Сосуды.

СК—6, СК—25, СК—40 для O₂ , N₂ , Аr( С- сосуд, К- кислород, 6 – емкость в дм³).

Вертикальной ориентации висит на горловине, изоляция ВМИ.

Внутренний и наружный сосуд из АМЦ, горловина из 12Х18Н10Т с l = 200 мм. Адсорбент – цеолит и химический поглотитель водорода.

Цистерны транспортные.

ЦТК—1 /0.25 (К – кислород, 1 – объем в м³, 0.25 – максимальное избыточное давление в МПа).

Изоляция ВПИ – смесь аэрогеля и перлита (50*50). Внутренний сосуд из стали 12Х18Н10Т с толщиной 2 мм, кожух из стали 20 с толщиной 5 мм. Применяют и ВМИ (V=0.5; 1.0; 1.6; 3.2; 6.3; 10).

ЦТК – 0.5/0.25 – вертикальный, остальные горизонтальные.

Резервуары.

Емкости от 3 до 1500 м³ . Внутренний сосуд состоит из 12Х18Н10Т, кожух из стали О9Г2С. Снабжены адсорбционными насосами для поддержания вакуума. Изоляция ВПИ и ВМИ.

РЦВ – 3/16 масса 3.3 т

РЦВ – 8/16 масса 6 т

РЦГ – 100/5 масса 63 т

РС – 1400/5 масса порошка 350 т.

(В - вертикальной, Г – горизонтальной ориентации, С - сферический; числитель – емкость в м³, знаменатель – давление в кг/см²)

Схема крупного резервуара для сжиженных газов.

Схема принципиально упрощена, но типовая.

5

1

5

Пр.

2

6

к ВН

4

3

Рис.35

1.-труба наполнения-опоржнения;

2.-уровнемер;

3.-газосброс;

4.-испаритель;

5.-предохранительная мембрана;

6.-предохранительный клапан.

Стационарные емкости объемом до 60 м³ имеют цилиндрическую форму и располагаются вертикально, а транспортные горизонтально.

Хранение без потерь.

Для этого производят охлаждение криогенных жидкостей.

Возможны два способа:

1. вакуумирование;

2. барботирование охлажденным газом и использование внешнего источника холода.

1. Вакуумирование (испарительное охлаждение).

к ВН

dG

Метод отличается простотой схемы и оборудования. Он базируется на термодинамическом свойстве двухфазной системы, для которой термодинамическая температура кипения является функцией давления Т_кип= f (P).

G

Рис.36

Для равновесного процесса в адиабатных условиях справедливо:

G c_ж dT = r dG (1)

G - масса жидкости

c_ж - удельная теплоемкость

dG - масса испарившейся жидкости

r - скрытая теплота

dT - понижение температуры

G T

∫ dG/G = ∫ (c_ж/r) dT или

G₀ T₀

T

ln G₀/G= ∫ (c_ж/r) dT (2)

T₀

G₀ ,T₀ - начальные масса и температура жидкости, соответственно.

Необходимо знать зависимости c_ж и r от Т. Теплоемкость берем среднюю, а теплоту испарения аппроксимируем зависимостью:

r/r₀ = [ (1-τ) / (1-τ₀) ]^0.38

r₀ – значение в начале процесса;

r – текущее значение.

τ=T/T_крит

Подставив эти значения в (2), получим:

ln G₀/G = c_ж(1-τ₀)^0.38T_крит^0.38 [(T_кр-T)^0.62-(T_кр-T₀)^0.62]

0.62τ₀

По графикам вида Т=f(G/G₀) можно определить Т в зависимости от объема испарившейся жидкости (рис.37).

При охлаждении О₂ от Т₀=90.2К до 70К необходимо испарить 15% жидкости (G/G₀=0.85 ).

Табл.8

Для жидкого гелия

Т,К	4.2	3.0	2.5	2.0	1.6
G/G0	1	0.74	0.68	0.63	0.58

Т, К

80

60 Т_ТР.Т О₂

30

20

10

1.0 0.9 0.8 G/G₀

О₂

N₂

тв. фаза

Ne

р-р Н₂

Рис.37

Выше рассмотренное справедливо для случая без потерь. Реальный процесс - с потерями, основные из которых связаны с неравновесностью процесса испарения из-за гидросопротивления по линии вакуумирования и теплопритоками.

к ВН

В результате давление над жидкостью оказывается меньше равновесного при Т_ж, следовательно плотность паров ниже и производительность системы уменьшается, время вакуумирование увеличивается.

Потери от неравновесности существенны. Пары и поверхностный слой холоднее основной жидкости( Т_ж-Т=ΔТ). Рис.38.

Т

Т_ж

Рис.38

Хорошо, когда жидкость кипит во всем объеме (например водород, у которого ΔТ=1.5-1.7К и потери от неравновесности 10-15% ). Хуже с кислородом и азотом, жидкости которых перемешиваются хуже( ΔТ=5-6К ).

2. Барботирование охлажденным газом.

Н_е

ТА

G₀

N₂

h

q_о.с.

О₂

В качестве барботажного газа - гелий. Испарение происходит внутрь. Разомкнутая схема (рис. 39) с большим расходом гелия, а замкнутая с малым расходом, но с проблемой отделения О₂.

Рис.39

При барботировании важно обеспечить достаточно полное насыщение (ε>0.9). Для этого необходима определенная длительность процесса барботирования или соответствующая высота слоя жидкости над барботером ( h≈600мм ).

ГРУ

Q_ГРУ=G₀c_жΔΤ+Q_п+q_осτ

ΔΤ- величина переохлаждения;

Q_п – тепло отнимаемое от сосуда, изоляции и т.п;

q_ос – теплоприток;

τ – время.

Этот метод экономичнее, чем вакуумирование и барботирование, так как нет потерь, обусловленных отводом холодных паров. Поэтому он более предпочтителен для охлаждения больших объемов (например, хранение водорода без потерь).

2а. Использование внешних источников охлаждения.

G₀

ТА

Рис.40