Способ хранения сжиженного природного газа в транспортной емкости

 

Сущность изобретения безопасные условия дренирования паров сжиженных природных газов при их транспортировке в цистерне, при этом сброс паров в атмосферу ведут со скоростью W газодинамической дестабилизации горения выраженный эмпирической зависимостью: 16000xdsW W. где W - скорость звука при температуре сбрасываемого газа; d /4-16/x1Cf - внутренний диаметр дренажной трубки 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4927275/26 (22) 11.04.91 (46) 15.1193 Бюл. Йа 41-42 (71) Уральский нау ао-производственный комплекс криогенного машиностроения (72) Бебелин И.Н„Беляков С.В„Зашляпин РА„. Карфидов НА; Петренко В.М;, Синицын ЕЯ„Черемных

ОЯ„Шушков СЛ. (23) Уральский научно-производственный комплекс криогенного машиностроения (54) СПОСОБ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО

ПРИРОДНОГО ГАЗА В ТРАНСПОРТНОЙ ЕМ(19) RU (11) 2002990 С1 (51)5 F17C300 F17C700

КОСТИ (57) Сущность изобретения: безопасные условия дренирования паров сжиженных природных газов при их транспортировке в цистерне, при этом сброс паров в атмосферу ведут со скоростью W газодинамической дестабилизации горения, выраженный эмпирической зависимостью; 16000x d < W(W, о где Ч/ — скорость звука при температуре сбрасыт ваемого газа; d =/4-16/х10 — внутренний диа9 метр дренажнои трубки, 2 ил.

2002990

Изобретение относится к химическому и нефтяному машиностроению. преимущественно к криогенному, и позволяет создать безопасные условия при хранении и транспортировке сжиженного природного газа (СПГ). например метана.

Известен способ хранения СПГ в транспортной емкости, взятой за прототип, включающий наполнение ее криопродуктом, хранение под избыточным давлением, нагрев дренажируемых паров в теплообменнике и сброс паров в атмосферу по трубке малого диаметра при скоростях истечения, соответствующих минимальному давлению в сосуде, обусловленному предотвращением диффузионного проникновения атмосферного воздуха во внутрь трубы при сбросе.

По прототипу транспортная емкость имеет сравнительно небольшой объем 6 м, снабжена предохранительным клапаном на

10 атм, в то время как автоматический клапан сброса паров срабатывает при предельно низком давлении 1 атм, что может свидетельствовать о цели сброса через трубку малого диаметра — уменьшить зону воспламенения и зону пламени дренажируеМого горючего газа, но не исключает самоподдерживающего горения при воспламенении потока, что является недостатком способа, особенно при увеличении объема транспортных средств до 65-100 м з и, следовательно, увеличении количества сбрасываемых паров.

Цель заявляемого способа — повышение безопасности хранения за счет газодинамической дестабилизации горения, дренажируемого в атмосферу газа. В способе хранения СПГ вемкости,,включающем ее наполнение криожидкостью, хранение под избыточным давлением, отвод образующихся паров по дренажной трубке малого диаметра, их нагрев в теплообменнике и сброс в атмосферу, сброс паров в атмосферу ведут со скоростью Nl, исключающей возможность самоподдерживающегося горения сбрасываемого в атмосферу газа, выраженной эмпирической зависимостью

16000d. W W>, где do=(4-16) 10 — внутренний диа-з метр трубки, м;

И1 — скорость звука при температуре сбрасываемого гээа, м/с.

При данном условии истечения газа реализуется процесс течения струи, при котором осевая скорость в любой точке области струи. при любом составе гаэовоздушной смеси, превышает скорость горения смеси в данной точке. Это обуславливает отсутст50 прямые минимально допустимой скорости истечения газа (W=16000do) с внутренним диаметром концевого патрубка соответственно 9, 10. 12 мм.

Согласно графику (см.фиг.2) вначале сброс паров ведут по двум ветвям через четыре концевых патрубка 6 и 7 (на графике ломаные линии 6, 4, 2) со скоростью звука в данной среде до некоторого давления. После чего. скорость истечения резко понижается и достигает минимально допустимой вие самоподдерживающегося горения дренажируемого газа даже при наличии источника инициирования, что нашло экспериментальное подтверждение.

Выбранные диаметры трубок (4-16 мм) характеризуют "дренажную трубку малото диаметра". И как показывают пневмогидридравлические расчеты, являются оптимальными. За их пределами при диаметре

10 трубки менее 4 мм значительно увеличивается время дренажа, а при диаметре более

16 мм трудно соблюсти указанные условия сброса и возможно горение дренажируемого газа при случайном инициИровании.

Для обеспечения укаэанного эффекта воздушное пространство, занимаемое истекающей газовоздушной струейдолжно быть свободным, т.е. в нем не должно быть какихлибо предметов, тормозящих поток. Такое

20 пространство называется свободным и представляет собой усеченный конус, размеры которого определяются из известных зависимостей. Оно определяет конструктивное устройство (расположение) патруб25 ков сброса на транспортном средстве и место сброса.

На фиг,1 схематично изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 — график зависимости

30 скорости сброса паров СПГ от давления в емкости для различных диаметров трубок.

На транспортном средстве 1 размещены емкость 2,.трубопровод подачи газа 3, связанный с теплообменником 4 и дренажной трубкой малого диаметра 5. оканчивающийся патрубком 6 и 7 с вентилями 8 и 9, Патрубки 6 и 7 монтируются по одну сторону транспортного средства. Патрубки 10 и 11 дублируют патрубки 6 и 7. Ими пользуются

40 в тех случаях, когда удобно вести сброс по другую сторону транспортного средства.

На графике (см,фиг.2) ломаные линии 6, 4, 2, 3 изображена зависимость скорости сброса паров СПГ от давления в емкости для

45 различных диаметров и количеств концевых патрубков. Линии 6, 4, 2 для четырех патрубков диаметрами соответственно 12, 10, 9 мм. Линия 3 — для двух патрубков диаметром 9 мм, линии 1, 5, 7 — ограничительные

2002990

35 скорости (Ю=160004о) и соответствующего ей предельного давления (пересечение линий 6, 4, 2 с ограничительными прямыми 1, 5, 7). Для дальнейшего сброса давления с условиями газодинамической дестабилизации дренажируемого газа, производят переключение на одну ветвь 6 или 7 (два концевых патрубка), Заявленный способ был осуществлен в криогенной емкости объемом 65 м, максимальное давление в емкости 0,5 МПа, обусловленное прочностью сосуда, минимальное — 0,15 ЫПа, обусловленное предотвращением диффузионного проникновения атмосферного воздуха во внутрь трубы при сбросе, загрязняющего продукт и приводящего к потере кондиции, т.е. диапазон давлений сброса паров 0,5-0,15 МПа.

Количество ветвей в дренажной трубке малогодиаметра-2, количество концевых пат-. рубков в ветви — 2, т.е. acct.o четыре патрубка. Диаметр этих концевых патрубков 9 мм.

Вначале сброс паров ведут через четыре концевых патрубка со скоростью звука в данной среде (см.линия 2, фиг.2) до некоторого давления (точка "а"), после чего скорость истечения понижается и при достижении минимально допустимых скоростей и соответствующего ей предельного давления (пересечение линий 1 и 2, точка

"Ь") производят переключение на два концевых патрубка (из точки "Ь" в точку "с"} и

Формула изобретения

СПОСОБ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО

ПРИРОДНОГО ГАЗА В ТРАНСПОРТНОЙ

ЕМКОСТИ, включающее наполнение ее криожидкостью, хранение при избыточном давлении, отвод образующихся паров, их нагрев в теплообменнике и сброс в атмосферу, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности хранения путем сбрасывают пары до минимального давления (с точки "с" в точку "d").

Описанные условия сброса через четыре патрубка диаметром 9 мм с последую5 щим переключением на два патрубка того же диаметра являются оптимальными (для данного объема сосуда 65 м и исходного давления 0,5 МПа). Гидравлический расчет этой линии сброса показывает, что время

10 отвода паров в атмосферу составляет 17 ч.

В других случаях (т.е. при концевых патрубках диаметром 10, 12 и 16 мм) надо переключать на два и даже на один патрубок

"раньше" (например), точки "е" и "Г). Время

15 сброса уменьшается соответственно в 1,2;

1,8; 2,2 раза. но конструкция устройства для осуществления способа значительно усложняется.

Рассмотрим другие условия сброса па20 ров; через два патрубка диаметром 9 мм и через четыре патрубка диаметром 4 мм. В первом случае, как следует из графика (фиг.2), при уменьшении скорости истечения (линия 3), минимальное давление дости25 гается раньше допустимой скорости истечекия (линия 1}, ко время сброса (по гидравлическим расчетам) увеличивается вдва раза, При сбросе через четыре патрубка диаметром 4 мм — время сброса увеличива30 ется в пять раз и составит 17х5=85 ч, что неприемлемо. (56) Жидкий водород. М.: Мир. 1964, с.232, фиг.3. газодинамической дестаби лизации горения при отводе паров по дренажной трубке малого диаметра, сброс паров в атмосферу ведут со скоростью Я при усло40 вии

160004о W — N/1, где do = (4 - 16) ° 10 - внутренний диаметр

-э трубки,м:

W> - скорость звука при температуре сбрасываемого газа, м/с.

2002990

8 л л

6 7

Ю ff

Составитель

Редактор Г.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор M.Êóëü

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж 35, Рауаская наб., 4/6

Заказ 3226

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101