Затем включают нагреватель 3 и отогревают адсорбент в патроне 5. Десорбировавшийся газ через вентиль 13, холодильник 6 и вентиль 15 поступает в емкость 1 хранения криоагента, давление над поверхностью сжиженного газа в емкости 1 повышается. При этом сжиженный газ передавливается из емкости 1 хранения криоагента через вентиль 20 в емкость 21 потребителя. При этом происходит испарение сжиженного газа в емкости 21 потребителя вследствие охлаждения стенок его внутреннего сосуда и теплопритоков по тепловым мостам. Пары из емкости 21 потребителя через вентили 19 и 17, теплообменник 7 и вентиль 10 поступают в патрон 4 с адсорбентом и поглощаются им. Suppose that at this point in the cartridge 5, the adsorbent is saturated, and in the cartridge 4 is not saturated. Open the valves 10, 13, 15, 17, 19 and 20 and close the valves 11, 14 and 16. Then turn on the heater 3 and heat the adsorbent in the cartridge 5. The desorbed gas through valve 13, the refrigerator 6 and valve 15 enters the cryogen storage tank 1 , the pressure above the surface of the liquefied gas in the tank 1 rises. In this case, the liquefied gas is squeezed from the cryogen storage tank 1 through the valve 20 to the consumer tank 21. When this happens, the evaporation of liquefied gas in the tank 21 of the consumer due to the cooling of the walls of its inner vessel and heat flows through thermal bridges. Vapors from the consumer tank 21 through valves 19 and 17, the heat exchanger 7 and valve 10 enter the cartridge 4 with the adsorbent and are absorbed by it.

По достижении в емкости 1 хранения криоагента необходимого давления вентиль 14 открывают, вентиль 15 закрывают и газ после холодильника 6, проходя через вентиль 14 и рекуперативный теплообменник 7, дросселируется в дросселе 8. Жидкая часть криоагента смешивается с жидким криоагентом в емкости 1 хранения криоагента, а образующиеся пары продолжают поддерживать давление, необходимое для переливания сжиженного газа из емкости 1 хранения криоагента в емкость 21 потребителя. Upon reaching the required pressure in the cryoagent storage tank 1, the valve 14 is opened, the valve 15 is closed, and the gas after the refrigerator 6, passing through the valve 14 and the recuperative heat exchanger 7, is throttled in the throttle 8. The liquid part of the cryoagent is mixed with the liquid cryoagent in the cryoagent storage tank 1, and the formed vapors continue to maintain the pressure necessary for the transfusion of liquefied gas from the cryoagent storage tank 1 to the consumer tank 21.

По прекращении переливания вентили 10, 13, 17, 19 и 20 закрываются, вентили 11, 12 и 16 открываются, нагреватель 3 выключается, а нагреватель 2 включается. Устройство возвращается в режим хранения. When the transfusion stops, valves 10, 13, 17, 19 and 20 are closed, valves 11, 12 and 16 open, heater 3 turns off, and heater 2 turns on. The device returns to storage mode.

Таким образом, в данном устройстве вместо компрессорной механической установки используются адсорбенты, термически соединенные с нагревателями, а пары и холод, образующиеся при заполнении емкости потребителя, используются для переконденсации паров и переливания жидкого криоагента в сосуд потребителя. Это позволяет увеличить более чем в 2 раза срок службы и в 1,5-2 раза уменьшить энергопотребление устройства. Thus, in this device, instead of a compressor mechanical installation, adsorbents are used that are thermally connected to heaters, and the vapors and cold generated when the consumer’s tank is filled are used to recondensate the vapors and transfer the liquid cryoagent into the consumer’s vessel. This allows you to increase the service life by more than 2 times and reduce the power consumption of the device by 1.5-2 times.

Claims

A device for storing and transferring liquefied gas containing a cryoagent storage tank, a heat exchanger for removing gas compression heat, a counter-flow recuperative heat exchanger and a choke, characterized in that, in order to increase its service life and reduce energy consumption, it is equipped with two or more adsorbers, each of which thermally connected to the heater, while the adsorbers are connected in parallel through the pipelines with shut-off valves to the warm side of the return flow line of the regenerative heat exchange both to the warm end of the heat exchanger of the heat of compression, and the return line from the cold end of the recuperative heat exchanger is connected to the consumer through a pipeline with a shut-off valve.