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

Сосуды для хранения и перевозки ожиженных газов

б) Сосуды для жидких водорода и гелия

Долговременное хранение жидких водорода и гелия является по сравнению с хранением других криогенных жидкостей сложной задачей вследствие их небольших теплот испарения и низких температур кипения. Конструкция сосудов для жидких водорода и гелия должна быть такой, чтобы свести к минимуму общий теплоприток из окружающей среды. Это достигается применением в сосудах, с высоковакуумной изоляцией экранов, охлаждаемых жидким азотом, и в сосудах с порошково- или экранно-вакуумной изоляцией экранов, охлаждаемых потоком испаряющейся жидкости.

Стеклянные сосуды для жидких водорода и гелия имеют емкость от 2 до 10 л; их устройство не отличается от устройства стеклянных сосудов для жидкого азота. Стеклянные сосуды для жидких водорода и гелия изготавливаются в паре с азотными так, чтобы водородный или гелиевый сосуд входил в азотный с зазором ?10 мм, куда заливается жидкий азот, выполняющий роль экрана. В водородных и гелиевых сосудах используется химическое стекло №20, так как через стекло марки «пирекс» гелий относительно сильно диффундирует, что нарушает вакуум изоляционного пространства. Химическое стекло более тонкое и хрупкое, чем стекло «пирекс», поэтому с водородными и гелиевыми сосудами следует обращаться особо осторожно.

Способность водорода диффундировать через стекло «пирекс» относительно высока, но много меньше, чем у гелия. Поэтому жидкий водород при отсутствии дьюаров из химического стекла можно кратковременно хранить в азотных сосудах.

В отличие от азотных, водородные и гелиевые дьюары откачиваются лишь форвакуумным насосом до остаточного уровня 10-2 Тор. После того как в сосуд будет залит жидкий водород или гелий, все газы, находящиеся в вакуумном пространстве, сконденсируются на внутренней стенке сосуда п вакуум улучшится до значения 10-6 Тор.

Металлические сосуды малых и средних размеров имеют обычно высоковакуумную изоляцию и экран, охлаждаемый жидким азотом. Конструктивная схема гелиевого сосуда емкостью 10 л (СД-10Г) показана на рис. 31. Конструкция гелиевых сосудов большей емкости (до 100 л) принципиально не отличается от рассмотренного выше сосуда СД-10Г. Испаряемость гелия из таких сосудов в среднем составляет 1% в сутки от полезной емкости; расход азота - 3-5 л. в сутки.

Рис. 31. Конструктивная схема сосуда для хранения и перевозки жидких гелия и водорода:
1 - шар для гелия; 2 - азотная ванна; 3 - наружный корпус; 4 - труба подвески ванны; 5 - труба подвески шара с гелием; 6 - сифон; 7 -адсорбент; 8 - штуцер для откачки

Использование экранно-вакуумной изоляции позволили отказаться от применения в водородных и гелиевых сосудах экранов, охлаждаемых жидким азотом. На рис. 32 показан гелиевый сосуд емкостью 25 л, в котором изоляция выполнена из слоя экранно-вакуумной изоляции, медного экрана, охлаждаемого парами испаряющегося гелия, и, наконец, слоя высоковакуумной изоляции. Испаряемость гелия из этого сосуда составляет 2,8% в сутки.

Рис. 32. Сосуд емкостью 25 л жидкого гелия с экраном, охлаждаемым выходящим паром:
1 - внутренний сосуд; 2 - экран; 3 - горловина; 4 - змеевик; 5 - трубка выхода газа из змеевика; б - трубка входа газа в змеевик; 7 - экранно-вакуумная изоляция; 8 - кожух; 9 - адсорбент; 10 - пробка поршня, направляющая поток газа в змеевик.

Резервуары для хранения больших количеств жидкого водорода и гелия (более 100 л) имеют высоковакуумную изоляцию с азотным экраном или порошково-вакуумную с азотным экраном и в последнее время выполняются с экранно-вакуумной изоляцией при наличии экрана, охлаждаемого парами испаряющейся жидкости.

В связи с широким использованием жидкого водорода в ракетных двигателях созданы очень крупные транспортные и стационарные хранилища. Крупнейший стационарный резервуар жидкого водорода имеет емкость 2850 м3. Он представляет собой сферу с двойными стенками, между которыми находится порошково-вакуумная изоляция; диаметр внутренней сферы - 17,5 м, наружной - 19,6 м [5].

Следующая страница: 3-2. Трубопроводы для ожиженных газов