криогенная цистерна

Формула изобретения

КРИОГЕННАЯ ЦИСТЕРНА, содержащая оболочку, внутренний сосуд на опорах и изолирующее пространство между ними, заполненное закрепленной на сосуде слоистой изоляцией и порошковой теплоизоляцией, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности с одновременным снижением материалоемкости, порошковая теплоизоляция размещена в нижней части изолирующего пространства до уровня закрепления опор на сосуде, при этом слоистая изоляция выполнена с соотношением размеров

H₁/H₂ 1 2,5,

где H₁ количество слоев изоляции в порошковом материале;

H₂ количество слоев изоляции над порошковым материалом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к цистернам для транспортирования и хранения жидкого водорода.

Цель изобретения повышение эффективности изоляции при одновременном снижении ее материалоемкости.

Цель достигается тем, что в железнодорожной цистерне для жидкого водорода, содержащей оболочку, сосуд на опорах и изолирующее пространство между ними, заполненное слоистой изоляцией на сосуде и теплоизолирующим порошком, последний (порошок) размещен в нижней части изолирующего пространства до уровня контакта опор на сосуде, а слоистая изоляция выполнена по толщине в поперечном сечении по соотношению

H₂/H₁ 1-2,5, где Н₁ 60 количество слоев изоляции в порошке;

Н₂ количество слоев изоляции над порошком.

Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что засыпка порошка до уровня контакта опор на сосуде и нанесение экранов в поперечном сечении по соотношению H₂/H₁ 1-2,5 при Н₁ 60 отличают заявляемое решение от прототипа и соответствуют критерию "новизна".

Известны частичная засыпка порошка и нанесение разнотолщинной изоляции на сосуде в поперечном сечении.

Однако в данном случае засыпка теплоизолирующего порошка до уровня расположения опор на сосуде с оптимизацией нанесения слоистой изоляции в поперечном сечении сосуда повышает эффективность комбинированной изоляции с одновременным снижением ее материалоемкости, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Величины, указанные в формуле, получены опытным путем и подтверждаются графиками.

На фиг.1 изображена предлагаемая цистерна с экранной изоляцией, нанесенной по соотношению H₂/H₁ 1, поперечный разрез; на фиг.2 цистерны с экранной изоляцией, нанесенной по соотношению H₂/H₁ 2,5, поперечный разрез; на фиг.3 зависимость испаряемости от количества экранов при полной засыпке теплоизолирующего пространства порошком; на фиг.4 зависимость испаряемости от уровня засыпки теплоизолирующего порошка, где Н₁ Н₂ 60; на фиг.5 зависимость испаряемости от нанесенной изоляции по соотношению H₂/H₁ при Н₁ 60.

Цистерна для жидкого водорода содержит оболочку 1, сосуд 2 на опорах 3, изолирующее пространство между ними 4, экранную изоляцию 5, размещенную на сосуде 2, и теплоизолирующий порошок 6, засыпанный в нижнюю часть изолирующего пространства до уровня контакта опор 3 с сосудом 2.

Как следует из графика (фиг.5), увеличение отношения H₂/H₁ больше 2,5 не приводит к дальнейшему снижению испаряемости, а ведет к повышению материалоемкости за счет увеличения экранов. Уменьшение указанного отношения меньше 1 приводит к увеличению теплопритока по верхней части цистерны. При засыпке теплоизолирующего порошка ниже или выше уровня опор на сосуде (контролируется по количеству засыпанного порошка), как следует из графика (фиг.4), потери продукта возрастают.

В первом случае это происходит из-за того, что порошок не изолирует вырезы в экранной изоляции в районе опор, во втором из-за обжатия экранной изоляции порошком.

Пример выполнения устройства рассмотрим на железнодорожной цистерне объемом 100 м³ с диаметром сосуда 2836 мм и диаметром оболочки 3150 мм. При заданной испаряемости продукта 0,6% в сутки, как следует из графика (фиг.5), изоляция на сосуд наносится по соотношению Н₂/H₁1,5, где Н₁ 60 количество слоев изоляции в порошке, следовательно, количество слоев изоляции над порошком Н₂ 90 экранам.

При этом изоляция выполнена в виде теплоизолирующих пакетов. В нижней части емкости (до уровня контакта опор с сосудом) пакеты с числом слоев 15 наложены на сосуд с четырехкратным перекрытием, что составляет в итоге 60 слоев. В верхней части емкости (выше уровня контакта опор с сосудом) изоляция выполнена в виде пакетов с числом слоев 20 и 30, при трехкратном перекрытии сосуда пакетами с числом слоев 20 и в одно перекрытие с числом слоев 30. Общее число слоев теплоизоляции в верхней части емкости составит 90. Таким образом, в одном перекрытии теплоизолирующими пакетами число слоев в них составляет: в нижней части емкости 15, а в верхней 20, в первом или последнем перекрытии 30. Изолирующее пространство 4 засыпано порошком 6 из расчета покрытия опор в количестве 1,5 т.

В сравнении с прототипом происходит снижение испаряемости с 1% в сутки до 0,6% и одновременно снижение материалоемкости теплоизоляции как за счет снижения количества теплоизолирующего порошка с 5 до 1,5 т, так и за счет снижения числа слоев в теплоизолирующих пакетах в нижней части емкости с 30 до 15 в пакете, т.е. вдвое, а в верхней части с 30 до 20, т.е. в 1,5 раза.

Выбор конкретного отношения H₂/H₁ в части придельных значений определяется исходя из оптимизации допустимых потерь продукта и стоимости изоляции в пределах предлагаемого решения.

При определении годового экономического эффекта исходят из того, что потери перевозимой жидкости от самоиспарения снижаются на 40% с одновременным снижением материалоемкости изоляции на 40%