RU2399508C2 - Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir - Google Patents
Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399508C2 RU2399508C2 RU2007102168/11A RU2007102168A RU2399508C2 RU 2399508 C2 RU2399508 C2 RU 2399508C2 RU 2007102168/11 A RU2007102168/11 A RU 2007102168/11A RU 2007102168 A RU2007102168 A RU 2007102168A RU 2399508 C2 RU2399508 C2 RU 2399508C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cryogenic liquid
- liquid
- cryogenic
- reservoir
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к резервуару для хранения криогенной жидкости и имеет частное применение в наземных резервуарах для хранения таких жидкостей и в резервуарах, установленных на борту судна.The present invention relates to a reservoir for storing cryogenic liquids and has a particular application in surface reservoirs for storing such liquids and in reservoirs installed on board a ship.
Криогенные жидкости, такие как сжиженный природный газ («СПГ»), жидкий аргон («LAR»), жидкий азот («LIN»), жидкий кислород («LOX») или жидкий водород, хранят в теплоизолированных резервуарах для их хранения для того, чтобы свести к минимуму потери жидкости вследствие испарения. Однако, несмотря на теплоизоляцию, некоторая часть размещенной криогенной жидкости неизбежно будет испаряться вследствие притока тепла в резервуар (и связанные с ним трубопроводы), работы насосов при циркуляции потоков жидкости, мгновенного испарения при подаче жидкости и т.п. Поэтому должны быть приняты меры для предотвращения опасного увеличения давления в резервуаре для хранения криогенной жидкости.Cryogenic liquids such as liquefied natural gas (“LNG”), liquid argon (“LAR”), liquid nitrogen (“LIN”), liquid oxygen (“LOX”) or liquid hydrogen are stored in heat-insulated storage tanks for storage. to minimize fluid loss due to evaporation. However, despite the thermal insulation, some of the placed cryogenic liquid will inevitably evaporate due to the influx of heat into the tank (and its associated pipelines), the operation of the pumps during circulation of fluid flows, flash evaporation when the fluid is supplied, etc. Therefore, measures must be taken to prevent a dangerous increase in pressure in the cryogenic liquid storage tank.
С экономической точки зрения часто предпочтительно использование очень больших резервуаров низкого давления для хранения криогенной жидкости. Например, в настоящее время самые большие резервуары для хранения жидкого кислорода или жидкого азота имеют емкость около 5000 м3, а самые большие резервуары для хранения СПГ (обычно устанавливаемые на борту судов группами до 5 резервуаров) имеют каждый емкость около 40000 м3. Масштаб проблемы с давлением, обусловленным испарением жидкости, взаимосвязан с размером резервуара для хранения.From an economic point of view, it is often preferable to use very large low pressure tanks for storing cryogenic liquids. For example, currently the largest tanks for storing liquid oxygen or liquid nitrogen have a capacity of about 5000 m 3 , and the largest tanks for storing LNG (usually installed on board ships in groups of up to 5 tanks) each have a capacity of about 40,000 m 3 . The magnitude of the pressure problem due to the evaporation of the liquid is related to the size of the storage tank.
Возможно было бы просто выпускать пар в атмосферу. Однако такое решение проблемы нежелательно, поскольку это было бы экономически невыгодно из-за потерь криогенной жидкости (производство которой требует значительных затрат) и, если пар жидкости горючий (например, природный газ или водород), может привести к потенциально опасному накапливанию пара, особенно там, где используются очень большие резервуары для хранения.It would be possible to simply let off steam into the atmosphere. However, such a solution to the problem is undesirable, since it would be economically disadvantageous due to the loss of cryogenic liquid (the production of which is costly) and if the liquid vapor is combustible (for example, natural gas or hydrogen), it can lead to a potentially dangerous accumulation of steam, especially there where very large storage tanks are used.
Другим решением проблемы, связанной с испарением из резервуара для хранения, является переохлаждение жидкости, подаваемой в резервуар для хранения, в степени, достаточной для повторной конденсации пара. Однако до тех пор, пока подаваемая переохлажденная жидкость не будет соприкасаться с образованным паром при хорошем массообмене и теплообмене, равновесие не будет достигнуто. Без достижения равновесия по-прежнему должно удаляться большое количество пара, или же должна быть увеличена степень переохлаждения для увеличения интенсивности воздействия, приводящего к конденсации образованного пара.Another solution to the problem of evaporation from the storage tank is to subcool the liquid supplied to the storage tank to a degree sufficient to re-condense the steam. However, until the supplied supercooled liquid comes into contact with the formed vapor with good mass transfer and heat transfer, equilibrium is not reached. Without reaching equilibrium, a large amount of steam must still be removed, or the degree of subcooling must be increased to increase the intensity of the action leading to the condensation of the formed vapor.
Переохлаждение подаваемой жидкости в количестве, превышающем ее минимальное количество, требуемое для повторной конденсации образованного пара, приведет к дополнительному потреблению энергии. Такой «избыток» переохлаждения обычно приводит к опусканию подаваемой переохлажденной (и поэтому более плотной) жидкости к дну резервуара и образованию нижнего слоя из холодной жидкости.Subcooling of the supplied liquid in an amount in excess of its minimum amount required for re-condensation of the generated vapor will lead to additional energy consumption. Such an “excess” of supercooling usually leads to the lowering of the supplied supercooled (and therefore denser) liquid to the bottom of the tank and the formation of a lower layer of cold liquid.
Для обеспечения требуемого тесного теплового контакта переохлажденной жидкости и образованного пара известен способ с распылением переохлажденной жидкости в паровом пространстве резервуара. Такое распыление выполняется для противодействия давлению остаточной криогенной жидкости в автомобильных контейнерах при их повторном заполнении. Однако такие способы распыления не очень удобны для очень больших резервуаров и менее эффективны при высоком уровне заполнения вследствие более короткого времени соприкосновения жидкости и образованного пара. Кроме того, устройства для распыления (или разбрызгивания) обычно требуют увеличения давления подаваемой жидкости вследствие перепада давления в таком устройстве, и такое увеличенное давление подачи может оказаться нереализуемым в практических условиях.To ensure the required close thermal contact of the supercooled liquid and the formed vapor, a method is known for spraying supercooled liquid in the vapor space of the tank. Such spraying is performed to counteract the pressure of residual cryogenic liquid in automobile containers when they are re-filled. However, such spraying methods are not very convenient for very large tanks and are less effective at a high level of filling due to the shorter contact time of the liquid and the generated vapor. In addition, devices for spraying (or spraying) usually require an increase in the pressure of the supplied fluid due to the pressure drop in such a device, and such an increased supply pressure may not be feasible in practical conditions.
Имеются также другие методики конденсации образуемого пара, известные в данной области техники. Например, в US-A-3894856 (Lofredo et al; опубликован 15 июля 1975 г.) раскрыт способ очистки и сжижения природного газа. Одной из целей способа является поддержание постоянного состава сжиженного природного газа («СПГ») в резервуаре для его хранения посредством сжижения пара, образующегося в этом резервуаре. В примере осуществления способа пар СПГ из резервуара для его хранения конденсируется снаружи резервуара посредством косвенного теплообмена с жидким азотом. Сконденсированный пар затем возвращается в резервуар, в результате чего поддерживается постоянный состав СПГ в резервуаре.There are also other vapor condensation techniques known in the art. For example, US-A-3894856 (Lofredo et al; published July 15, 1975) discloses a method for purifying and liquefying natural gas. One of the goals of the method is to maintain a constant composition of liquefied natural gas ("LNG") in the tank for storage by liquefying the steam generated in this tank. In an example implementation of the method, LNG vapor from the storage tank is condensed outside the tank by indirect heat exchange with liquid nitrogen. The condensed steam is then returned to the tank, whereby a constant LNG composition in the tank is maintained.
В US-B-6470706 (Engdahl; опубликован 29 октября 2002 г.) раскрыт конденсатор пара, в котором образованный пар конденсируется в результате непосредственного теплообмена со сжиженным газом. Было обнаружено, что конденсатор имеет частное применение в системах для хранения и распределения СПГ. В этих системах СПГ хранится в резервуаре. Образованный пар СПГ подается в конденсатор, расположенный с внешней стороны резервуара, в котором он конденсируется в результате непосредственного тепло- и массообмена с СПГ, подаваемым насосом из резервуара для его хранения. Тепло- и массообмен может быть обеспечен при использовании неупорядоченной насадки (такой как 2-дюймовые (5 см) кольца Полла), структурированной насадки, тарельчатых колонн или распылительных элементов. Сконденсированный пар СПГ затем подается в насосы высокого давления, из которых он затем направляется в распределительный трубопровод.US-B-6470706 (Engdahl; published October 29, 2002) discloses a steam condenser in which the generated steam is condensed by direct heat exchange with a liquefied gas. It has been found that a condenser is of particular use in systems for storing and distributing LNG. In these systems, LNG is stored in a tank. The generated LNG vapor is fed to a condenser located on the outside of the tank, in which it condenses as a result of direct heat and mass transfer with the LNG supplied by the pump from the tank for storage. Heat and mass transfer can be achieved by using a random nozzle (such as 2-inch (5 cm) Polla rings), a structured nozzle, disk columns or spray elements. The condensed LNG vapor is then fed to high pressure pumps, from which it is then sent to a distribution pipe.
US-A-2938360 (Christensen, дата публикации: 31 Мая 1960) раскрывает резервуар для хранения жидкостей, которые кипят при низкой температуре, например, такая как аммиак. Резервуар для хранения имеет колонну, содержащую секцию конденсации и секцию насыщения. Секция насыщения или сатуратор содержит насадку. Конденсация газа, взятого из парового пространства резервуара, происходит в секции конденсации за счет косвенного теплообмена с внешним хладагентом, в результате этого, жидкость стекает в насадку сатуратора. Оставшийся неконденсирующийся газ выходит из конденсатора, протекая через насадку сатуратора, где он контактирует с жидкостью из резервуара для хранения, которая подается в сатуратор. Затем подаваемая жидкость и конденсат протекают назад в резервуар для хранения и таким образом избыточный газ, охлажденный и очищенный, выпускается в атмосферу.US-A-2938360 (Christensen, publication date: May 31, 1960) discloses a reservoir for storing liquids that boil at a low temperature, such as, for example, ammonia. The storage tank has a column containing a condensation section and a saturation section. The saturation section or saturator contains a nozzle. Condensation of gas taken from the vapor space of the tank occurs in the condensation section due to indirect heat exchange with an external refrigerant, as a result, the liquid flows into the nozzle of the saturator. The remaining non-condensable gas exits the condenser, flowing through the nozzle of the saturator, where it contacts the liquid from the storage tank, which is fed to the saturator. Then, the supplied liquid and condensate flow back into the storage tank and thus the excess gas, cooled and purified, is discharged into the atmosphere.
US-A-2059942 (Gibson; дата публикации: 3 ноября 1936) раскрывает резервуар для хранения летучих жидкостей, таких как углеводороды, и данный резервуар содержит устройство для извлечения пара. В одном варианте, жидкость из резервуара для хранения охлаждается с помощью косвенного теплообмена с внешним хладагентом, затем прокачивается и подается в контактное средство, в котором пары из резервуара абсорбируются в охлажденную жидкость.US-A-2059942 (Gibson; publication date: November 3, 1936) discloses a reservoir for storing volatile liquids such as hydrocarbons, and the reservoir includes a vapor recovery device. In one embodiment, the liquid from the storage tank is cooled by indirect heat exchange with an external refrigerant, then pumped and fed into contact means in which vapor from the tank is absorbed into the cooled liquid.
Желательно иметь способ реализации охлаждающего действия переохлажденной жидкости, подаваемой для уменьшения испарения, в компактном устройстве, в котором не будет требоваться значительное увеличение давления, необходимое для подачи такой жидкости. Особенно желательно, чтобы такой способ был пригоден для использования в очень больших резервуарах низкого давления.It is desirable to have a method for realizing the cooling effect of the supercooled liquid supplied to reduce evaporation in a compact device in which a significant increase in the pressure required to supply such a liquid will not be required. It is especially desirable that such a method be suitable for use in very large low pressure tanks.
Задачей предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение резервуара для хранения криогенной жидкости, в конструкции которого устранена по меньшей мере часть паровых трубопроводов, в результате чего снижается стоимость и сложность резервуара.It is an object of the preferred embodiments of the present invention to provide a reservoir for storing cryogenic liquids in which at least a portion of the steam pipelines are eliminated, thereby reducing the cost and complexity of the reservoir.
Другой задачей предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение резервуара для хранения криогенной жидкости, в котором конденсатор для образования пара не требует герметичной оболочки.Another objective of the preferred embodiments of the present invention is the provision of a reservoir for storing cryogenic liquid, in which the condenser for the formation of steam does not require an airtight shell.
Кроме того, задачей предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение резервуара для хранения криогенной жидкости, в котором не требуется использование внешнего хладагента для обеспечения холодопроизводительности для конденсации образованного пара.In addition, it is an object of the preferred embodiments of the present invention to provide a cryogenic liquid storage tank that does not require the use of an external refrigerant to provide cooling capacity to condense the generated vapor.
В соответствии с первым вариантом настоящего изобретения обеспечен резервуар для хранения криогенной жидкости, имеющий нижнюю часть для хранения криогенной жидкости, и паровое пространство, образованное с его верхней стороны, при этом резервуар содержит:According to a first embodiment of the present invention, there is provided a reservoir for storing cryogenic liquids having a lower part for storing cryogenic liquids and a vapor space formed on its upper side, wherein the reservoir comprises:
конденсатор для конденсации образованного пара непосредственным теплообменом с криогенной жидкостью, подаваемой в резервуар, конденсатор содержит плотно расположенную контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью; насадка содержит верхнюю часть и нижнюю часть, при этом по меньшей мере верхняя часть открыта в паровое пространство, обеспечивая приток образованного пара в насадку, а нижняя часть обеспечивает прохождение потока текучей среды в нижнюю часть резервуара для хранения криогенной жидкости;a condenser for condensing the formed vapor by direct heat exchange with a cryogenic liquid supplied to the tank, the condenser comprises a tightly located contact nozzle for contacting the vapor with the liquid; the nozzle comprises an upper part and a lower part, at least the upper part being open to the vapor space, providing an influx of the generated steam into the nozzle, and the lower part allowing the flow of fluid to the lower part of the cryogenic liquid storage tank;
источник подачи криогенной жидкости, который является независимым от резервуара;a cryogenic fluid supply that is independent of the reservoir;
впускное отверстие для подачи указанной криогенной жидкости в верхнюю часть плотно расположенной контактной насадки для соприкосновения пара с жидкостью; иan inlet for supplying said cryogenic liquid to the upper part of the densely located contact nozzle for contacting the vapor with the liquid; and
выпускное отверстие для удаления криогенной жидкости из нижней части резервуара.an outlet for removing cryogenic fluid from the bottom of the tank.
Преимущества изобретения достигаются в результате простоты конструкции конденсатора. Например, конденсация образованного пара происходит вследствие непосредственного теплообмена между подаваемой криогенной жидкостью и образованным паром. Поэтому отсутствует необходимость в сложных и дорогих теплообменниках с косвенным теплообменом. Кроме того, криогенная жидкость пропускается через конденсатор под действием силы тяжести, что дополнительно упрощает конструкцию. Более того, конденсация образованного пара в плотно расположенной контактной насадке пар-жидкость дополнительно втягивает образованный пар в конденсатор. Поэтому отсутствует необходимость в трубопроводе или ином оборудовании для подачи образованного пара в конденсатор, поскольку конденсатор эффективно снабжает сам себя образованным паром.The advantages of the invention are achieved as a result of the simplicity of the design of the capacitor. For example, condensation of the generated steam occurs due to direct heat exchange between the supplied cryogenic liquid and the generated steam. Therefore, there is no need for complex and expensive heat exchangers with indirect heat exchange. In addition, a cryogenic liquid is passed through a capacitor under the action of gravity, which further simplifies the design. Moreover, the condensation of the generated vapor in the densely arranged vapor-liquid contact nozzle further draws the formed vapor into the condenser. Therefore, there is no need for a pipeline or other equipment for supplying the generated steam to the condenser, since the condenser effectively supplies itself with the generated steam.
Верхняя часть плотно расположенной контактной насадки для соприкосновения пара с жидкостью будет, как правило, холоднее ее нижней части при подаче в верхнюю часть насадки переохлажденной жидкости, нагреваемой по мере прохождения вниз через конденсатор. При эксплуатации конденсатора верхняя часть плотно расположенной насадки холоднее ее нижней части. Соответственно, в вариантах осуществления, в которых нижняя часть плотно расположенной насадки также открыта в паровое пространство, больше пара будет конденсироваться в верхней части, а не в нижней части, вследствие чего больше образованного пара втягивается в конденсатор в его верхней части, а не в нижней части.The upper part of the densely arranged contact nozzle for contacting the vapor with the liquid will, as a rule, be colder than its lower part when a supercooled liquid is supplied to the upper part of the nozzle, heated as it passes downward through the condenser. During operation of the condenser, the upper part of the densely located nozzle is colder than its lower part. Accordingly, in embodiments in which the lower part of the densely packed nozzle is also open in the vapor space, more steam will condense in the upper part and not in the lower part, as a result of which more formed steam is drawn into the condenser in its upper part and not in the lower parts.
Природа криогенной жидкости, находящейся в резервуаре для ее хранения, не критична для настоящего изобретения. Настоящее изобретение предназначено для использования при хранении любой криогенной жидкости, включая СПГ и жидкие аргон, азот, кислород и водород.The nature of the cryogenic liquid in the storage tank is not critical to the present invention. The present invention is intended for use in the storage of any cryogenic liquid, including LNG and liquid argon, nitrogen, oxygen and hydrogen.
Резервуары для хранения криогенных жидкостей обычно имеют боковую стенку корпуса, основание и крышу, ограничивающие внутреннее пространство, который содержит нижнюю часть для приема криогенной жидкости и паровое пространство, расположенное над нижней частью. Такие резервуары обычно теплоизолируются для уменьшения в как можно большей степени притока в них тепла. Однако ни одна теплоизоляция не является абсолютно эффективной. Соответственно, такие резервуары обычно имеют клапан вентиляции, который может открываться и закрываться, как это требуется для сброса постепенно увеличивающегося избыточного давления, создаваемого испарением криогенной жидкости, которое вызывается притоком тепла в резервуар для ее хранения. Клапан вентиляции обычно управляется автоматически при использовании датчика давления для определения превышения заданного безопасного предела и приводного средства для приведения в действие клапана вентиляции для сбрасывания избыточного давления.Storage tanks for cryogenic liquids usually have a side wall of the housing, a base and a roof defining an internal space that contains a lower part for receiving cryogenic liquid and a vapor space located above the lower part. Such tanks are usually thermally insulated to reduce as much as possible the influx of heat into them. However, no thermal insulation is absolutely effective. Accordingly, such tanks typically have a ventilation valve that can open and close as required to relieve the gradually increasing excess pressure created by the evaporation of the cryogenic liquid, which is caused by the influx of heat into the storage tank. The ventilation valve is usually automatically controlled by using a pressure sensor to determine if a predetermined safe limit has been exceeded and actuating means to actuate the ventilation valve to relieve excess pressure.
Источник подачи криогенной жидкости может является независимым от резервуара. Резервуар может быть интегрирован в процесс разделения воздуха при низкой температуре, в котором криогенная жидкость (например, жидкий азот, кислород или аргон), необходимая для подачи, может быть получена в ходе разделения воздуха при низкой температуре при последующем требуемом переохлаждении жидкости и ее подаче в резервуар в качестве переохлажденной криогенной жидкости. В качестве альтернативы, резервуар может быть интегрирован в процесс сжижения газа, в котором криогенная жидкость (например, СПГ или жидкий водород), используемая для подачи в резервуар, может быть получена посредством процесса сжижения при последующем требуемом переохлаждении жидкости и ее подаче в резервуар в качестве переохлажденной криогенной жидкости. Эти варианты осуществления пригодны, в частности, для стационарных наземных резервуаров для хранения.The cryogenic fluid supply may be independent of the reservoir. The tank can be integrated into the process of separation of air at low temperature, in which the cryogenic liquid (for example, liquid nitrogen, oxygen or argon) required for supply can be obtained during the separation of air at low temperature with the subsequent required supercooling of the liquid and its supply to reservoir as a supercooled cryogenic liquid. Alternatively, the tank may be integrated into a gas liquefaction process in which the cryogenic liquid (e.g., LNG or liquid hydrogen) used to feed into the tank can be obtained through a liquefaction process, with subsequent subsequent supercooling of the liquid and its supply to the tank as supercooled cryogenic fluid. These embodiments are suitable, in particular, for stationary ground storage tanks.
Резервуар для хранения криогенной жидкости может также содержать:The cryogenic liquid storage tank may also contain:
насос для нагнетания (подачи) криогенной жидкости;a pump for pumping (supplying) cryogenic liquid;
трубопровод для подачи криогенной жидкости из резервуара для ее хранения в насос;a pipeline for supplying cryogenic liquid from the reservoir for storage into the pump;
теплообменник для переохлаждения криогенной жидкости посредством косвенного теплообмена с хладагентом для получения переохлажденной криогенной жидкости;a heat exchanger for supercooling a cryogenic liquid by indirect heat exchange with a refrigerant to obtain a supercooled cryogenic liquid;
трубопровод для подачи нагнетаемой криогенной жидкости от насоса к теплообменнику; иa pipeline for supplying injected cryogenic fluid from the pump to the heat exchanger; and
трубопровод для подачи переохлажденной криогенной жидкости из теплообменника во впускное отверстие резервуара для хранения. Эти варианты осуществления резервуара для хранения могут быть интегрированы в процесс разделения воздуха при низкой температуре или в процесс сжижения.a pipeline for supplying supercooled cryogenic liquid from the heat exchanger to the inlet of the storage tank. These storage tank embodiments may be integrated into a low temperature air separation process or into a liquefaction process.
Может быть использован любой подходящий хладагент, а в качестве трубопроводов могут быть использованы обычные трубы с теплоизоляцией.Any suitable refrigerant can be used, and conventional pipes with thermal insulation can be used as pipelines.
Подаваемая криогенная жидкость обычно переохлаждается для снижения температуры ниже значения, обеспечивающего конденсацию образованного пара. Подаваемая криогенная жидкость обычно переохлаждается по меньшей мере в той степени, которая необходима для уменьшения или устранения необходимости в выпуске образованного пара. Увеличение переохлаждения увеличивает способность к конденсации пара, вследствие чего может быть пропорционально уменьшена площадь поверхности насадки.The supplied cryogenic liquid is usually supercooled to lower the temperature below a value that allows condensation of the generated vapor. The supplied cryogenic liquid is usually supercooled at least to the extent necessary to reduce or eliminate the need to release the generated vapor. An increase in subcooling increases the ability to condense steam, as a result of which the surface area of the nozzle can be proportionally reduced.
Конденсатор может быть установлен внутри или снаружи резервуара. В вариантах осуществления, в которых конденсатор установлен снаружи резервуара, конденсатор размещен внутри контейнера. Этот контейнер имеет верхнюю часть и нижнюю часть, обе части соединены с возможностью прохождения текучей среды (например, трубопроводом) с паровым пространством резервуара для обеспечения притока образованного пара в плотно расположенную контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью и обеспечения подачи сконденсированного пара (вместе с нагретой криогенной жидкостью) в паровое пространство и, соответственно, в нижнюю часть резервуара. Предпочтительно такой контейнер и связанный с ним трубопровод имеют теплоизоляцию для снижения притока тепла в конденсатор. Если конденсатор находится вне резервуара, то он может быть объединен с имеющимся резервуаром для его модификации.A capacitor can be installed inside or outside the tank. In embodiments in which a capacitor is mounted outside the tank, the capacitor is placed inside the container. This container has an upper part and a lower part, both parts are connected with the possibility of the passage of fluid (for example, pipe) with the vapor space of the tank to ensure the flow of generated steam into a tightly located contact nozzle for contacting the vapor with the liquid and ensuring the supply of condensed steam (together with heated cryogenic liquid) into the vapor space and, accordingly, into the lower part of the tank. Preferably, such a container and its associated pipe are thermally insulated to reduce heat influx into the condenser. If the capacitor is located outside the tank, then it can be combined with an existing tank to modify it.
В предпочтительных вариантах осуществления, однако, конденсатор установлен в паровом пространстве резервуара для хранения криогенной жидкости. Эти варианты осуществления обладают несколькими преимуществами по сравнению с вариантами осуществления с внешними конденсаторами. Например, при отсутствии конденсатора с внешней стороны резервуара уменьшается возможность притока в резервуар тепла, которое способствует возникновению проблемы с образованным паром. Кроме того, отсутствует необходимость в дополнительном контейнере, трубопроводе и дополнительной теплоизоляции. Также не требуется помещать конденсатор в оболочку, и, соответственно, пар может проникать в конденсатор с боковой стороны насадки.In preferred embodiments, however, a condenser is installed in the vapor space of the cryogenic liquid storage tank. These embodiments have several advantages over external capacitors. For example, in the absence of a condenser from the outside of the tank, the possibility of heat influx into the tank is reduced, which contributes to a problem with the generated steam. In addition, there is no need for an additional container, pipeline and additional thermal insulation. It is also not necessary to place the capacitor in the shell, and accordingly, steam can penetrate into the capacitor from the side of the nozzle.
Материал насадки может быть неупорядоченной насадкой, такой как кольца Полла, однако предпочтительно использование структурированной насадки, такой как гофрированные перфорированные металлические листы. Материал насадки предпочтительно имеет большую площадь поверхности. Площадь поверхности насадки, как правило, больше 100 м2/м3 (площадь поверхности в м2/объем насадки в м3), обычно больше 200 м2/м3 и предпочтительно больше 400 м2/м3. Подходящим верхним пределом для площади поверхности насадки является 750 м2/м3.The material of the nozzle may be a disordered nozzle, such as Poll rings, however, it is preferable to use a structured nozzle, such as corrugated perforated metal sheets. The material of the nozzle preferably has a large surface area. The surface area of the nozzle is usually greater than 100 m 2 / m 3 (surface area in m 2 / volume of the nozzle in m 3 ), usually more than 200 m 2 / m 3 and preferably more than 400 m 2 / m 3 . A suitable upper limit for the surface area of the nozzle is 750 m 2 / m 3 .
В вариантах осуществления, в которых насадка является структурированной насадкой, материал насадки может быть объединен с образованием плотного расположения в виде «пробки». В случае использования гофрированных перфорированных металлических листов эти листы обычно расположены вертикально параллельно одни другим. Поскольку в такой конструкции имеет место лишь незначительный перепад давления между паровым пространством насадки и паровым пространством резервуара, то такая пробка не требует оболочки, и в основном вся плотно расположенная насадка открыта для притока в нее образованного пара почти по существу со всех направлений.In embodiments in which the nozzle is a structured nozzle, the material of the nozzle can be combined to form a tight arrangement in the form of a “cork”. In the case of using corrugated perforated metal sheets, these sheets are usually arranged vertically parallel to one another. Since in such a design there is only a slight pressure difference between the vapor space of the nozzle and the vapor space of the tank, such a plug does not require a shell, and basically the whole densely located nozzle is open for inflow of formed vapor into it from almost all directions.
Однако в некоторых других предпочтительных вариантах осуществления плотно расположенная контактная насадка для соприкосновения пара с жидкостью находится в оболочке. С оболочкой может использоваться неупорядоченная или структурированная насадка. Боковые участки плотно расположенной насадки могут быть закрыты от парового пространства в случае, если оболочка не имеет отверстий. Однако предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть плотно расположенной насадки или по меньшей мере одна ее сторона была открыта в паровое пространство через по меньшей мере одно отверстие в оболочке для обеспечения притока пара в насадку с ее боковой стороны.However, in some other preferred embodiments, the close contact nozzle for contacting the vapor with the liquid is in the shell. A disordered or structured nozzle may be used with the sheath. The lateral sections of the densely located nozzle can be closed from the vapor space in case the shell has no openings. However, it is preferable that at least a portion of the densely located nozzle, or at least one side thereof, is opened into the vapor space through at least one opening in the shell to allow steam to enter the nozzle from its side.
В дополнение к верхней части плотно расположенной насадки ее нижняя часть также может быть открыта в паровое пространство. Эти варианты осуществления особенно предпочтительны в случае размещения конденсатора в паровом пространстве резервуара для хранения криогенной жидкости. Нижняя часть плотно расположенной насадки соединена с возможностью прохождения текучей среды с нижней частью резервуара таким образом, что сконденсированный пар (в виде смеси с нагретой подаваемой криогенной жидкостью) подается под действием силы тяжести через паровое пространство к нижней части резервуара.In addition to the upper part of the densely packed nozzle, its lower part can also be opened into the vapor space. These embodiments are particularly preferred when the capacitor is placed in the vapor space of the cryogenic liquid storage tank. The lower part of the densely packed nozzle is connected with the possibility of fluid passage with the lower part of the tank in such a way that the condensed vapor (in the form of a mixture with a heated supplied cryogenic liquid) is supplied by gravity through the vapor space to the lower part of the tank.
Однако в других вариантах осуществления резервуар для хранения криогенной жидкости дополнительно содержит канал для подачи сконденсированного пара (в виде смеси с нагретой подаваемой криогенной жидкостью) от нижней части плотно расположенной насадки к более низкой части резервуара для хранения криогенной жидкости. Такой канал может содержать нижнюю оболочку (такую как донную насадку), которая исключает доступ из парового пространства в нижнюю часть плотно расположенной насадки, и трубопровод для подачи жидкости, собранной на дне оболочки, в более низкую часть резервуара для хранения криогенной жидкости.However, in other embodiments, the implementation of the cryogenic liquid storage tank further comprises a channel for supplying condensed steam (in the form of a mixture with a heated supplied cryogenic liquid) from the lower part of the densely packed nozzle to the lower part of the cryogenic liquid storage tank. Such a channel may include a lower shell (such as a bottom nozzle), which excludes access from the vapor space to the lower part of the densely packed nozzle, and a pipeline for supplying liquid collected at the bottom of the shell to the lower part of the cryogenic liquid storage tank.
Адекватное распределение криогенной жидкости над верхней частью плотно расположенной насадки может быть достигнуто простым выпуском подаваемой жидкости на верхнюю часть насадки и использованием способности к распределению, присущей насадке.Adequate distribution of cryogenic fluid over the upper portion of the densely packed nozzle can be achieved by simply releasing the supplied fluid to the upper portion of the nozzle and using the distribution ability inherent in the nozzle.
В качестве альтернативы резервуар может также содержать распределитель жидкости для по существу равномерного распределения подаваемой криогенной жидкости над верхней частью плотно расположенной контактной насадки пар-жидкость. Может быть использован любой обычный распределитель жидкости. Распределитель может находиться под давлением (в этом случае это может быть закрытый распределитель, такой как труба, устройство для разбрызгивания или распыления), или же он может не находиться под давлением (в этом случае это может быть открытый распределитель, такой как пластина или желобчатый распределитель). В предпочтительных вариантах осуществления распределитель представляет собой пластину с паровыми стояками и множеством распределительных отверстий.Alternatively, the reservoir may also comprise a liquid distributor for substantially evenly distributing the supplied cryogenic liquid over the upper portion of the closely spaced vapor-liquid contact nozzle. Any conventional liquid dispenser may be used. The valve can be under pressure (in this case it can be a closed valve, such as a pipe, a device for spraying or spraying), or it can be not under pressure (in this case it can be an open valve, such as a plate or grooved valve ) In preferred embodiments, the dispenser is a plate with steam risers and a plurality of distribution openings.
Резервуар для хранения криогенной жидкости может иметь более одного конденсатора и/или более одного впускного отверстия в одном конденсаторе. Впускное отверстие может быть разделено для обеспечения подачи в несколько конденсаторов. Однако в предпочтительных вариантах осуществления резервуар для хранения имеет один конденсатор и одно впускное отверстие для подачи криогенной жидкости в конденсатор.A cryogenic liquid storage tank may have more than one condenser and / or more than one inlet in one condenser. The inlet may be divided to allow supply to several capacitors. However, in preferred embodiments, the storage tank has one condenser and one inlet for supplying cryogenic liquid to the condenser.
Впускное отверстие для конденсатора может быть единственным впускным отверстием в резервуар. Однако в альтернативном варианте осуществления может быть по меньшей мере одно дополнительное впускное отверстие. Одно или каждое из дополнительных отверстий, как правило, не подает среду в конденсатор, а обычно образовано для подачи криогенной жидкости непосредственно в нижнюю часть резервуара через паровое пространство. В некоторых вариантах осуществления подача жидкости в резервуар разделена на две части. Первая часть жидкости охлаждается и подается в конденсатор, а вторая часть без переохлаждения подается непосредственно в жидкость, находящуюся в нижней части резервуара. Снижение расхода переохлажденной части жидкости предполагает, что общая площадь поверхности насадки может быть уменьшена.The inlet for the condenser may be the only inlet to the tank. However, in an alternative embodiment, there may be at least one additional inlet. One or each of the additional openings, as a rule, does not feed the medium into the condenser, but is usually formed to supply cryogenic liquid directly to the lower part of the tank through the vapor space. In some embodiments, the fluid supply to the reservoir is divided into two parts. The first part of the liquid is cooled and fed into the condenser, and the second part without subcooling is supplied directly to the liquid located in the lower part of the tank. A reduction in the flow rate of the supercooled portion of the fluid suggests that the total surface area of the nozzle can be reduced.
Давление в резервуаре может контролироваться или изменением степени переохлаждения жидкости, подаваемой в виде единого потока, или же разделением потока на переохлажденную часть жидкости и часть, не подвергаемую переохлаждению. Или по выбору может быть первичной системой контроля давления с клапаном вентиляции и испарителя для увеличения давления, действующего в качестве вторичной системы в случае, если первичная система не в состоянии поддерживать давление в требуемом интервале.The pressure in the tank can be controlled either by changing the degree of supercooling of the liquid supplied as a single stream, or by dividing the stream into a supercooled part of the liquid and a part not subjected to supercooling. Or, optionally, it may be a primary pressure control system with a ventilation valve and an evaporator to increase the pressure acting as a secondary system if the primary system is not able to maintain pressure in the required range.
Конденсатор согласно изобретению имеет частное применение в резервуарах для хранения криогенной жидкости очень большой емкости, т.е. емкостью более 500 м3. Верхний предел емкости резервуаров для хранения криогенной жидкости согласно изобретению может составлять около 60000 м3, например, около 40000 м3 (в частности, это резервуары для хранения СПГ, установленные на борту судна) или около 5000 м3 (в частности, это резервуары для хранения жидкого кислорода или азота).The condenser according to the invention is of particular use in very large capacity cryogenic liquid storage tanks, i.e. with a capacity of more than 500 m 3 . The upper limit of the capacity of the tanks for storing cryogenic liquid according to the invention can be about 60,000 m 3 , for example, about 40,000 m 3 (in particular, these are LNG storage tanks installed on board the vessel) or about 5000 m 3 (in particular, these are tanks for storage of liquid oxygen or nitrogen).
Резервуары для хранения криогенной жидкости согласно изобретению предпочтительно адаптированы для хранения криогенных жидкостей под низким давлением, т.е. жидкостей, имеющих давление от около 0,5 бар вакуума (около 50 кПа абсолютного давления) до около 3 бар избыточного давления (около 400 кПа абсолютного давления), предпочтительно от около атмосферного давления (около 100 кПа абсолютного давления) до около 0,5 бар избыточного давления (около 150 кПа абсолютного давления).The cryogenic liquid storage tanks according to the invention are preferably adapted to store cryogenic liquids under low pressure, i.e. liquids having a pressure of from about 0.5 bar vacuum (about 50 kPa absolute pressure) to about 3 bar gauge pressure (about 400 kPa absolute pressure), preferably from about atmospheric pressure (about 100 kPa absolute pressure) to about 0.5 bar overpressure (about 150 kPa absolute pressure).
Устройство обычно сконструировано для конденсации максимального количества пара, образованного следующими источниками:The device is usually designed to condense the maximum amount of steam generated by the following sources:
(a) притоком тепла в резервуар и испарением части содержимого;(a) the influx of heat into the tank and the evaporation of part of the contents;
(b) паром, вытесненным при заполнении резервуара жидкостью;(b) steam displaced by filling the tank with liquid;
(c) мгновенным испарением от любой части подаваемой жидкости, которая не переохлаждена; и(c) flash evaporation from any part of the liquid that is not supercooled; and
(d) паром, образованным мгновенным испарением обратных потоков, закачиваемых в резервуар.(d) steam generated by the instantaneous evaporation of the return flows pumped into the tank.
Расчеты для определения количества пара, производимого источниками (а), (b), (с) и (d), хорошо известны специалистам в данной области техники. Для специалиста также понятно, что объемный расход пара, вытесненного при заполнении резервуара жидкостью, равен объемному расходу жидкости, поданной в резервуар. Как правило, приток тепла в резервуар через теплоизоляцию приводит к испарению от около 0,2% до около 0,5% от полного содержимого резервуара в день.Calculations for determining the amount of steam produced by sources (a), (b), (c) and (d) are well known to those skilled in the art. It will also be understood by those skilled in the art that the volumetric flow rate of steam displaced when the reservoir is filled with liquid is equal to the volumetric flow rate of the liquid supplied to the reservoir. As a rule, the influx of heat into the tank through thermal insulation leads to evaporation from about 0.2% to about 0.5% of the total contents of the tank per day.
Суммарное образование пара составляет V (в кг/с). Нагрузка Q (в кВт) равна V·dH, где dH - скрытая теплота испарения хранящейся текучей среды (в кДж/кг). Требуемая площадь поверхности теплопередачи А (в м2) рассчитывается из рассчитанной нагрузки Q, коэффициента теплопередачи U (в кДж/м2/K) и логарифма средней разности температуры («LMTD») между конденсируемым паром и жидкостью, проходящей по поверхности, в соответствии со следующей формулой:The total vapor production is V (in kg / s). The load Q (in kW) is V · dH, where dH is the latent heat of vaporization of the stored fluid (in kJ / kg). The required heat transfer surface area A (in m 2 ) is calculated from the calculated load Q, heat transfer coefficient U (in kJ / m 2 / K) and the logarithm of the average temperature difference ("LMTD") between the condensed vapor and the liquid passing through the surface, in accordance with the following formula:
A=Q/(U·LMTD)A = Q / (U LMTD)
Коэффициент теплопередачи может быть оценен из соответствующих литературных данных, а LMTD может быть рассчитан из потока переохлажденной жидкости, потока пара и температуры жидкости и пара. Соответствующие предельные условия могут быть применены к требуемой площади А для получения фактической площади А*.The heat transfer coefficient can be estimated from the corresponding literature data, and LMTD can be calculated from the flow of supercooled liquid, the flow of steam and the temperature of the liquid and steam. Corresponding marginal conditions can be applied to the required area A to obtain the actual area A *.
Посредством разработки устройства для сближения температуры жидкости и пара (например, с разностью менее 0,5 K, так что разность очень мала) нагрузка для фиксированной площади поверхности может быть сделана невосприимчивой к коэффициенту теплопередачи, так что его величина не должна быть определена точным образом.By developing a device for approximating the temperature of a liquid and a vapor (for example, with a difference of less than 0.5 K, so that the difference is very small), the load for a fixed surface area can be made immune to the heat transfer coefficient, so that its value does not have to be determined exactly.
Объем насадки, которая должна быть использована, Р (в м3), может быть затем определен как Р=А*/а, где а - площадь поверхности на единичный объем насадки (в м2/м3). Площадь поперечного сечения устройства, Х (в м2), должна быть определена при использовании методов проектирования, рекомендованных для выбранной насадки, для обеспечения низкого перепада давления пара и того, что максимальные расходы пара и жидкости не приведут к захлебыванию насадки, если весь пар будет введен в нижнюю часть насадки. Такой метод проектирования хорошо известен в данной области техники и не будет здесь описан. Высота насадки Н (в м) может быть, соответственно, определена как Н=Р/Х.The volume of the nozzle to be used, P (in m 3 ), can then be defined as P = A * / a, where a is the surface area per unit volume of the nozzle (in m 2 / m 3 ). The cross-sectional area of the device, X (in m 2 ), should be determined using the design methods recommended for the selected nozzle, to ensure a low differential pressure of steam and that the maximum flow rates of steam and liquid will not lead to flooding of the nozzle if all the steam is inserted into the bottom of the nozzle. Such a design method is well known in the art and will not be described here. The height of the nozzle N (in m) can, accordingly, be defined as H = P / X.
В вариантах осуществления с использованием распределителя жидкости, который распределяет подаваемую жидкость в основном равномерно по верхней части плотно расположенной насадки для соприкосновения пара с жидкостью, данный распределитель жидкости должен быть обычно подобран таким образом, чтобы поток жидкости с верхней стороны насадки был как можно более равномерным. Конструкция такого распределителя хорошо известна и не будет описана здесь. Должно быть достаточное пространство для прохождения пара вокруг распределителя жидкости, с тем, чтобы обеспечить максимальный рассчитанный поток пара для их введения в верхнюю часть устройства при достаточно низком перепаде давления.In embodiments using a fluid distributor that distributes the feed fluid substantially evenly over the top of the densely packed nozzle to allow steam to contact the fluid, the fluid distributor should typically be selected so that the fluid flow from the top of the nozzle is as uniform as possible. The design of such a distributor is well known and will not be described here. There should be sufficient space for the passage of steam around the liquid distributor in order to ensure the maximum calculated steam flow for their introduction into the upper part of the device at a sufficiently low pressure drop.
В других вариантах осуществления жидкость может подаваться из одного места с верхней стороны насадки. В таких вариантах осуществления эффективная площадь поверхности насадки должна быть уменьшена для учета поверхности, которая не смачивается жидкостью.In other embodiments, the implementation of the fluid can be supplied from one place from the upper side of the nozzle. In such embodiments, the effective surface area of the nozzle should be reduced to account for a surface that is not wetted by the liquid.
В соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения обеспечивается способ конденсации пара, образованного в резервуаре для хранения криогенной жидкости; резервуар имеет нижнюю часть для хранения криогенной жидкости, паровое пространство, образованное над жидкостью, и конденсатор для конденсации образованного пара непосредственным теплообменом с криогенной жидкостью, подаваемой в резервуар; конденсатор содержит контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью; при этом способ включает:According to a second embodiment of the present invention, there is provided a method for condensing steam generated in a cryogenic liquid storage tank; the tank has a lower part for storing cryogenic liquid, a vapor space formed above the liquid, and a condenser for condensing the formed vapor by direct heat exchange with the cryogenic liquid supplied to the tank; the condenser comprises a contact nozzle for contacting the vapor with the liquid; wherein the method includes:
переохлаждение криогенной жидкости из источника криогенной жидкости, который является независимым от резервуара, для получения переохлажденной криогенной жидкости; иhypothermia of a cryogenic liquid from a source of cryogenic liquid, which is independent of the reservoir, to obtain a supercooled cryogenic liquid; and
подачу переохлажденной криогенной жидкости в контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью в конденсаторе, посредством чего образованный пар из парового пространства резервуара конденсируется в насадке конденсатора вследствие непосредственного теплообмена с подаваемой криогенной жидкостью.the supply of supercooled cryogenic liquid to the contact nozzle for contacting the vapor with the liquid in the condenser, whereby the generated steam from the vapor space of the tank condenses in the condenser nozzle due to direct heat exchange with the supplied cryogenic liquid.
Предпочтительно объем подаваемой криогенной жидкости должен быть достаточным для втягивания образованного пара в плотно расположенную контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью.Preferably, the volume of cryogenic fluid to be supplied is sufficient to draw the generated steam into the tightly mounted contact nozzle to allow the steam to contact the liquid.
Способ предпочтительно также включает распределение переохлажденной криогенной жидкости в основном равномерно над верхней частью плотно расположенной контактной насадки для соприкосновения пара с жидкостью.The method preferably also includes distributing the supercooled cryogenic liquid substantially uniformly over the upper portion of the densely positioned contact nozzle for contacting the vapor with the liquid.
Этот способ может быть интегрирован в процесс разделения воздуха при низкой температуре для получения криогенной жидкости (например, жидкого азота, кислорода или аргона) или в процесс сжижения для получения криогенной жидкости (например, СПГ или жидкого водорода). В других вариантах осуществления данный способ может также включать удаление криогенной жидкости из резервуара для хранения, прокачку жидкости и последующее переохлаждение прокачиваемой жидкости для получения подаваемой переохлажденной криогенной жидкости.This method can be integrated into a low-temperature air separation process to produce a cryogenic liquid (e.g., liquid nitrogen, oxygen or argon) or into a liquefaction process to produce a cryogenic liquid (e.g., LNG or liquid hydrogen). In other embodiments, the method may also include removing the cryogenic liquid from the storage tank, pumping the liquid, and then supercooling the pumped liquid to produce a supplied supercooled cryogenic liquid.
Особенно предпочтительные варианты осуществления резервуара для хранения криогенной жидкости или способа в соответствии с настоящим изобретением в основном описаны здесь со ссылками на сопроводительные чертежи.Particularly preferred embodiments of a cryogenic liquid storage tank or method in accordance with the present invention are mainly described herein with reference to the accompanying drawings.
Заявленное изобретение теперь будет описано только в виде примеров со ссылками на сопроводительные чертежи. На чертежах:The claimed invention will now be described only as examples with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
на фиг.1 показано схематическое изображение поперечного сечения резервуара для хранения криогенной жидкости для одного из вариантов осуществления изобретения;1 shows a schematic cross-sectional view of a cryogenic liquid storage tank for one embodiment of the invention;
на фиг.2 показано схематическое изображение поперечного сечения резервуара для хранения криогенной жидкости для другого варианта осуществления изобретения;2 is a schematic cross-sectional view of a cryogenic liquid storage tank for another embodiment of the invention;
на фиг.3 показано схематическое изображение поперечного сечения конденсатора в соответствии с изобретением; иfigure 3 shows a schematic cross-sectional view of a capacitor in accordance with the invention; and
на фиг.4 показана горизонтальная проекция распределительной пластины 24 распределителя, изображенного на фиг.3.figure 4 shows a horizontal projection of the
На фиг.1 показан резервуар 10 для хранения криогенной жидкости в соответствии с изобретением. Резервуар может быть использован для размещения любой криогенной текучей среды, такой как СПГ, жидкие азот, аргон, кислород и т.п. Резервуар для хранения криогенной жидкости теплоизолирован, однако теплоизоляция не показана на фигуре.1 shows a
Резервуар 10 имеет нижнюю часть 12 для приема криогенной жидкости 14 и паровое пространство 16, образованное над нижней частью 12. Клапан вентиляции 18 установлен для сброса чрезмерно повышенного давления образованного пара в паровом пространстве 16. Клапан вентиляции 18 управляется блоком 20 для контроля давления. Поток 22 криогенной жидкости удаляется из резервуара 10 и подается насосом 24 под повышенным давлением, создавая нагнетаемый поток 26 криогенной жидкости. Нагнетаемый поток 26 разделяется на две части. Первая часть 28 при пониженном давлении после клапана 30 возвращается в резервуар 10. Вторая часть 32 удаляется в качестве выходного потока.The
Резервуар 10 используется для подачи криогенной жидкости непрерывным или прерывистым образом в последующий узел (не показан) или для транспортировки. Обычно имеется одна или несколько возвратных линий 28 с насосами/насосом, по которым часть нагнетаемой текучей среды возвращается для контроля. Любая возращенная жидкость будет способствовать дополнительному испарению вследствие работы насоса и притока тепла в трубопроводы, что увеличивает теплосодержание возвращаемой жидкости.The
Признаки 10-32 в основном хорошо известны в данной области техники.Signs 10-32 are generally well known in the art.
Конденсатор 34 установлен в паровом пространстве 16 резервуара 10 и содержит плотно расположенную контактную насадку 36 для соприкосновения пара с жидкостью. Поток 38 подаваемой криогенной жидкости поступает в резервуар 10 через впускное отверстие 40. Подаваемый поток 38 подвергается переохлаждению (не показано) по меньшей мере в той степени, которая требуется для сведения к минимуму или устранения необходимости в удалении образованного пара через клапан вентиляции 18. Подаваемый поток 38 распределяется в основном равномерно по верхней части плотно расположенной насадки 36 для соприкосновения пара с жидкостью при использовании распределителя жидкости (не показан). Переохлажденная жидкость распределяется поверх насадки, что обеспечивает большую площадь поверхности соприкосновения пара с жидкостью, и конденсирует образованный пар. Сконденсированный пар (вместе с нагретой подаваемой жидкостью) выпускается из конденсатора 34 в хранящуюся жидкость 14.The
Конденсатор 34 открыт в паровое пространство 16 как со стороны верхней части, так и со стороны нижней части. Процесс конденсации пара внутри конденсатора 34 обусловливает втягивание образованного пара в конденсатор со стороны верхней части и со стороны нижней части конденсатора. Больше пара втягивается со стороны верхней части по сравнению с нижней частью, поскольку она холоднее, и поэтому в ней конденсация осуществляется в большей степени. Верхняя часть холоднее нижней части, поскольку переохлажденная жидкость подается в эту часть конденсатора 34.The
На фиг.2 показан другой вариант осуществления резервуара 10 для хранения криогенной жидкости согласно изобретению. Элементы (10-36) резервуара 10, изображенные на фиг.2, те же самые, что и элементы резервуара 10, изображенного на фиг.1, и поэтому для этих элементов использованы те же самые цифровые обозначения. Ниже представлено обсуждение тех элементов резервуара 10 на фиг.2, которые отличаются от резервуара 10 на фиг.1.2 shows another embodiment of a cryogenic
Оба потока 42 и 46 подаваемой криогенной жидкости поступают в резервуар 10 (соответственно через впускные отверстия 44 и 48). Однако только поток 42 подвергается переохлаждению (не показано), и, соответственно, только поток 42 направляется в конденсатор 34. Этот вариант осуществления может быть использован, если на самом деле имеются два подаваемых потока от разных источников. В качестве альтернативы единственный подаваемый поток может быть разделен на две части, лишь одна из которых может переохлаждаться. В этом альтернативном варианте осуществления переохлажденная часть должна иметь степень переохлаждения больше, чем в случае, показанном на фиг.1. Более высокая степень переохлаждения увеличивает интенсивность воздействия, приводящего к конденсации пара, образованного в резервуаре, и поэтому позволяет уменьшить площадь поверхности контактной насадки. Кроме того, уменьшенный поток жидкости через насадку способствует также возможности уменьшения поперечного сечения контактной насадки. Этих преимуществ достаточно для обоснования дополнительного усложнения конструкции на фиг.2 по сравнению с фиг.1.Both
На фиг.3 показан распределитель жидкости 50, объединенный с конденсатором 34 на фиг.1 (или фиг.2). Данная комбинированная конструкция включает внешнюю стенку 52 оболочки и пластину 54 распределителя жидкости, имеющую паровые стояки 56 и отверстия 58 для распределения жидкости. Под распределителем 50 жидкости размещена плотно расположенная контактная насадка 36 с большой площадью поверхности. Насадка 36 обычно имеет опорный элемент (не показан), расположенный с ее нижней стороны, и, возможно, прижимной элемент (не показан), расположенный сверху.Figure 3 shows the
На фиг.4 показана горизонтальная проекция пластины 24 такого распределителя с паровыми стояками 56 и распределительными отверстиями 58. Любой известный альтернативный вид распределения жидкости (например, желобчатый распределитель) может быть использован вместо изображенного распределителя с пластиной и стояками.Figure 4 shows a horizontal projection of the
Переохлажденная жидкость поступает в распределитель 50 через подающую трубу 60 и распределяется в основном равномерно через отверстия 58 на верхнюю часть плотно расположенного материала насадки 36.The supercooled liquid enters the
Образованный пар свободно проходит в конденсатор 34 сверху и снизу, поскольку верхний и нижний концы конденсатора открыты в паровое пространство. Поскольку переохлажденная жидкость проходит со стороны верхнего конца устройства, то основная конденсация пара будет происходить в верхней части плотно расположенной насадки, так как разность температур между переохлажденной жидкостью и насыщенным образованным паром будет больше в этой части по сравнению с более низкой частью, в которой жидкость нагревается вследствие конденсации пара. Поэтому основная часть пара, проходящего в конденсатор, будет стремиться к введению через его верхнюю часть. В комбинированной конструкции, показанной на фиг.3, пар, находящийся вверху, перемещается вниз по паровым стоякам 56. Однако пар также перемещается вверх в контактный материал, который «засасывается» в него вследствие конденсации, происходящей в насадке.The steam formed freely passes into the
Поскольку основная часть пара поступает сверху, то отсутствует проблема с гидравлическим захлебыванием конденсатора. Такой конденсатор также компенсирует ухудшенное распределение жидкости по сравнению с проектом, поскольку пар предпочтительно будет вовлекаться в те места насадки, в которых температура будет меньше среднего значения (которые образовались бы в том случае, если бы в эти места вследствие диспропорции в распределении подавалось бы больше жидкости по сравнению с ее средним количеством).Since the main part of the steam comes from above, there is no problem with hydraulic flooding of the condenser. Such a condenser also compensates for the deteriorated liquid distribution compared with the project, since the steam will preferably be drawn into those places of the nozzle in which the temperature would be less than the average value (which would have formed if more liquid had been delivered to these places due to the imbalance in the distribution compared to its average amount).
Распределитель жидкости такого типа, как это показано на фиг.3, мог бы захлебываться в случае блокирования некоторых распределительных отверстий 58 или при большем, по сравнению с проектом, потоке подаваемой жидкости. Поскольку конденсатор открыт в паровое пространство на обоих концах, то такое захлебывание могло бы лишь уменьшить эффективность устройства, но не остановить его работу. Избыток жидкости переливался бы через верхний край стенки 52 оболочки (который в идеальном случае должен быть расположен ниже верхних концов стояков 56 так, чтобы не ограничивалось прохождение пара с верхней стороны).A liquid distributor of the type shown in FIG. 3 could be flooded if some of the
Следует заметить, что именно конденсация пара внутри конденсатора обеспечивает прохождение пара в конденсатор. Соответственно, конденсатор может быть размещен в любом подходящем месте парового пространства резервуара, т.е. он не нуждается в размещении в том определенном месте, в котором расположена линия 18 с клапаном вентиляции.It should be noted that it is the condensation of steam inside the condenser that ensures the passage of steam into the condenser. Accordingly, the condenser can be placed at any suitable place in the vapor space of the tank, i.e. he does not need to be placed in that particular place where
В этом описании термин «средство» в контексте средства для выполнения частной функции означает любое подходящее устройство, адаптированное или сконструированное для выполнения этой функции.In this description, the term "means" in the context of means for performing a particular function means any suitable device adapted or constructed to perform this function.
Следует принимать во внимание, что изобретение не ограничено элементами, приведенными выше со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, и могут быть сделаны многочисленные модификации и варианты без отклонения от объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.It should be appreciated that the invention is not limited to the elements set forth above with reference to preferred embodiments, and numerous modifications and variations can be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (20)
конденсатор для конденсации образованного пара непосредственным теплообменом с криогенной жидкостью, подаваемой в резервуар, причем конденсатор содержит плотно расположенную контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью, насадка содержит верхнюю часть и нижнюю часть, при этом по меньшей мере верхняя часть открыта в паровое пространство, обеспечивая приток образованного пара в насадку, а нижняя часть обеспечивает прохождение потока текучей среды в нижнюю часть резервуара для хранения криогенной жидкости,
источник подачи криогенной жидкости, который является независимым от резервуара;
впускное отверстие для подачи указанной криогенной жидкости в верхнюю часть плотно расположенной контактной насадки для соприкосновения пара с жидкостью, и
выпускное отверстие для удаления криогенной жидкости из нижней части резервуара.1. A reservoir for storing cryogenic liquid, having a lower part for storing cryogenic liquid, and a vapor space formed on its upper side, containing:
a condenser for condensing the generated steam by direct heat exchange with a cryogenic liquid supplied to the tank, the condenser containing a tightly located contact nozzle for contacting the vapor with the liquid, the nozzle contains an upper part and a lower part, while at least the upper part is open to the vapor space, providing an inflow formed steam into the nozzle, and the lower part allows the flow of fluid to the lower part of the reservoir for storing cryogenic liquid,
a cryogenic fluid supply that is independent of the reservoir;
an inlet for supplying said cryogenic liquid to the upper part of the densely arranged contact nozzle for contacting the vapor with the liquid, and
an outlet for removing cryogenic fluid from the bottom of the tank.
насос для подачи криогенной жидкости,
трубопровод для подачи криогенной жидкости из резервуара для ее хранения в насос,
теплообменник для переохлаждения криогенной жидкости посредством косвенного теплообмена с хладагентом для получения переохлажденной криогенной жидкости,
трубопровод для подачи нагнетаемой криогенной жидкости от насоса к теплообменнику, и
трубопровод для подачи переохлажденной криогенной жидкости из теплообменника во впускное отверстие резервуара для хранения.11. The tank for storing cryogenic liquid according to claim 1, additionally containing:
cryogenic fluid pump
a pipeline for supplying cryogenic liquid from the reservoir for storage into the pump,
a heat exchanger for supercooling a cryogenic liquid by indirect heat exchange with a refrigerant to obtain a supercooled cryogenic liquid,
a pipeline for supplying injected cryogenic fluid from the pump to the heat exchanger, and
a pipeline for supplying supercooled cryogenic liquid from the heat exchanger to the inlet of the storage tank.
переохлаждение криогенной жидкости от источника подачи криогенной жидкости, который является независимым от резервуара, для получения переохлажденной криогенной жидкости, и
подачу указанной переохлажденной криогенной жидкости в контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью в конденсаторе, посредством чего образованный пар из парового пространства резервуара конденсируют в насадке конденсатора вследствие непосредственного теплообмена с подаваемой криогенной жидкостью.15. A method of condensing steam generated in a cryogenic liquid storage tank, the tank having a lower part for storing cryogenic liquid, a vapor space formed above the liquid, and a condenser for condensing the formed steam by direct heat exchange with the cryogenic liquid supplied to the tank, the condenser contains a contact nozzle for contacting steam with a liquid, including:
hypothermia of the cryogenic liquid from the cryogenic liquid supply source, which is independent of the reservoir, to obtain a supercooled cryogenic liquid, and
supplying said supercooled cryogenic liquid to the contact nozzle for contacting the vapor with the liquid in the condenser, whereby the generated steam from the vapor space of the tank is condensed in the condenser nozzle due to direct heat exchange with the supplied cryogenic liquid.
удаление криогенной жидкости из резервуара для хранения, нагнетание указанной криогенной жидкости в насосе для получения нагнетаемой криогенной жидкости;
переохлаждение указанной нагнетаемой криогенной жидкости в теплообменнике посредством косвенного теплообмена с хладагентом для получения переохлажденной криогенной жидкости; и
подачу указанной переохлажденной криогенной жидкости в контактную насадку для соприкосновения пара с жидкостью в конденсаторе резервуара.18. The method according to clause 15 further comprising:
removing cryogenic fluid from the storage tank, injecting said cryogenic fluid in a pump to produce a pumped cryogenic fluid;
supercooling of said injected cryogenic liquid in a heat exchanger by indirect heat exchange with a refrigerant to obtain a supercooled cryogenic liquid; and
supplying said supercooled cryogenic liquid to the contact nozzle for contacting the vapor with the liquid in the tank condenser.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007102168/11A RU2399508C2 (en) | 2007-01-19 | 2007-01-19 | Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007102168/11A RU2399508C2 (en) | 2007-01-19 | 2007-01-19 | Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007102168A RU2007102168A (en) | 2008-07-27 |
| RU2399508C2 true RU2399508C2 (en) | 2010-09-20 |
Family
ID=39810565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007102168/11A RU2399508C2 (en) | 2007-01-19 | 2007-01-19 | Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399508C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772630C2 (en) * | 2018-01-23 | 2022-05-23 | Газтранспорт Эт Технигаз | Method and system for processing gas in installation for gas storage of gas transportation tanker |
| US11608937B2 (en) | 2020-01-30 | 2023-03-21 | Caterpillar Inc. | Separation and venting cryogenic liquid from vapor on a mobile machine |
-
2007
- 2007-01-19 RU RU2007102168/11A patent/RU2399508C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Монтаж емкости [он-лайн]. - М., 1996, [найдено 25.11.2009]. Найдено из Интернет http://www.technomontage.ru/emk/. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772630C2 (en) * | 2018-01-23 | 2022-05-23 | Газтранспорт Эт Технигаз | Method and system for processing gas in installation for gas storage of gas transportation tanker |
| US11608937B2 (en) | 2020-01-30 | 2023-03-21 | Caterpillar Inc. | Separation and venting cryogenic liquid from vapor on a mobile machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007102168A (en) | 2008-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7581405B2 (en) | Storage vessel for cryogenic liquid | |
| US11174991B2 (en) | Cryogenic fluid dispensing system having a chilling reservoir | |
| US7155917B2 (en) | Apparatus and methods for converting a cryogenic fluid into gas | |
| EP2044361B1 (en) | Method and apparatus for vaporizing a liquid stream | |
| RU2628337C2 (en) | Methods of storage of cryogenic fluid environments in storage tanks | |
| KR101643712B1 (en) | Oil vapor recovery equipment | |
| JPH08320099A (en) | Equipment and method of adjusting temperature of cryogenic fluid | |
| US3421574A (en) | Method and apparatus for vaporizing and superheating cold liquefied gas | |
| NO140161B (en) | PLANT MACHINE. | |
| CN113800140A (en) | System and method for managing pressure in an underground cryogenic liquid storage tank | |
| JPH02133309A (en) | System and method for dispensing liquid carbon dioxide | |
| RU2399508C2 (en) | Reservoir for cryogenic liquid and method of condensing vapour formed in said reservoir | |
| JPH01234699A (en) | Dewar bottle for storing or transporting cryogenic fluid and method of preventing loss of stored freezing mixture | |
| US4180123A (en) | Mixed-component refrigeration in shell-tube exchanger | |
| JP2007247797A (en) | Lng vaporizer | |
| PH12014502742B1 (en) | Apparatus and method for heating a liquefied stream | |
| KR101816951B1 (en) | U-tube vaporizer | |
| EP4117798A1 (en) | Device and method for distillation | |
| CN109716012B (en) | Regasification plant | |
| JPH03229100A (en) | Vaporizer for cryogenic liquefied gas | |
| FR3084135A1 (en) | INSTALLATION AND METHOD FOR STORING AND DISPENSING CRYOGENIC LIQUID | |
| US3132489A (en) | Apparatus for the refrigerated storage of liquefied gas | |
| KR102002994B1 (en) | Mixed refrigerant separating and recovering apparatus for mproving srorage efficiency | |
| RU1778470C (en) | Device for cooling object with liquid cooling agent | |
| WO2021116539A1 (en) | Installation and method for storing and distributing cryogenic liquid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140120 |