Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

§7. Специфика хранения криогенных жидкостей

Криогенные жидкости не могут существовать при температуре окружающей среды. Если их поместить в герметичный сосуд, то под воздействием теплопритоков из окружающей среды жидкость неизбежно будет испаряться, и при этом существенно возрастает давление. Это давление может намного превосходить рабочее для сосуда.

На рис. 22 и 23 показаны графики изменения давления паров азота и водорода в зависимости от температуры в сосуде при различном его заполнении [17]. Из графиков видно, что при повышении температуры в объеме от температуры кипения до 300 K давление пара может достигать величин 1000·10⁵ Па и более.

Рис. 22. Давление, развиваемое при нагревании закрытого сосуда с жидким азотом:
1 – заполнение жидкостью на 92,3%, ρ_ж=745 кг/м³,
2 – на 77%, ρ_ж=620 кг/м³,
3 – на 38,5%, ρ_ж=310 кг/м³ (критическая плотность),
4 – на 15,4%, ρ_ж=124 кг/м³,
5 – на 3,8%, ρ_ж=31 кг/м³.
• - критическая точка, ▲ - тройная точка.

Рис. 23. Давление, развиваемое при нагревании закрытого сосуда с жидким водородом:
1 – заполнение жидкостью на 100%, ρ_ж=74,5 кг/м³,
2 – на 87%, ρ_ж=62 кг/м³,
3 – на 43,8%, ρ_ж=31 кг/м³ (критическая плотность),
4 – на 17,5%, ρ_ж=12,4 кг/м³,
5 – на 4,4%, ρ_ж=3,1 кг/м³.
• - критическая точка, ▲ - тройная точка.

При проектировании и эксплуатации сосудов с криогенными жидкостями это обстоятельство необходимо иметь в виду. Криогенные сосуды должны быть оборудованы предохранительными устройствами.

Резкое повышение давления в сосуде с криогенной жидкостью может возникнуть вследствие нарушения изоляции. При этом возникает также опасность другого вида. Атмосферный воздух, соприкасаясь с неизолированной стенкой криогенного сосуда, начнет конденсироваться и стекать в изоляцию. При этом воздух обогащается кислородом и при его контакте с загрязненной, например, маслом изоляцией (в случае изоляции мипорой, шлаковой ватой и т.д.) может образоваться взрывоопасное соединение.

Чтобы не произошло такого повреждения изоляции криогенного сосуда, необходимо принимать меры предосторожности при их эксплуатации. Большую осторожность надо соблюдать и при транспортировке криогенных жидкостей.

Знание теплофизических свойств веществ и конструкционных материалов, грамотное проектирование криогенных систем и правильная их эксплуатация – основы безаварийной работы.