Версия для печати

Криогенное оборудование для хранения, перевозки и газификации: специфика применяемых материалов и конструктивные особенности

На сегодняшний момент криогенные жидкости и газы являются неотъемлемой частью различных технологических процессов в космонавтике, металлургии, химии, энергетике, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, медицине, нефтегазовом комплексе и многих других.

История развития криогеники (науки о физических процессах, протекающих при низких температурах) начинается с 20-30-ых годов XX века, когда криогенные жидкости все больше и больше начали использоваться в различных технологических процессах. Специфика криожидкостей предопределила развитие криогеники и криогенных технологий: все криогенные жидкие и газовые продукты необходимо получить каким-либо образом, хранить и транспортировать безопасными для людей способами.

Криогенные жидкости и газы

К криогенным продуктам относятся жидкие вещества и газовые смеси, эксплуатация которых проходит при криогенных температурах. Так, криогенные газы - это газы, которые получаются в результате криогенного разделения воздуха на составляющие и температура кипения которых ниже -100°С. А криогенные жидкости - это жидкости, температура хранения которых ниже -153°С. К криопродуктам относятся, в основном, продукты распада воздуха, а также другие инертные газы: аргон, азот, кислород, водород, гелий, кислород, озон, неон, криптон, ксенон, радон, фтор, метан, и др., которые выделяются методом глубокого охлаждения. При достижении криогенным газом температуры кипения, он превращается в криогенную жидкость.

За счет своих химических и физических свойств применение криопродуктов в жидкой или газовой фазах становится все более и более экономически выгодным и эффективным.

Но, при этом, к процессу эксплуатации, хранению и перевозке криожидкостей и криогазов предъявляются повышенные требования безопасности, так как они взрыво- и пожароопасны при соприкосновении с кислородом, что возможно при утечке и разгерметизации резервуара для хранения криожидкостей или трубопроводов. А низкие температуры криогенных жидкостей могут привести в ожогам или обмораживанию обслуживающего персонала. Для предотвращения аварийных ситуаций при эксплуатации оборудования для криожидкостей должны соблюдаться строгие меры безопасности, а в состав криогенного оборудования должны входить защитные механизмы. (о составе оборудования для хранения и транспортировки криогенных жидкостей см. ниже)

Меры безопасности при эксплуатации криогенного оборудования

При проектировании помещений, в которых устанавливается криогенное оборудование, должна быть предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция, а именно, - воздух должен поступать сверху, а вытяжка снизу. Для выведения разлитых криогенных жидкостей из помещения должны быть устроены сливные каналы вдоль стен с уклоном, а сток должен осуществляться в сторону вентиляции. Помещение должно быть оборудовано устройствами для определения концентрации криопродуктов, и, в случае превышения критических отметок, должна срабатывать автоматическая вентиляция.

К экипировке обслуживающего персонала также предъявляются повышенные требования: работники должны иметь специальную одежду, обувь, защитные очки.

Для защиты криогенных продуктов от статического электричества следует учитывать, что более высокую электризацию имеют те жидкости и газы, которые обладают большим электрическим сопротивлением.

При соблюдении даже минимальных требований безопасности риск возникновения взрывоопасной пожарной ситуации сводится к нулю.

Материалы для производства криогенного оборудования

Сложность в хранении и применении жидких криопродуктов заключается в том, что при повышении температуры и давления, жидкости очень быстро испаряются. Поэтому необходимо постоянно поддерживать необходимый температурный режим и не допускать повышения давления выше критических значений. Все это привело к необходимости разработать специальную конструкцию емкостей для хранения криожидкостей и укомплектовать их технологическим оборудованием.

К тому же, многие материалы меняют свои физико-механические свойства при низких эксплуатационных температурах: повышается предел текучести, сопротивление, предел усталости, склонность к хрупкому разрушению (хладоломкости), а ударная вязкость и пластичность, наоборот, снижаются. Все это определяет необходимость использовать специальные особо-стойкие материалы для изготовления технологического оборудования, контактирующего с криогенными жидкостями. Такие материалы должны иметь высокую прочность, вязкость, пластичность, коррозионную стойкость, быть устойчивыми к концентрации напряжений и хрупкому разрушению. Среди материалов, которые отвечают вышеперечисленным требованиям, можно назвать хромоникелевые аустенитные стали, мартенситно-стареющие стали, алюминий и его сплавы, сплавы на основе титана, медь и его сплавы.

Технологическое оборудование для эксплуатации криогенных жидкостей и газов. Особенность конструкции

Все оборудование, которое эксплуатируется с криогенными жидкостями и газами, можно разделить на несколько больших групп:

• оборудование для производства криогенных газов
• оборудование для стационарного хранения криогенных жидкостей и газов в составе криогенных систем
• транспортные емкости, резервуары и цистерны
• лабораторные криогенные сосуды малого объема, сосуды Дьюара
• оборудование для газификации криогенных жидкостей

Мы остановимся на специфике оборудования, которое задействовано в процессе хранения и транспортировки криожидкостей и их газификации:

• газификаторы
• газификационные комплексы и установки
• криоцилиндры
• стационарные горизонтальные и вертикальные резервуары
• сферические резервуары
• мобильные/транспортируемые резервуары
• емкости контейнерного исполнения
• цистерны
• криогенные баллонные установки.

Как видно, разновидностей оборудования, в котором можно осуществлять хранение или перевозку жидкостей, большое множество. Форма криогенного резервуара подбирается исходя из его назначения, условий эксплуатации, хранимого продукта, а также учитывая необходимость понижения теплопритоков. Но их основу составляет емкость необходимого объема и особой конструкции и продукционный испаритель.

Конструкция криогенных резервуаров, емкостей

Напомним, что криожидкости должны храниться при низкой температуре - ниже -153°С и под давлением не менее 1,6 МПа. Особенностью хранения криогенных жидкостей также является постоянный процесс испарения, который требуется постоянно контролировать и регулировать. Повышение рабочего давления и температуры ведет к ускоренным процессам испарения жидкостей. Поэтому главной задачей является сохранение температурного режима, предотвращение теплообмена с окружающей средой и поддержание необходимого давления. Для этого криогенные резервуары изготавливаются двустенными. Внутренняя и внешняя стенки опираются на независимые опоры, что снижает теплопередачу. Особое внимание уделяется способам крепления внутреннего резервуара: опоры, подвески и другие крепления должны выдерживать нагрузки от содержимого емкости, а также внешние нагрузки.

Межстенное пространство криогенных емкостей вакуумируется, за счет чего обеспечивается высокая теплоизоляция и достигается повышение безопасности эксплуатации. Иногда возможно невакуумирование межстенного пространства, но из-за этого повышается теплопередача, поэтому такие емкости используются для кратковременного хранения криогенных жидкостей или их транспортировки.

Внутренний резервуар изготавливается из нержавеющей стали или любой другой хладостойкой стали, которая способна выдержать высокие температурные нагрузки и коррозию. Внешний резервуар изготавливается из хладостойкой стали или алюминия. Внешняя поверхность покрывается эмалью с нанесением названия криогенной жидкости внутри. Следует отметить, что рекомендуется использовать емкости и резервуары строго по назначению и для хранения именно той среды, для которой он производился. Не рекомендуется также эксплуатировать трубопроводы, шланги и другое оборудование для различных видов криожидкостей и газов.

Дополнительно в криогенных резервуарах устраивается многослойная экранно-вакуумная или порошково-вакуумная теплоизоляция. Первая представляет собой несколько теплоотражательных слоев (до нескольких десятков слоев) из алюминиевой фольги, полимерных пленок с металлизированной поверхностью и прокладками из стекло-волокнистых веществ, помещенных в вакуумированное межстенное пространство. Вторая - это размещение порошкообразных веществ в межстенное пространство с параллельным его вакуумированием. В качестве материала могут использоваться перлитовая пудра, аэрогель, кремниевая кислота и др.

Для регулирования давления внутри криогенного резервуара (сосуда, баллона) в его состав обязательно входит теплообменник жидкостного типа или испаритель атмосферного типа. Принцип действия испарителей заключается в заборе криожидкости из емкости, нагреве ее до температуры испарения для ее газификации за счет температуры окружающей среды и подаче в верхнюю часть емкости для уменьшения давления. Также испарители необходимы для газификации криогенных жидкостей и подаче уже Потребителю в газовой фазе. В последнем случае испарители могут быть встроенными в криоцилиндр малого объема или устанавливаться снаружи газификаторов.

Безопасность эксплуатации криогенных резервуаров, газификаторов и криоцилиндров обеспечивается за счет установки запорно-предохранительной арматуры, которая срабатывает в случае повышения давления.

Правовая справка: газификаторы общим полезным объемом до 2490 л не подлежат регистрации в Ростехнадзоре.

Наша компания поставляет любое оборудование, которое Вы можете использовать для хранения и транспортировки криогенных жидкостей и газов. Высокое качество нашей продукции обеспечивается за счет точного подбора оборудования, геометрических расчетов, выбора наиболее подходящего способа теплоизоляции и других факторов. Если Вас интересует более подробная информация о поставляемом ГК Газовик криогенном оборудовании, криогенных резервуарах, газификаторах, а также их специфике, звоните нам по телефону 8-800-200-0358.

15 Июля 2015 г.