Устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия


 


Владельцы патента RU 2477429:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") (RU)

Изобретение относится к наземным средствам охлаждения и очистки гелия и может быть использовано, в частности, при создании систем заправки газообразным гелием бортовых баллонов ракетоносителей при их подготовке к пуску на стартовом комплексе. Устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия содержит криостат, датчик уровня жидкого азота, теплообменник, размещенный в среде газообразного азота, теплообменник, помещенный в жидкий азот, фильтр для улавливания вымороженных вредных примесей, электронагреватель гелия и электронагреватель азота для регенерации насыщенного фильтра. Устройство снабжено двумя блоками, параллельно установленными после фильтра, каждый из которых содержит последовательно расположенные электропневмоклапан и обратный клапан. Один блок соединен с теплообменником, расположенным в среде газообразного азота и выполненным двухполостным, а другой - с трубопроводом выдачи гелия потребителю после дополнительного обратного клапана, установленного после электронагревателя гелия. Технический результат при использовании заявленного изобретения проявляется в высоком качестве очистки гелия от вредных примесей при обеспечении требования расширения диапазона температур окружающей среды и баков, заправленных криогенными компонентами топлива, - от минус 40°С до плюс 50°С. 1 ил.

 

Изобретение относится к криогенной технике, а также к охлаждению и очистке газов, в частности газообразного гелия, от различного рода примесей и может быть использовано в ракетно-космической технике, атомной и химической промышленности.

Известны средства и технологии охлаждения и очистки газов, например, по авторскому свидетельству СССР №1780390, МПК F25B 43/00, 1989, и по патенту РФ №2111425, МПК F25B 43/00, 1996. Известна также технология охлаждения гелия в криостате: Микулин Е.М. Криогенная техника, М., Машиностроение, 1969.

Известные технологии заключаются в подаче газа, его охлаждении и очистке в криостатах, содержащих теплообменники, расположенные в жидком или охлажденном газообразном азоте. Недостатком устройств, реализующих упомянутую технологию, является отсутствие контроля охлаждения гелия до требуемой температуры вымораживания вредных примесей (порядка минус 150°С), очистки гелия от вымороженных частиц, последующем нагреве или охлаждения до температуры, необходимой потребителю.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному решению является устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия по патенту РФ №№2282116, МПК F25B 43/00, 2006, принят заявителем за прототип.

В прототипе устройство для охлаждения и очистки гелия состоит из двух криостатов (один резервный), содержащих расположенный в жидком азоте теплообменник, датчик уровня жидкого азота для улавливания вымороженных частиц вредных примесей и трехполостной теплообменник, расположенный в среде газообразного азота, в котором гелий, охлажденный в теплообменнике, помещенном в жидкий азот, и прошедший через фильтр для улавливания вымороженных вредных примесей, нагревается при теплообмене с теплым гелием, поступающим в криостат, и затем в электронагревателе до требуемой потребителю положительной температуры, трубопровода подачи гелия потребителю, газообразного азота в криостат и электронагревателя азота для его нагрева до температуры, необходимой для регенерации насыщенного фильтра.

Преимуществом прототипа является возможность подачи теплого гелия в бортовые баллоны, расположенные в отсеках ракетоносителя, во всем диапазоне температур окружающей среды - от плюс 50 до минус 40°С.

Однако в настоящее время разработчики ракетоносителей с целью увеличения количества (веса) гелия, заправляемого в бортовые баллоны, без увеличения объема баллонов устанавливают их в баках с низкокипящим компонентом топлива (жидким кислородом). Так, например, в баллон объемом V м3 при температуре окружающей среды, равной температуре +20°С, в отсеке ракетоносителя при заданном давлении Р можно заправить: G1=PV:293R кг гелия, а при температуре жидкого кислорода, равной -183°С, когда баллон размещен в баке с жидким кислородом, можно заправить: G1=PV:90R, т.е. в 3,25 раза больше.

Недостатком прототипа является невозможность осуществления подачи потребителю гелия с низкой отрицательной температурой при заданной величине давления в баллонах потребителя, расположенных внутри баков, заполненных криогенным компонентом топлива. При подаче в баллоны теплого гелия в них будет происходить теплообмен между подаваемым гелием и жидким кислородом, что приведет к нагреву жидкого кислорода в баке и дополнительному испарению его в газовую подушку бака. При этом давление в газовой подушке будет возрастать выше допустимого, что приведет к автоматическому открытию дренажного клапана бака и нештатному сбросу газообразного кислорода в окружающую среду.

Задачей заявленного технического решения является возможность подачи гелия в бортовые баллоны, расположенные в баке, заполненном криогенным компонентом, с температурой ниже температуры компонента, например в бак, заполненный жидким кислородом при температуре минус 183°С, с температурой минус 190°С.

Решение задачи в заявленном устройстве обеспечивается тем, что устройство снабжено двумя блоками, параллельно установленными после фильтра криостата, каждый из которых содержит последовательно расположенные электропневмоклапан и обратный клапан, при этом один блок соединен с двухполостным теплообменником криостата, а другой с трубопроводом выдачи гелия потребителю после дополнительного обратного клапана, установленного после электронагревателя гелия.

Сравнительный анализ признаков, содержащихся в известных технических решениях и в заявленном устройстве, показал, что заявленная совокупность признаков соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Сущность заявленного устройства поясняется приложенной схемой.

Устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия состоит из криостата 1, содержащего криогенную ванну 2, в которую заливают жидкий азот по трубопроводу 3, количество которого контролируется датчиком уровня 4; поз. 5 обозначено направление подачи азота от системы снабжения, а поз. 6 удаление вымороженных примесей из фильтра 10. Слив жидкого азота из ванны криостата производится через вентиль 7. В среде жидкого азота размещен теплообменник 8, а в газообразной азотной подушке ванны криостата размещены двухполостной теплообменник 9 и фильтр криостата 10 для улавливания вымороженных примесей. Вне криостата размещены электронагреватель гелия 11, электронагреватель азота 12, датчики температуры гелия 14 и 15, датчик температуры газообразного азота 16, электропневмоклапаны 17 и 18, обратные клапаны 19, 20, 21, трубопровод подачи в фильтр газообразного азота 22 и трубопровод подачи гелия потребителю 23. Электропневмоклапаны 17 и 18 соединены с фильтром криостата 10 и трубопроводом 24; обратный клапан 19 соединен с трубопроводом выдачи гелия потребителю 25, а обратный клапан 20 с двухполостным теплообменником 9 трубопроводом 26.

Для начала работы устройство заполняют жидким азотом через трубопровод 3 до срабатывания датчика уровня 4. Устройство может работать в двух режимах подачи гелия потребителю: режим 1 - подача гелия при положительных температурах, например от 5 до 40°С; режим 2 - подача гелия при отрицательной температуре, например минус 196°С.

Газообразный гелий с требуемым расходом, давлением и положительной температурой поступает от системы подачи гелия через двухполостной теплообменник 9 криостата 1 в теплообменник 8, расположенный в жидком азоте с температурой минус 196°С, где охлаждается до температуры минус 190°С и поступает в фильтр 10 для вымораживания вредных примесей. Очищенный гелий по трубопроводу 24 поступает к блокам, состоящим из последовательно расположенных электропневмоклапанов 17, 18 и обратных клапанов 19, 20.

При необходимости подачи очищенного гелия потребителю с положительными температурами (режим 1) гелий через электропневмоклапан 18 и обратный клапан 20 подают в двухполостной теплообменник 9, где он нагревается при теплообмене с теплым гелием, поступающим от системы подачи гелия, а окончательный нагрев гелия до требуемой потребителем положительной температуры производят в электронагревателе 11 и через обратный клапан 21 по трубопроводу 23 гелий подают потребителю. Контроль температуры гелия после фильтра проводят по датчику температуры 14, а на входе к потребителю - по датчику температуры 15.

При необходимости подачи потребителю очищенного гелия с температурой минус 190°С (режим 2) при закрытом электроклапане 18 открывают электропневмоклапан 17 и через обратный клапан 19 по трубопроводу 25 гелий подают в трубопровод 23 для подачи потребителю. Если в процессе работы устройства происходит уменьшение давления гелия, подаваемого потребителю, более чем на 0,5 МПа вследствие засорения фильтрующих элементов фильтра криостата вымороженными частицами вредных примесей, то закрывают электропневмоклапаны 17 и 18 и производят подачу в фильтр 10 газообразного азота от системы подачи азота, который нагревают в электронагревателе 12 до температуры 100°С. При этом происходит оттаивание вредных примесей на фильтрующих элементах фильтра и они вместе с горячим азотом выбрасываются в окружающую среду. Время продувки фильтра определяют опытным путем. После окончания продувки вновь открывают электропневмоклапаны 17 и 18 в зависимости от требуемого потребителю режима работы и возобновляют подачу гелия потребителю по трубопроводу 23. После окончания подачи гелия потребителю закрывают электропневмоклапаны 17 и 18 и производят слив жидкого азота из ванны криостата через запорный вентиль 7, включают подачу газообразного азота от системы подачи азота, который нагревают до температуры 100°С в электронагревателе 12 и по трубопроводу 22 подают в фильтр 10, а затем сбрасывают в окружающую среду до полного удаления вымороженных примесей из фильтрующих элементов фильтра 10.

Таким образом, заявленное устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия обеспечивает подачу потребителю гелия как с положительной, так и с отрицательной температурой, при этом обеспечивается возможность заполнения бортовых баллонов в отсеках ракетоносителей в широком диапазоне температур окружающей среды - от минус 40°С до плюс 50°С, и в баках с низкокипящими компонентами топлива, например жидкого кислорода при температуре минус 183°С.

Заявленное устройство будет использовано как при разработке новых систем заправки гелием бортовых баллонов ракетоносителей, так и при модернизации существующих систем заправки гелием ракетоносителей серии «Союз-2» на стартовых комплексах.

Устройство для охлаждения и очистки газообразного гелия, содержащее криостат, датчик уровня жидкого азота, теплообменник, размещенный в среде газообразного азота, теплообменник, помещенный в жидкий азот, фильтр для улавливания вымороженных вредных примесей, электронагреватель гелия и электронагреватель азота для регенерации насыщенного фильтра, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя блоками, параллельно установленными после фильтра, каждый из которых содержит последовательно расположенные электропневмоклапан и обратный клапан, при этом один блок соединен с теплообменником, расположенным в среде газообразного азота и выполненным двухполостным, а другой с трубопроводом выдачи гелия потребителю после дополнительного обратного клапана, установленного после электронагревателя гелия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкциям теплообменных аппаратов для ожижения паров смешанных - многокомпонентных продуктов при их охлаждении холодоносителем через промежуточные стенки труб.

Изобретение относится к технике получения сжиженных углеводородных газов и их очистки от метанола и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу удаления сульфида водорода из потока природного газа. .

Изобретение относится к способу подготовки углеводородного газа, включающий ступенчатую сепарацию, охлаждение газа между ступенями сепарации, отделение углеводородного конденсата начальных ступеней сепарации, охлаждение его конденсатом последней низкотемпературной ступени сепарации и использованием в качестве абсорбента.

Изобретение относится к технике тепловой обработки и сепарации газовых и газоконденсатных смесей от влаги и тяжелых углеводородов, а именно к установкам комплексной подготовки природного газа на газовых промыслах нефтегазоконденсатных месторождений.

Изобретение относится к установкам подготовки нефтяного и природного газов для дальнейшей переработки или для подачи в транспортный трубопровод и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству для удаления вредных газов из атмосферы. .

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к установкам по обработке природного газа. .

Изобретение может быть использовано в установках, предназначенных для дегидратации газов, содержащих углекислый газ. Способ дегидратации газа, содержащего CO2, основан на получении двухфазной смеси при ее расширении и выделении из смеси жидкой фазы в сепараторе. Сырой газ охлаждают, подмешивая к нему жидкий CO2 с растворенной в нем водой, полученную смесь разделяют на газовую фазу и жидкую фазу, содержащую воду, газовую фазу расширяют с получением жидкости, содержащей жидкий CO2 и воду, жидкость частично или полностью направляют на смешение с сырым газом, при этом расширение проводят до температуры ниже температуры гидратообразования. Техническим результатом является обеспечение глубокой степени дегидратации газа. 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

(57) Изобретение относится к газовой и нефтяной отраслямпромышленности и может использоваться при подготовке газа нефтяных и газоконденсатных месторождений для снижения капитальных и эксплуатационных затрат. Задачей изобретения является создание установки для первичной подготовки газа от кустов газовых скважин, работающей без обслуживающего персонала за счет использования программного комплекса автоматического регулирования подготовкой газа. Установка для подготовки газа снабжена системой автоматического управления (САУ), связанной с запорно-регулирующей арматурой, которая представляет собой первый клапан-регулятор на линии подачи газа, второй клапан-регулятор, установленный на линии, соединяющей первичный и низкотемпературный сепараторы, третий и четвертый клапаны-регуляторы, установленные на линиях, соединяющих выходы соответственно первичного и низкотемпературного сепараторов для газожидкостной смеси с дегазатором, пятый клапан-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из дегазатора, и шестой клапан-регулятор, установленный на линии сброса газа из дегазатора. Установка снабжена первым расходомером на линии подачи газа и вторым расходомером на линии отвода газа из низкотемпературного сепаратора, соединенными с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия первого клапана-регулятора, датчиком температуры на входе низкотемпературного сепаратора, соединенным с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия второго клапана-регулятора, датчиками уровня жидкости в первичном и низкотемпературном сепараторах и в дегазаторе, связанными с САУ с возможностью регулирования степени открытия-закрытия соответственно третьего, четвертого и пятого клапанов-регуляторов, и датчиком давления в дегазаторе, связанным с САУ с возможностью регулирования давления в дегазаторе, а система подачи ингибитора гидратообразования связана с САУ с возможностью регулирования расхода ингибитора в зависимости от давления газа на линии подачи или его расхода. В САУ применен программный комплекс автоматического регулирования подготовки газа, которая включает в себя регулирование параметров технологического процесса в автоматическом режиме. 1 ил.

Изобретение относится к области теплотехники. Устройство для компримирования и осушки газа содержит многоступенчатый компрессор со ступенью низкого давления, ступенью высокого давления и нагнетательным патрубком и адсорбционный осушитель с зоной осушения и зоной регенерации, причем между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления помещен промежуточный холодильник, и при этом устройство дополнительно снабжено теплообменником, имеющим главную камеру с входной частью и выходной частью для первой первичной текучей среды, а концы трубок теплообменника соединены с отдельной входной камерой и выходной камерой для каждого трубного пучка; и при этом первый трубный пучок образует охлаждающий контур промежуточного холодильника, служащий для разогрева газа из ступени высокого давления для регенерации адсорбционного осушителя. Технический результат - упрощение конструкции и монтажа, снижение себестоимости устройства. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике подготовки углеводородного газа к переработке или транспорту. Установка подготовки углеводородного газа содержит соединенные трубопроводами компрессорную станцию, холодильник газа и сепаратор отделения газа от жидкости. Сепаратор снабжен выходом жидкости и выходом газа. Выход газа соединен трубопроводом с блоком адсорбционной осушки. Выход компрессорной станции дополнительно соединен трубопроводом, оснащенным регулирующей арматурой, с трубопроводом, соединяющим выход газа из сепаратора отделения газа от жидкости с блоком адсорбционной осушки. Регулирующая арматура обеспечивает регулировку расхода потока. Изобретение направлено на повышение надежности процесса подготовки газа, а также увеличение срока службы адсорбента при снижении капитальных и эксплуатационных затрат. 1 ил.

Группа изобретений относится к химической, нефтяной, газовой и другим отраслям промышленности и предназначена для охлаждения влажного природного газа. В частности, изобретения могут использоваться в аппаратах воздушного охлаждения (далее - ABO), при эксплуатации которых в условиях холодного климата северных регионов могут образовываться гидраты газа. Трубные пучки выполнены с уклоном не менее 1:100 в сторону входа газа, а под нижним рядом труб расположены выполненные с уклоном в сторону выхода газа неоребренные байпасные трубы, закрепленные с одной стороны в нижней зоне входной камеры, с другой стороны присоединенные к трубам отвода газа. Газ направляют по охлаждаемому трубному пучку с подъемом по ходу газа, с началом таяния образовавшихся гидратных пробок организуют свободный слив растопленной воды из загидраченных труб в нижнюю зону входной камеры и далее ее транспортируют по неоребренным байпасным трубам с уклоном в сторону трубы отвода охлажденного газа. Технический результат - достижение температуры охлажденного газа ниже температуры начала гидратообразования, предотвращение образования трещин на поверхности теплообменных труб и устранение их разрушения за счет удаления гидратных пробок. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к станции подготовки попутного нефтяного газа, включающей последовательно установленные по меньшей мере один узел компримирования и охлаждения с линией отвода сжатого газа и блок осушки с линиями отвода осушенного газа и газа регенерации. Станция характеризуется тем, что перед блоком осушки газа установлен блок метанирования, который оснащен линией ввода воды и связан с блоком осушки линией подачи водного конденсата, а перед блоком метанирования установлен блок абсорбционного отбензинивания, оснащенный линиями подачи подготовленной нефти и вывода нестабильной нефти. Использование настоящего изобретения позволяет снизить металлоемкость и энергопотребление, уменьшить ассортимент товарных продуктов, увеличить выход нефти. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу подготовки углеводородных газов путем низкотемпературной конденсации и может быть использовано в газовой промышленности. Предложен способ подготовки природного газа, включающий сепарацию, рекуперативное охлаждение газа и его охлаждение сторонним хладоагентом с конденсацией флегмы, противоточное контактирование газа и флегмы после охлаждения. Газ предварительно смешивают с газом стабилизации, а охлаждение полученной смеси осуществляют в условиях ее дефлегмации, кроме того, хладоагент получают в холодильной машине, а конденсат стабилизируют с получением газа стабилизации с использованием тепла, которое выделяется при получении хладоагента. Техническим результатом является повышение выхода подготовленного газа и снижение энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу подготовки топливного газа для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Способ включает сжатие, охлаждение и сепарацию газа. Газ перед сжатием подвергают абсорбции циркулирующим абсорбентом высокого давления с получением абсорбента низкого давления, смешивают с балансовым абсорбентом высокого давления, сжимают, полученный компрессат охлаждают и сепарируют с получением конденсата и сжатого газа, который подвергают абсорбции охлажденным абсорбентом низкого давления с получением топливного газа и абсорбента высокого давления, разделяемого на циркулирующий и балансовый. Техническим результатом является снижение потерь углеводородов С5+ с топливным газом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу подготовки сжатого топливного газа для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Способ включает сжатие, охлаждение и сепарацию газа. Газ предварительно повергают абсорбции в условиях отрицательного градиента температур с помощью абсорбента высокого давления. Получают абсорбент низкого давления, который разделяют на циркулирующий и балансовый, и газ, который в смеси с балансовым абсорбентом низкого давления сжимают, охлаждают и сепарируют с получением конденсата и газа, который подвергают абсорбции охлажденным циркулирующим абсорбентом низкого давления в условиях отрицательного градиента температур с получением абсорбента высокого давления и топливного газа. Техническим результатом является снижение потерь углеводородов С5+ с топливным газом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к способу и устройству переработки природного газа с использованием процесса низкотемпературной сепарации для удаления кислых компонентов. Способ включает первичную сепарацию потока сырого природного газа с отделением от него воды и газового конденсата и последующую очистку газа сепарации от кислых компонентов, содержащих сероводород и углекислый газ. Очистку от кислых компонентов осуществляют последовательно в два этапа: сначала осуществляют этап извлечения сероводорода с использованием абсорбента с избирательной селективностью по сероводороду, а на следующем этапе извлекают углекислый газ и остаточную фазу газового конденсата с использованием сверхзвуковой сепарации. Причем газовый конденсат после первичной сепарации, а также после сверхзвуковой сепарации подвергают процессу стабилизации, при этом газ стабилизации возвращают на этап извлечения сероводорода. Сероводород с этапа извлечения сероводорода направляют на этап выделения серы с помощью процесса Клауса, полученную серу подвергают дегазации, и газ от дегазации серы возвращают на этап извлечения сероводорода. Техническим результатом является повышение степени очистки природного газа от сероводорода и углекислого газа при обеспечении более полной конверсии сернистых соединений. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх