Г.И. Абрамов, В.М. Бродянский. Хранение и транспорт ожиженных газов

Часть III. СОСУДЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕВОЗКИ ОЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ; ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ ОЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

1. Сосуды для хранения и перевозки ожиженных газов

а) Сосуды для жидких кислорода и азота

Для хранения и перевозки жидких кислорода и азота имеются небольшие по емкости сосуды (5-50 л), используемые обычно в лабораторной практике, и крупные (от 100 до 12000 л) - танки и цистерны. В этих сосудах применяется высоковакуумная или порошково-вакуумная изоляция. Сосуды для жидких кислорода и азота можно использовать для жидких воздуха, криптона, ксенона и аргона; ожиженные газы с более высокой температурой кипения обычно хранятся в сосудах с газонаполненной изоляцией.

Стеклянные сосуды: обычно их емкость не превышает 5 л; они выполняются из стекла «пирекс», так как этот сорт стекла устойчив к резким изменениям температуры. Сосуды имеют цилиндрическую или сферическую форму. Схематично стеклянный сосуд показан на рис. 29. В стеклянных сосудах применяется высоковакуумная изоляция; откачка производится диффузионным вакуумным насосом в термошкафу при нагревании заготовки до ~300°С (нагревание необходимо для более интенсивного обезгаживания внутренних стенок сосуда). Остаточное давление воздуха - порядка 10^-4 Тор; после откачки трубка 3 запаивается. Для снижения теплопритоков излучением внутренние стенки сосуда серебрятся (реакция «серебрянного» зеркала), для облегчения визуальных наблюдений в зеркальной пленке оставляют продольные прозрачные полосы.

Рис. 29. Стеклянный сосуд для жидких кислорода и азота:
1 - спаянные внутренняя и наружная труба; 2 - высоковакуумная изоляция;
3 - трубка для откачки (запаянная после откачки); 4 - криогенная жидкость.

Металлические сосуды: имеются сосуды емкостью от 5 до 200 л. До сравнительно недавнего времени они изготовлялись из меди с полированными поверхностями и высоковакуумной изоляцией. устройство такого сосуда показа-но на рис. 30. Характеристика выпускаемых отечественной промышленностью сосудов Дьюара дана в табл. 3-1.

Рис. 30. Металлический сосуд Дьюара для жидких азота и кислорода: 1 - внутренний шар; 2 - наружный шар; 3 - горловина; 4 - адсорбент; 5 - штуцер для откачки; 6 - защитный кожух; 7 - фетровые проставки.

Металлические сосуды Дьюара служат 1-2 года, после чего необходимо возобновить вакуум и сменить адсорбент. В нашей стране разработан ряд сварных алюминиевых сосудов двух основных видов с вакуумно-порошковой изоляцией: сферических и цилиндрических со сферическими крышками и узкой горловиной, а также цилиндрических со сферическим днищем, открытых сверху (наподобие стакана). [Применение вакуумно-порошковой изоляции позволяет снизить испаряемость до 0,5-1,0% в сутки.] Сварные сосуды более прочны (и в то же время легче), изготовление их не связано с применением дефицитной меди; при ухудшении вакуума он может быть сравнительно легко восстановлен, так как откачка производится одним форвакуумным насосом (остаточное давление порядка 10-2 Тор). В лабораторной практике широко применяются сосуды АСД-15 и АСД-25 - алюминиевые сосуды Дьюара емкостью 15 и 25 л; в этих сосудах используется в качестве порошково-вакуумной изоляции аэрогель с бронзовой пудрой, испаряемость по азоту не превышает 25-30 г/ч.

Таблица 3-1

В семидесятые годы в нашей стране и за рубежом стали делать небольшие (до 50 дм³) сосуды для хранения и транспортирования жидких азота и кислорода с экранно-вакуумной теплоизоляцией. Фирма Линде - ведущая в США по производству таких сосудов - выпускает их объемом 10-3000 дм³. Испаряемость кислорода н азота из таких сосудов составляет около 0,5-1% в сутки. Для удобства монтажа многослойной изоляции сосуды имеют цилиндрическую форму; эллиптические днища внутреннего сосуда для этой же цели снаружи закрыты плоскими ложными днищами. В нижней части сосуда устанавливается опора, служащая для фиксации внутреннего сосуда от боковых перемещений. Многослойная изоляция выполнена из алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм и стеклобумаги СБР-М толщиной 0,05 мм. После монтажа многослойной изоляции межстенное пространство заполняется перлитовой пудрой и откачивается через размещенный в верхней части в виде кольца коллектор.

В последнее время в нашей стране и за рубежом ведутся научно-исследовательские работы по созданию сосудов для хранения криогенных жидкостей из пластика. Пластик позволит заменить дефицитный металл; в некоторых случаях, например при проведении низкотемпературных электротехнических исследований, применение металлических сосудов невозможно. Исследователи в основном базируются на использовании стеклопластиков, созданы некоторые опытные образцы сосудов.

В настоящее время ведутся работы по использованию жидкого фтора (температура кипения при 1 ата – 85K) как окислителя в ракетных двигателях. Фтор является самым активным окислителем, поэтому требуются специальные меры предосторожности на случай воспламенения деталей арматуры. Фтор - сильный яд, и для любых операций с ним требуются соответствующие защитные приспособления. Сосуды, применяемые для хранения и перевозки жидкого фтора, имеют защитную ванну с жидким азотом, предотвращающим испарение фтора. Эти сосуды состоят из трех оболочек: во внутренней находится фтор, в средней - жидкий азот, а пространство между наружной оболочкой и азотной ванной заполнено перлитом или аэрогелем под вакуумом. Материал контейнеров - монель, сталь типа 18-8, алюминий. На металл нанесено защитное покрытие в виде пленки фтористых соединении.

Для хранения и транспортирования больших количеств жидких азота и кислорода служат танки (сферические сосуды диаметром 1300-2500 мм) и цистерны.

Для теплоизоляции танков и цистерн применяется газонаполненная изоляция (минеральная вата, мипора и др.), а также порошково-вакуумная изоляция.

Сферический тонкостенный медный или латунный внутренний сосуд подвешивается на цепях внутри кожуха; между ними изоляция. Наполнение и опорожнение танка производится через специальный вентиль. Наполнение можно также производить через трубку, опущенную с верхней крышки до дна. Танк рассчитан на давление до 1,5-2,0 атм; на случай повышения давления имеется предохранительный клапан.

Необходимое для переливания жидкости избыточное давление создается посредством испарения небольшой части жидкости в испарительном змеевике, расположенном при температуре окружающей среды. Образующийся пар поступает в верхнюю часть сосуда и выдавливает жидкость. На танке устанавливается манометр и указатель уровня. Устройство транспортных и стационарных танков в принципе не отличаются. Через каждые 6-12 месяцев танки отогреваются и продуваются горячим воздухом, после чего их промывают от масла, заносимого в небольшом количестве с жидким кислородом. Если в танке применяется газонаполненная изоляция, то для уменьшения увлажнения производится непрерывная продувка ее потоком испаряющегося газа, отводимого в изоляцию по трубке. Основные размеры танков приведены в табл. 3-2.

Таблица 3-2

Следующая страница: Сосуды для хранения и перевозки ожиженных газов. Сосуды для жидких водорода и гелия