RU2171950C1 - Facility to store and feed cryogenic products - Google Patents
Facility to store and feed cryogenic products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171950C1 RU2171950C1 RU2000105750/06A RU2000105750A RU2171950C1 RU 2171950 C1 RU2171950 C1 RU 2171950C1 RU 2000105750/06 A RU2000105750/06 A RU 2000105750/06A RU 2000105750 A RU2000105750 A RU 2000105750A RU 2171950 C1 RU2171950 C1 RU 2171950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tank
- pipe
- liquid
- line
- temperature
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относиться к области криогенной техники и предназначено для хранения и подачи криогенных продуктов к потребителям, например для подачи водорода и кислорода, хранящихся при докритических давлениях в электрохимический генератор (ЭХГ) энергетической установки (ЭУ) на основе водородно-кислородных топливных элементов, предназначенной для установки на различных изделиях, работающих в условиях гравитации. The invention relates to the field of cryogenic technology and is intended for storage and supply of cryogenic products to consumers, for example, for supplying hydrogen and oxygen stored at subcritical pressures to an electrochemical generator (ECG) of a power plant (EU) based on hydrogen-oxygen fuel cells intended for installation on various products operating in gravity.
Известно принятое за аналог устройство для хранения и подачи криогенных продуктов (см. Н.В.Филин, А. Б.Буланов, Жидкостные криогенные системы. Л.: Машиностроение, 1985, стр. 18), содержащее теплоизолированную емкость, закрепленную в вакуумно-плотном кожухе, заправочный, дренажный и отборный трубопроводы с запорными клапанами, к заправочному и дренажному трубопроводам подстыкован соединительный трубопровод, содержащий теплообменник-испаритель, запорную, предохранительную и регулирующую арматуру. A device for storing and supplying cryogenic products (see N.V. Filin, A. B. Bulanov, Liquid cryogenic systems. L .: Mashinostroyenie, 1985, p. 18) is known which contains a thermally insulated container fixed in a vacuum a tight casing, filling, drainage and selective pipelines with shut-off valves; a connecting pipe containing a heat exchanger-evaporator, shut-off, safety and control valves is docked to the filling and drain pipes.
Известно также устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, выбранное в качестве прототипа (см. Сборник статей "Вопросы глубокого охлаждения", М., Издательство иностранной литературы, 1961, стр. 307-309). A device for storing and supplying cryogenic products is also known, selected as a prototype (see the Collection of articles "Questions of deep cooling", M., Publishing house of foreign literature, 1961, pp. 307-309).
Устройство содержит теплоизолированную емкость, закрепленную в вакуумно-плотном кожухе, заправочный и дренажный трубопроводы с запорными клапанами, к которым на участках между кожухом и клапанами подключен соединительный трубопровод, содержащий теплообменник-испаритель и запорную арматуру, к которому после теплообменника-испарителя подключен отборный трубопровод. The device contains a heat-insulated container fixed in a vacuum-tight casing, filling and drainage pipelines with shut-off valves, to which, in the sections between the casing and the valves, a connecting pipe is connected containing a heat exchanger-evaporator and shut-off valves, to which a selective pipeline is connected after the heat exchanger-evaporator.
Аналог и прототип имеют следующие недостатки:
- не исключают падения давления в емкости ниже рабочего уровня в процессе выдачи из нее криогенного продукта. Это связано с тем, что подъем давления в емкости до требуемого рабочего уровня осуществляется путем подачи теплого газа, нагретого в теплообменнике-испарителе, в паровое пространство емкости.The analogue and prototype have the following disadvantages:
- do not exclude the pressure drop in the tank below the operating level in the process of issuing from it a cryogenic product. This is due to the fact that the pressure in the vessel is raised to the required operating level by supplying warm gas heated in the heat exchanger-evaporator to the vapor space of the vessel.
В результате теплообмена наддуваемого газа с поверхностным слоем жидкости температура этого слоя быстро повышается, а температура основной массы жидкости при этом почти не изменяется. Температура поверхностного слоя жидкости определяет давление в емкости, поэтому давление также быстро повышается. При колебаниях жидкости, связанных, например, с качкой изделия, на котором установлены емкости в составе ЭУ, жидкость будет перемешиваться и в результате перемешивания ее температура станет одинаковой по всему объему емкости и равной температуре основной массе жидкости, которая в начальный период выдачи криогенного продукта потребителю будет несущественно отличаться от температуры жидкости после окончания заправки емкости. Давление в емкости после перемешивания жидкости будет соответствовать установившейся температуре и будет значительно ниже требуемого рабочего уровня. As a result of heat exchange of the pressurized gas with the surface layer of the liquid, the temperature of this layer rises rapidly, while the temperature of the bulk of the liquid remains almost unchanged. The temperature of the surface layer of the liquid determines the pressure in the tank, so the pressure also rises rapidly. In case of fluid fluctuations associated, for example, with pumping of the product on which the containers are installed in the EU, the liquid will mix and, as a result of mixing, its temperature will become the same throughout the volume of the tank and equal to the temperature of the bulk of the liquid, which in the initial period of delivery of the cryogenic product to the consumer will differ slightly from the temperature of the liquid after filling the tank. The pressure in the vessel after mixing the liquid will correspond to the steady-state temperature and will be significantly lower than the required operating level.
В результате выдача криогенных продуктов в ЭХГ ЭУ станет невозможной, что недопустимо. As a result, the issuance of cryogenic products in ECG EC will become impossible, which is unacceptable.
- не предотвращают попадание жидкой фазы криогенного продукта в полость дренажного трубопровода при наклонах емкости, что приведет к повышенным потерям криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажем, т.к. при одном и том же теплопритоке массовый расход при отборе жидкости больше во столько раз, во сколько плотность жидкой фазы больше плотности паровой фазы. Такой режим работы емкостей в составе ЭУ, установленных на ряде изделий - с дренированием испаряющегося криогенного продукта за счет теплопритоков из окружающей среды, может быть продолжительным. Поэтому потери криогенного продукта за это время могут составить существенную величину, что приведет в дальнейшем к невозможности выполнения запланированной программы работы ЭУ. - do not prevent the liquid phase of the cryogenic product from entering the cavity of the drainage pipe when the tank is tilted, which will lead to increased losses of the cryogenic product when stored in a tank with open drainage, because at the same heat influx, the mass flow rate during liquid withdrawal is many times as much as the density of the liquid phase is higher than the density of the vapor phase. This mode of operation of containers in the EU installed on a number of products - with the drainage of an evaporating cryogenic product due to heat influx from the environment, can be long-lasting. Therefore, the loss of the cryogenic product during this time can be significant, which will lead in the future to the impossibility of fulfilling the planned EA work program.
Задачей настоящего изобретения является исключение падения давления в емкости ниже рабочего уровня в процессе выдачи из нее криогенного продукта и минимизация потерь криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажом. The objective of the present invention is to eliminate the pressure drop in the tank below the operating level during the issuance of a cryogenic product from it and to minimize the loss of the cryogenic product when stored in a tank with open drainage.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство для хранения и подачи криогенных продуктов, содержащее теплоизолированную емкость, закрепленную в вакуумно-плотном кожухе, заправочный и дренажный трубопроводы с запорными клапанами, к которым на участках между кожухом и клапанами подключен соединительный трубопровод, содержащий теплообменник-испаритель и запорную арматуру, к которому после теплообменника-испарителя подключен отборный трубопровод, в емкость введена туннельная труба, расположенная соосно с вертикальной осью емкости, закрепленная на днище и куполе емкости и перфорированная в этих зонах, при этом суммарная площадь перфорационных отверстий в зоне купола не меньше площади сечения дренажного трубопровода, а в зоне днища - не меньше площади сечения туннельной трубы, участок дренажного трубопровода, находящийся внутри емкости, размещен в полости туннельной трубы и выполнен в виде вертикальной петли, открытый конец которой расположен в зоне купола емкости, причем участок вертикальной петли, находящийся в жидкости при заданной начальной степени заполнения емкости, снабжен тепловыми ребрами, а его суммарная площадь оребренной наружной поверхности определяется из выражения:
Fнар = G с 1n((tвх-tж)/(tвых-tж))/ К,
где Fнар - суммарная площадь оребренной наружной поверхности участка вертикальной петли;
G - расход газа наддува в начальный период выдачи криогенного продукта;
c - теплоемкость газа наддува;
tвх - температура газа наддува в месте входа дренажного трубопровода в жидкость;
tж - температура жидкой фазы криогенного продукта после окончания заправки емкости;
tвых = tж + Δt - температура газа наддува на выходе из дренажного трубопровода;
Δt - принятое превышение температуры газа наддува над температурой жидкой фазы криогенного продукта на выходе из дренажного трубопровода;
K - коэффициент теплопередачи от газа наддува к жидкости через стенку дренажного трубопровода, оребренную с наружной стороны.The essence of the invention lies in the fact that a device for storing and supplying cryogenic products containing a thermally insulated container fixed in a vacuum-tight casing, filling and drainage pipelines with shut-off valves, to which a connecting pipe containing a heat exchanger-evaporator is connected in sections between the casing and the valves and stop valves, to which a selective pipeline is connected after the heat exchanger-evaporator, a tunnel pipe is introduced into the tank, located coaxially with the vertical axis of the tank bridges fixed on the bottom and dome of the tank and perforated in these zones, while the total area of perforations in the dome zone is not less than the cross-sectional area of the drainage pipe, and in the bottom zone - not less than the cross-sectional area of the tunnel pipe, the drainage pipe section inside the tank, placed in the cavity of the tunnel pipe and made in the form of a vertical loop, the open end of which is located in the area of the dome of the tank, and the portion of the vertical loop in the liquid at a given initial degree of filling capacity, equipped with thermal fins, and its total area of the finned outer surface is determined from the expression:
F NAR = G with 1n ((t in -t w ) / (t out- t w )) / K,
where F NAR - the total area of the finned outer surface of the vertical loop;
G is the charge gas flow rate in the initial period of cryogenic product delivery;
c is the heat capacity of the boost gas;
t in - the temperature of the boost gas at the inlet of the drainage pipeline into the liquid;
t W - temperature of the liquid phase of the cryogenic product after the tank refueling;
t o = t W + Δt is the temperature of the boost gas at the outlet of the drainage pipeline;
Δt is the accepted excess of the temperature of the boost gas over the temperature of the liquid phase of the cryogenic product at the outlet of the drainage pipeline;
K is the heat transfer coefficient from boost gas to liquid through the wall of the drainage pipe, ribbed from the outside.
Технический результат заключается в том, что вновь созданное устройство для хранения и подачи криогенных продуктов позволяет исключить падение давления в емкости ниже рабочего уровня в процессе выдачи из нее криогенного продукта и минимизировать потери криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажем. The technical result consists in the fact that the newly created device for storing and feeding cryogenic products eliminates the pressure drop in the tank below the working level during the issuance of the cryogenic product from it and minimizes the loss of the cryogenic product when stored in a tank with open drainage.
Это достигается, во-первых, благодаря введению в полость емкости туннельной трубы с минимально возможным из конструктивных условий диаметром, расположенной соосно с вертикальной осью емкости, закрепленной на днище и куполе емкости и перфорированной в этих зонах, при этом суммарная площадь перфорационных отверстий в зоне купола не меньше площади сечения дренажного трубопровода, а в зоне днища - не меньше площади сечения туннельной трубы;
- во-вторых, благодаря размещению участка дренажного трубопровода, находящегося внутри емкости, в полости туннельной трубы, выполнению его в виде вертикальной петли, открытый конец которой расположен в зоне купола емкости, и оребрению наружной поверхности участка вертикальной петли, находящейся в жидкости при заданной начальной степени заполнения емкости;
- в-третьих, благодаря определению суммарной площади оребренной наружной поверхности вышеупомянутого участка из условия, при котором, исходя из расхода газа наддува, определяемого высотой столба жидкости температура его на выходе из дренажного трубопровода в паровое пространство емкости при начальной паровой подушке не должна превышать температуру жидкости более чем на принятую величину Δt, которая должна быть минимальной, например, Δt = 1o.This is achieved, firstly, by introducing into the cavity of the tank a tunnel pipe with a diameter as small as possible from the design conditions, located coaxially with the vertical axis of the tank, mounted on the bottom and dome of the tank and perforated in these zones, while the total area of perforations in the dome zone not less than the cross-sectional area of the drainage pipe, and in the bottom zone - not less than the cross-sectional area of the tunnel pipe;
- secondly, due to the placement of the section of the drainage pipe located inside the tank in the cavity of the tunnel pipe, making it in the form of a vertical loop, the open end of which is located in the zone of the dome of the tank, and ribbing the outer surface of the section of the vertical loop in the liquid for a given initial degree of filling the tank;
- thirdly, due to the determination of the total area of the finned outer surface of the aforementioned section from the condition under which, based on the charge gas flow rate, determined by the height of the liquid column, its temperature at the outlet of the drainage pipe into the tank’s steam space at the initial steam cushion should not exceed the liquid temperature more than the accepted value of Δt, which should be minimal, for example, Δt = 1 o .
Такое конструктивное выполнение устройства для хранения и подачи криогенных продуктов позволяет исключить давление в емкости ниже рабочего уровня в процессе выдачи из нее криогенного продукта и минимизировать потери криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажом. Such a constructive implementation of the device for storage and supply of cryogenic products eliminates the pressure in the tank below the operating level in the process of issuing a cryogenic product from it and minimizes the loss of the cryogenic product when stored in a tank with open drainage.
Это обеспечивается тем, что подаваемый в паровое пространство емкости газ наддува в начальный период выдачи криогенного продукта имеет температуру почти не отличающуюся от температуры жидкости. В результате повышение давления в емкости происходит не за счет прогрева верхнего слоя жидкости и, как следствие, установления давления в соответствии с температурой верхнего слоя, что имеет место в известных устройствах, а за счет увеличения массы газа в паровой подушке, который туда поступает как с газом наддува, так и за счет испарения жидкости в результате подвода к ней тепла от теплого наддуваемого газа. Наддуваемый и испаряемый газ имеют температуру, практически равную температуре жидкости, поэтому при перемешивании криогенного продукта в емкости температура и давление не будут изменяться, в то время как в известных устройствах в начальный период выдачи будут иметь место провалы давления ниже рабочего уровня при перемешивании криогенного продукта. This is ensured by the fact that the boost gas supplied to the vapor space of the vessel in the initial period of cryogenic product delivery has a temperature that is almost the same as the temperature of the liquid. As a result, the increase in pressure in the tank does not occur due to heating of the upper layer of liquid and, as a result, the establishment of pressure in accordance with the temperature of the upper layer, which takes place in known devices, but due to an increase in the mass of gas in the steam cushion, which flows there as with boost gas, and due to the evaporation of the liquid as a result of the supply of heat from the warm pressurized gas to it. The pressurized and vaporized gas has a temperature almost equal to the temperature of the liquid, therefore, when the cryogenic product is mixed in the tank, the temperature and pressure will not change, while in the known devices, pressure drops below the operating level during mixing of the cryogenic product will take place.
При наклонах емкости в любом направлении, связанных, например, с качкой изделия, на котором установлены емкости в составе ЭУ, жидкость не будет попадать как в перфорационные отверстия туннельной трубы, так и в полость дренажного трубопровода, т.к. они расположены у вершины емкости около вертикальной ее оси и поэтому даже при минимальной паровой подушке 5% (реальная начальная подушка обычно больше) и угле наклона 40o, что не имеет места в реальных условиях эксплуатации, вышеупомянутые отверстия будут еще находиться в области пара. Поэтому при хранении криогенного продукта с открытым дренажом отбираться будет только пар, расход которого известен и определяется теплопритоком из окружающей среды и никаких дополнительных потерь, связанных с отбором жидкости, учесть которые заранее невозможно не будет.When the container is tilted in any direction, associated, for example, with the roll of the product on which the containers are installed as part of the EA, the liquid will not enter both the perforations of the tunnel pipe and the cavity of the drainage pipe, because they are located at the top of the tank near its vertical axis and therefore, even with a minimum steam cushion of 5% (the actual initial cushion is usually larger) and an angle of inclination of 40 ° , which does not occur under real operating conditions, the aforementioned openings will still be in the vapor region. Therefore, when storing a cryogenic product with open drainage, only steam will be selected, the flow rate of which is known and determined by heat influx from the environment and no additional losses associated with the selection of liquid, which cannot be taken into account in advance.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема устройства для хранения и подачи криогенных продуктов. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a device for storage and supply of cryogenic products.
Устройство содержит емкость 1, на поверхность которой нанесена вакуумно-многослойная теплоизоляция 2. Емкость 1 закреплена в вакуумно-плотном кожухе 3 на опорах 4. Устройство снабжено трубопроводом заправки 5 с запорным клапаном 6 и трубопроводом дренажа 7 с запорным клапаном 8. К трубопроводу заправки 5 на участке между кожухом 3 и запорным клапаном 6 подстыкован соединительный трубопровод 9, который через последовательно установленные запорный клапан 10, теплообменник-испаритель 11 и запорный клапан 12 подстыкован другим концом к дренажному трубопроводу 7 на участке между кожухом 3 и запорным клапаном 8. Внутри емкости 1 размещена туннельная труба 13, расположенная соосно с вертикальной осью 14 емкости 1, закрепленная на днище и куполе емкости 1 и перфорированная в зоне днища емкости перфорационными отверстиями 15, а в зоне купола емкости 1 - перфорационными отверстиями 16. Участок дренажного трубопровода 7, находящийся внутри емкости 1, размещен в полости туннельной трубы 13 и выполнен в виде вертикальной петли 17, открытый конец которой 18 расположен в зоне купола емкости 1. The device contains a container 1, on the surface of which a vacuum multi-layer insulation is applied 2. The tank 1 is fixed in a vacuum-tight casing 3 on the supports 4. The device is equipped with a filling pipe 5 with a shut-off valve 6 and a drain pipe 7 with a shut-off valve 8. To the filling pipe 5 on the section between the casing 3 and the shut-off valve 6, a connecting pipe 9 is connected, which, through the shut-off valve 10, the heat exchanger-evaporator 11 and the shut-off valve 12, is connected at the other end to the drain the suction pipe 7 in the area between the casing 3 and the shutoff valve 8. Inside the tank 1, a tunnel pipe 13 is placed, located coaxially with the vertical axis 14 of the tank 1, mounted on the bottom and dome of the tank 1 and perforated in the bottom of the tank with perforations 15, and in the zone of the dome containers 1 - perforations 16. A section of the drainage pipe 7, located inside the tank 1, is placed in the cavity of the tunnel pipe 13 and is made in the form of a vertical loop 17, the open end of which 18 is located in the area of the dome of the tank 1.
Участок вертикальной петли 17, находящийся ниже уровня жидкости 19, соответствующего начальной заданной степени заполнения емкости, снабжен тепловыми ребрами 20, расстояние между которыми увеличивается от уровня жидкости 19 к днищу емкости. На открытом конце вертикальной петли 17 и в месте раздела паровой и жидкой фаз при заданном начальном заполнении емкости установлены датчики температуры, соответственно 21 и 22. К соединительному трубопроводу 9 на участке между теплообменником-испарителем 11 и запорным клапаном 12 подстыкован отборный трубопровод 23 с запорным клапаном 24. Для измерения количества криогенного продукта в емкости 1 установлен датчик количества 25. The section of the vertical loop 17, located below the liquid level 19, corresponding to the initial specified degree of filling of the tank, is equipped with thermal ribs 20, the distance between which increases from the level of the liquid 19 to the bottom of the tank. At the open end of the vertical loop 17 and at the intersection of the vapor and liquid phases with a given initial filling of the tank, temperature sensors 21 and 22 are installed, respectively. A sampling pipe 23 with a shut-off valve is connected to the connecting pipe 9 in the area between the heat exchanger-evaporator 11 and the shut-off valve 12. 24. To measure the amount of cryogenic product in the tank 1, a quantity sensor 25 is installed.
Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.
Открываются запорные клапаны 6, 8 и производится заправка емкости 1 криогенным продуктом, например водородом. Контроль количества заправляемого водорода при заправке производится с помощью датчика количества 25. Кроме того, для увеличения точности заправки производится еще контроль заполнения заданного количества криогенного продукта по датчику температуры 22, показания которого резко падают при достижении заданной степени заполнения. После окончания заправки закрывается клапан 6 на заправочном трубопроводе 5. Если по условиям эксплуатации работа ЭУ после окончания заправки сразу не требуется, то клапан 8 на дренажном трубопроводе 7 остается открытым и осуществляется режим работы емкости с открытым дренажем. В этом режиме производится отвод паров испаряющегося криогенного продукта за счет теплопритоков к нему из окружающей среды. При наклонах емкости в любом направлении жидкость не будет попадать в полость дренажного трубопровода, т.к. его открытый конец расположен в зоне вершины емкости и при реальной начальной паровой подушке (10-15)% и реальных углах наклона - не более 30o открытый конец дренажного трубопровода будет все время находиться в зоне пара.The shut-off valves 6, 8 open and the tank 1 is filled with a cryogenic product, for example, hydrogen. The amount of hydrogen to be refilled is controlled during refueling using the quantity sensor 25. In addition, to increase the accuracy of refueling, the filling of a predetermined amount of cryogenic product is also monitored by temperature sensor 22, the readings of which drop sharply when a given degree of filling is reached. After refueling is completed, valve 6 on the filling pipe 5 is closed. If, according to operating conditions, the operation of the EA after refueling is not immediately required, then valve 8 on the drainage pipe 7 remains open and the tank operates with open drainage. In this mode, the vapor of the evaporating cryogenic product is removed due to heat influx to it from the environment. If the container is tilted in any direction, the liquid will not enter the cavity of the drainage pipe, because its open end is located in the zone of the top of the tank and with a real initial steam cushion (10-15)% and real angles of inclination - not more than 30 o, the open end of the drainage pipeline will always be in the steam zone.
Поэтому при хранении криогенного продукта в емкости с открытым дренажом будет отбираться только пар, что обеспечит исключение незапланированных потерь криогенного продукта при работе в таком режиме. Therefore, when storing the cryogenic product in a tank with open drainage, only steam will be taken away, which will ensure the exclusion of unplanned losses of the cryogenic product when operating in this mode.
Если требуется работа ЭУ, то необходимо поднять давление в емкости 1 до требуемого рабочего уровня, например, до 8 кгс/см2 (нижний рабочий уровень). Для этого закрывается клапан 8, открываются клапаны 10, 12 и производится отбор жидкого криогенного продукта под действием силы тяжести в теплообменник-испаритель 11 (через него все время прокачивается теплоноситель), где жидкость сначала испаряется, а затем нагревается до плюсовых температур и нагретая по соединительному трубопроводу 9 подается в участок дренажного трубопровода, находящийся внутри емкости 1, размещенный в полости туннельной трубы 13 и выполненный в виде вертикальной петли 17, участок которой, находящийся ниже уровня жидкости 19, снабжен тепловыми ребрами 20, которые увеличивают поверхность теплообмена и на начальном участке входа газа наддува исключают пленочный режим кипения, при котором эффективность теплообмена меньше, чем при пузырьковом режиме. Проходя по этому участку газ наддува будет отдавать все тепло жидкости.If the operation of the EA is required, then it is necessary to raise the pressure in the tank 1 to the required working level, for example, up to 8 kgf / cm 2 (lower working level). To do this, valve 8 is closed, valves 10, 12 are opened and the liquid cryogenic product is taken under gravity into the heat exchanger-evaporator 11 (the coolant is pumped through it all the time), where the liquid first evaporates and then heats up to positive temperatures and is heated by connecting the pipeline 9 is fed into the section of the drainage pipe located inside the tank 1, located in the cavity of the tunnel pipe 13 and made in the form of a vertical loop 17, a section of which is below the liquid level 19 is provided with heat fins 20 which increase the heat transfer surface and the initial input portion pressurization gas preclude film boiling mode, in which the heat exchange efficiency is less than when the bubble regime. Passing through this section, boost gas will give off all the heat of the liquid.
За счет подводимого тепла жидкость в полости туннельной трубы 13 будет испаряться и поступать в паровое пространство емкости. Охлажденный газ наддува с температурой, превышающей температуру жидкости, например, на 1o тоже будет поступать в паровое пространство емкости. В процессе испарения в полость туннельной трубы 13 через перфорированные отверстия 15, площадь которых не меньше площади сечения туннельной трубы, чтобы не создавать дополнительных гидравлических сопротивлений, будет все время поступать жидкость из основной полости емкости 1. Постепенно за счет увеличения массы газа в паровом пространстве емкости как, в основном, за счет испаряющейся жидкости, так и за счет газа наддува давление в емкости возрастет до требуемого рабочего уровня.Due to the input heat, the liquid in the cavity of the tunnel pipe 13 will evaporate and enter the vapor space of the tank. Cooled boost gas with a temperature exceeding the temperature of the liquid, for example, by 1 o will also enter the vapor space of the tank. During evaporation, the cavity of the tunnel pipe 13 through perforated openings 15, the area of which is not less than the cross-sectional area of the tunnel pipe, so as not to create additional hydraulic resistances, liquid will always come from the main cavity of the tank 1. Gradually due to an increase in the mass of gas in the vapor space of the tank as, mainly, due to the evaporating liquid, and due to the boost gas, the pressure in the vessel will increase to the required operating level.
Благодаря размещению участка дренажного трубопровода в полости туннельной трубы 13 время подъема давления будет существенно меньше, чем при отсутствии туннельной трубы, т. к. в этом случае отводимое от поверхности дренажного трубопровода тепло распространялось бы по всему объему жидкости. В результате основная доля тепла шла бы на прогрев основной массы жидкости и только незначительная часть - на испарение. Как было выше отмечено, основная доля газа, поступающая в паровое пространство - это испаряющаяся жидкость (так, например, для водорода масса испаряющихся паров за счет подвода тепла к жидкости при охлаждении 1 кг газа наддува от 300 K до 22 K составляет ~7 кг). Поэтому время подъема давления при отсутствии туннельной трубы составило бы существенную величину, которое на ряде изделий неприемлемо по условиям эксплуатации. Диаметр туннельной трубы должен быть минимально возможным и определяться диаметром дренажного трубопровода, радиусом его гиба и минимально возможным зазором между внутренней поверхностью туннельной трубы и оребренной наружной поверхностью дренажного трубопровода. Это позволит локализовать зону испарения и все подводимое газом наддува тепло использовать на испарение, не прогревая при этом основную массу жидкости. Due to the location of the drainage pipe section in the cavity of the tunnel pipe 13, the pressure rise time will be significantly less than in the absence of the tunnel pipe, since in this case the heat removed from the surface of the drainage pipe would spread throughout the entire liquid volume. As a result, the bulk of the heat would go to warming up the bulk of the liquid, and only a small fraction to evaporation. As noted above, the bulk of the gas entering the vapor space is an evaporating liquid (for example, for hydrogen, the mass of evaporating vapors due to the supply of heat to the liquid when cooling 1 kg of boost gas from 300 K to 22 K is ~ 7 kg) . Therefore, the time of pressure rise in the absence of a tunnel pipe would be a substantial amount, which on some products is unacceptable under operating conditions. The diameter of the tunnel pipe should be as small as possible and determined by the diameter of the drainage pipe, the radius of its bend and the minimum possible gap between the inner surface of the tunnel pipe and the finned outer surface of the drainage pipe. This will allow you to localize the evaporation zone and use all the heat supplied by the boost gas for evaporation, without warming up the bulk of the liquid.
После подъема давления в емкости до требуемого рабочего уровня открывается клапан 24 на отборном трубопроводе 23 и производится отбор криогенного продукта к потребителю, например, в ЭХГ ЭУ. При колебаниях жидкости в емкости в процессе выдачи криогенного продукта, связанных, например, с качкой изделий, на которых установлены емкости в составе ЭУ, давление в емкости не упадет, т.к. температура пара в паровой подушке емкости при перемешивании криогенного продукта и конденсации пара не изменится и, как следствие, падения давления не будет. After the pressure in the tank rises to the required operating level, the valve 24 opens on the selected pipe 23 and the cryogenic product is selected for the consumer, for example, in EC ECG. During fluctuations of the liquid in the tank during the cryogenic product delivery process, associated, for example, with the rolling of products on which the tanks are installed in the EU, the pressure in the tank will not drop, because the temperature of the steam in the steam cushion of the tank will not change with mixing of the cryogenic product and condensation of the steam and, as a result, there will be no pressure drop.
В процессе отбора давление в емкости будет поддерживаться в рабочем диапазоне за счет наддува газа в паровое пространство емкости и испарения туда паров жидкости как за счет тепла газа наддува, так и за счет теплопритоков из окружающей среды. С течением времени температура основной массы жидкости за счет теплопритоков из окружающей среды будет повышаться и достигнет уровня, которому соответствует уровень рабочего давления. После этого провалы давления ниже рабочего уровня при перемешивании криогенного продукта не будут иметь места. During the selection process, the pressure in the tank will be maintained in the operating range due to the gas boost into the vapor space of the tank and evaporation of liquid vapor there, both due to the heat of the boost gas and due to heat inflows from the environment. Over time, the temperature of the bulk of the liquid due to heat influx from the environment will increase and reach a level that corresponds to the level of working pressure. After that, pressure dips below the operating level during mixing of the cryogenic product will not take place.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достичь нового технического результата: исключить падение давления в емкости ниже рабочего уровня в процессе выдачи из нее криогенного продукта и минимизировать потери криогенного продукта при хранении его в емкости с открытым дренажом. Thus, the combination of new features that are absent in the known technical solutions allows us to achieve a new technical result: to eliminate the pressure drop in the tank below the working level in the process of issuing a cryogenic product from it and to minimize the loss of the cryogenic product when stored in a tank with open drainage.
Claims (1)
Fнар = G c 1n (tвх-tж)/(tвых - tж)/К,
где Fнар - суммарная площадь оребренной наружной поверхности участка вертикальной петли;
G - расход газа наддува в начальный период выдачи криогенного продукта;
с - теплоемкость газа наддува;
tвх - температура газа наддува в месте входа дренажного трубопровода в жидкость;
tж - температура жидкой фазы криогенного продукта после окончания заправки емкости;
tвых = tж + Δt - температура газа наддува на выходе из дренажного трубопровода;
Δt - принятое превышение температуры газа наддува над температурой жидкой фазы криогенного продукта на выходе из дренажного трубопровода;
К - коэффициент теплопередачи от газа наддува к жидкости через стенку дренажного трубопровода, оребренную с наружной стороны.A device for storing and supplying cryogenic products, containing a thermally insulated container fixed in a vacuum-tight casing, filling and drainage pipelines with shut-off valves, to which, in the sections between the casing and the valves, a connecting pipe is connected containing a heat exchanger-evaporator and shut-off valves, to which after a heat exchanger-evaporator is connected to a selected pipe, characterized in that a tunnel pipe is inserted into the tank, located coaxially with the vertical axis of the tank, mounted on beggar and dome of the tank and perforated in these zones, while the total area of perforation holes in the dome zone is not less than the cross-sectional area of the drainage pipeline, and in the bottom zone - not less than the cross-sectional area of the tunnel pipeline, the drainage pipe section inside the tank is located in the tunnel cavity the pipeline and is made in the form of a vertical loop, the open end of which is located in the area of the dome of the tank, and the portion of the vertical loop in the liquid at a given initial degree of filling capacity, equipped with thermal fins, and its total area of the finned outer surface is determined from the expression
F NAR = G c 1n (t in - t W ) / (t out - t W ) / K,
where F NAR - the total area of the finned outer surface of the vertical loop;
G is the charge gas flow rate in the initial period of cryogenic product delivery;
C is the heat capacity of the boost gas;
t in - the temperature of the boost gas at the inlet of the drainage pipeline into the liquid;
t W - temperature of the liquid phase of the cryogenic product after the tank refueling;
t o = t W + Δt is the temperature of the boost gas at the outlet of the drainage pipeline;
Δt is the accepted excess of the temperature of the boost gas over the temperature of the liquid phase of the cryogenic product at the outlet of the drainage pipeline;
K is the heat transfer coefficient from the boost gas to the liquid through the wall of the drainage pipe, ribbed from the outside.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105750/06A RU2171950C1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Facility to store and feed cryogenic products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105750/06A RU2171950C1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Facility to store and feed cryogenic products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2171950C1 true RU2171950C1 (en) | 2001-08-10 |
Family
ID=36047783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000105750/06A RU2171950C1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Facility to store and feed cryogenic products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2171950C1 (en) |
-
2000
- 2000-03-07 RU RU2000105750/06A patent/RU2171950C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Вопросы глубокого охлаждения. Сборник статей /Под ред. М.П. МАЛКОВА. - М.: Издательство иностранной литературы, 1961, с.307 - 309. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI343975B (en) | A storage vessel for cryogenic liquid | |
| US3712073A (en) | Method and apparatus for vaporizing and superheating cryogenic fluid liquids | |
| CA2176068A1 (en) | System and method for regulating the temperature of cryogenic liquids | |
| TWI632628B (en) | Methods and systems for bulk ultra-high purity helium supply and usage | |
| US20140190187A1 (en) | Cryogenic Liquid Conditioning and Delivery System | |
| JP5783801B2 (en) | Liquefied hydrogen storage and supply equipment | |
| US20100044020A1 (en) | Hydrogen gas-cooling device | |
| AU666065B2 (en) | Subcooling method and apparatus | |
| JP2002502981A (en) | Method of preparing pressure storage tank and pressurized fluid | |
| RU2171950C1 (en) | Facility to store and feed cryogenic products | |
| US5579646A (en) | Cryogen delivery apparatus | |
| JP5715498B2 (en) | Liquefied hydrogen storage and supply equipment | |
| JPH10252994A (en) | Method and equipment for vaporizing low temperature liquefied gas | |
| JPH08128596A (en) | Gas evaporator and gas supplying method | |
| RU2616147C1 (en) | Cryoprovision system | |
| ES2760074T3 (en) | Cryogenic liquid supply procedure and installation to carry out this procedure | |
| WO2022084432A1 (en) | Improved cryogenic storage tank with an integrated closed cooling system | |
| RU2177108C2 (en) | Device for storage and delivery of cryogenic products | |
| JP4621379B2 (en) | Evaporator | |
| RU2137023C1 (en) | Device for storage and delivery of cryogenic products | |
| US11649929B2 (en) | Gas dispensing system with tank pressure and heat management | |
| RU2221965C2 (en) | Cryogenic vessel filling method and system | |
| RU2176761C1 (en) | Device for storage and delivery of cryogenic products | |
| CN208546743U (en) | A kind of quick charging device of cryogenic liquid | |
| Hermeling | The Thermodynamic Consideration of the Vacuum Insulated Cryogenic Tank |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050308 |