RU169852U1 - Cryogenic installation casing - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к криогенной технике. Кожух выполнен из металлических панелей, имеет металлическую стяжку, соединяющую расположенные на разных сторонах кожуха металлические панели. Достигается снижение металлоемкости кожуха. 1 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.The utility model relates to cryogenic technology. The casing is made of metal panels, has a metal screed connecting the metal panels located on different sides of the casing. A reduction in the casing metal consumption is achieved. 1 n and 6 z.p. f-ly, 5 ill.

Description

Полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована при проектировании и изготовлении криогенных воздухоразделительных установок (ВРУ) и других криогенных установок, использующих в качестве изоляции сыпучие или волокнистые материалы.The utility model relates to cryogenic technology and can be used in the design and manufacture of cryogenic air separation plants (ASUs) and other cryogenic plants that use bulk or fibrous materials as insulation.

Известна конструкция кожуха теплоизоляционной системы воздухоразделительных установок (см. RU 157991 U1, опубл. 20.12.2015), в которой аппараты ВРУ помещают в кожух, выполненный из металлических панелей, представляющих собой листы с приваренными к ним швеллерами и уголками, также кожух имеет замкнутые горизонтальные площадки обслуживания, одновременно являющиеся поясами жесткости. Недостатком конструкции является повышенные металлоемкость и трудоемкость при изготовлении, обусловленные наличием поясов жесткости в виде площадок обслуживания, а панели должны изготавливаться из достаточно толстых листов металлического проката, чтобы выдерживать внутреннее давление в установке.A known design of the casing of the heat-insulating system of air separation units (see RU 157991 U1, publ. 20.12.2015), in which the ASU devices are placed in a casing made of metal panels, which are sheets with channels and corners welded to them, also the casing has closed horizontal service platforms, simultaneously being stiffness belts. The disadvantage of the design is the increased metal consumption and the complexity of manufacturing, due to the presence of stiffening belts in the form of service areas, and the panels must be made of sufficiently thick sheets of rolled metal to withstand the internal pressure in the installation.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является, выбранная как прототип, конструкция кожуха теплоизоляционной системы воздухоразделительных установок (М.Г. Каганер, «Тепловая изоляция в технике низких температур», издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, 1966 г., с. 232). Согласно данному документу, аппараты установок низкотемпературного разделения воздуха помещают в общий кожух и изолируют волокнистыми материалами: минеральной или стеклянной ватой. Кожух выполняется из отдельных стальных щитов с приваренными по краям уголками. Щиты соединяются между собой болтами. Между полками уголков прокладывают для уплотнения резиновые полосы. Изоляционный материал заполняет все пространство между кожухом и расположенными в нем аппаратами и трубопроводами. Для защиты изоляции от увлажнения в нее подают под небольшим избыточным давлением часть отходящего из блока разделения сухого азота, препятствующего проникновению влажного атмосферного воздуха внутрь кожуха. Однако данная конструкция кожуха имеет существенный недостаток - большой расход металлических листов и швеллера при изготовлении кожуха. При такой конструкции кожух должен иметь прочностные характеристики, необходимые для компенсации нагрузки как от изоляционного материала внутри кожуха, так и выдерживать нагрузку от избыточного давления газа в кожухе. При этом кожухи воздухоразделительных установок, как правило, имеют различную геометрию по высоте, утолщаясь к низу установки. Расчет бокового давления на вертикальную стенку от сыпучих материалов выполняется по известной формуле Янсена (Аверин Л.В., Сайдаль Г.И., Цыбин О.Б. Силовое воздействие насыпной теплоизоляции при обрушении на кожух воздухоразделительной установки / Химическое и нефтяное машиностроение, 1994, №8, с. 13-15). Согласно данной формуле величина бокового давления существенно возрастает с утолщением установки в нижней ее части. Это ведет к росту металлоемкости кожуха. Масса таких конструкций может достигать сотен тонн для крупноразмерных ВРУ.Closest to the proposed utility model is, selected as a prototype, the casing design of the heat-insulating system of air separation units (MG Kaganer, “Thermal insulation in low-temperature technology”, “MECHANICAL ENGINEERING” publishing house, Moscow, 1966, p. 232). According to this document, the apparatuses of the low-temperature air separation units are placed in a common casing and insulated with fibrous materials: mineral or glass wool. The casing is made of separate steel panels with corners welded along the edges. Shields are interconnected by bolts. Between the shelves of the corners, rubber strips are laid for sealing. Insulating material fills the entire space between the casing and the apparatus and piping located in it. To protect the insulation from moisture, a part of the dry nitrogen leaving the separation unit is fed into it under slight excess pressure, which prevents the penetration of moist atmospheric air into the casing. However, this design of the casing has a significant drawback - the high consumption of metal sheets and channel in the manufacture of the casing. With this design, the casing must have the strength characteristics necessary to compensate for the load from the insulating material inside the casing, and withstand the load from excessive gas pressure in the casing. In this case, the casing of the air separation plants, as a rule, have different geometry in height, thickening to the bottom of the installation. Calculation of lateral pressure on a vertical wall from bulk materials is carried out according to the well-known Jansen formula (Averin L.V., Saidal G.I., Tsybin O.B. Power effect of bulk thermal insulation when the casing of an air separation unit collapses / Chemical and Petroleum Engineering, 1994, No. 8, p. 13-15). According to this formula, the lateral pressure increases significantly with a thickening of the installation in its lower part. This leads to an increase in the metal consumption of the casing. The mass of such structures can reach hundreds of tons for large-sized ASUs.

Целью настоящей полезной модели является упрочнение конструкции кожуха.The purpose of this utility model is to strengthen the design of the casing.

Технический результат полезной модели заключается в снижении металлоемкости кожуха.The technical result of the utility model is to reduce the metal consumption of the casing.

Технический результат достигается тем, что кожух криогенной установки выполнен из металлических конструкций, имеет металлическую стяжку, соединяющую расположенные на разных сторонах кожуха металлические конструкции. Стяжка выполнена из двух металлических пластин, закрепленных под углом, меньшим, чем 180° минус две величины угла естественного откоса теплоизоляционного порошка, причем вершина угла, образуемого пластинами, направлена вниз. Стяжка выполнена из металлических труб, заполненных внутри теплоизоляционным материалом. Стяжка выполнена из прямоугольного или квадратного металлического профиля, грани которого расположены под углом 39-51° к вертикали, а внутренняя полость профилей заполнена теплоизоляционным материалом, подавляющим естественную конвекцию газа внутри стяжки. Кожух дополнительно содержит стяжку. Кожух дополнительно содержит стяжки.The technical result is achieved in that the cryogenic installation casing is made of metal structures, has a metal coupler connecting metal structures located on different sides of the casing. The screed is made of two metal plates fixed at an angle less than 180 ° minus two values of the angle of repose of the heat-insulating powder, with the apex of the angle formed by the plates pointing down. The screed is made of metal pipes filled inside with insulating material. The screed is made of a rectangular or square metal profile, the edges of which are located at an angle of 39-51 ° to the vertical, and the internal cavity of the profiles is filled with heat-insulating material that suppresses the natural convection of gas inside the screed. The casing further comprises a screed. The casing further comprises couplers.

Стяжки представляют собой металлический профиль или металлические трубы, закрепленные с двух концов на противоположных сторонах кожуха преимущественно перпендикулярно металлическим конструкциям, например, панелям кожуха. Стяжки прикрепляются к листам кожуха или к его швеллерам в местах наибольшей деформации кожуха от внутреннего давления. При этом расположение стяжки внутри кожуха должно быть выполнено таким образом, чтобы стяжка не касалась и не пересекала оборудование, размещенное внутри кожуха. Под воздействием давления на внутреннюю сторону кожуха от теплоизоляционного материала или от находящегося в кожухе под избыточным давлением газа наддува кожух выгибается наружу, однако этому препятствуют стяжки, работающие на растяжение, благодаря чему конструкция кожуха упрочняется. При захолаживании криогенного оборудования установки часть стяжки оказывается в зоне пониженной температуры. Вследствие температурной деформации в стяжке возникает механическое напряжение, направленное внутрь установки, что еще более компенсирует внутреннюю нагрузку на кожух.The couplers are a metal profile or metal pipes fixed from two ends on opposite sides of the casing mainly perpendicular to the metal structures, for example, casing panels. Screeds are attached to the sheets of the casing or to its channels in the places of the greatest deformation of the casing from internal pressure. At the same time, the location of the screed inside the casing should be done so that the screed does not touch or cross the equipment placed inside the casing. Under the influence of pressure on the inner side of the casing from the heat-insulating material or from the pressurization gas being in the casing under excessive pressure, the casing bends outward, however this is prevented by tensile ties, due to which the casing construction is hardened. When cooling the cryogenic equipment of the installation, part of the screed is in the zone of low temperature. Due to thermal deformation in the screed, mechanical stress arises directed inside the unit, which further compensates for the internal load on the casing.

Однако такая работа стяжки сопровождается негативным процессом - возникновением на поверхности кожуха в местах крепления стяжек обмерзаний и дополнительных теплопритоков к находящемуся внутри кожуха криогенному оборудованию. Обмерзание ведет к возникновению коррозии кожуха. Дополнительный теплоприток ведет к непроизводительным потерям холода и к ухудшению теплового баланса установки. Дополнительный теплоприток возникает из-за теплопроводности материала стяжки. При изолировании установки сыпучими теплоизоляционными порошками под стяжками образуется газовая полость, которая не заполнена порошком. Эта газовая полость идет через всю установку, пересекает теплые и холодные участки в установке. В газовой полости возникает конвекционный теплообмен, что значительно увеличивает тепловые потери установки и размеры пятна обмерзания на кожухе.However, such work of the screed is accompanied by a negative process - the occurrence of freezing and additional heat influx to the cryogenic equipment inside the casing on the surface of the casing in the places of fastening of the screed. Freezing leads to corrosion of the casing. Additional heat gain leads to unproductive losses of cold and to a deterioration in the thermal balance of the installation. Additional heat gain occurs due to the thermal conductivity of the screed material. When the installation is insulated with loose heat-insulating powders, a gas cavity is formed under the screeds, which is not filled with powder. This gas cavity goes through the entire installation, crosses the warm and cold areas in the installation. Convection heat transfer occurs in the gas cavity, which significantly increases the heat loss of the installation and the size of the freezing spot on the casing.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 изображен кожух криогенной установки;In FIG. 1 shows a cryogenic installation casing;

На фиг. 2 - сечение стяжки в виде двутавра;In FIG. 2 - section of the screed in the form of an I-beam;

На фиг. 3 - сечение стяжки в виде соединенных под углом пластин с вершиной, направленной вниз;In FIG. 3 is a cross-section of a screed in the form of plates connected at an angle with an apex directed downward;

На фиг. 4 - сечение стяжки, выполненной из круглой трубы;In FIG. 4 is a cross-section of a coupler made of a round pipe;

На фиг. 5 - сечение стяжки, выполненной из прямоугольного профиля с вершиной вниз.In FIG. 5 is a cross-section of a coupler made of a rectangular profile with the top down.

На фиг. 1 показан кожух криогенной установки, где:In FIG. 1 shows a cryogenic installation casing, where:

1 - металлические листы кожуха,1 - metal sheets of the casing,

2 - сыпучий теплоизоляционный материал, например, вспученный перлитовый песок,2 - bulk thermal insulation material, for example, expanded perlite sand,

3 - листы кожуха в зоне утолщения установки,3 - sheets of the casing in the zone of thickening of the installation,

4 - металлическая стяжка,4 - metal screed

5 - зона крепления стяжки и листа кожуха.5 - a zone of fastening of a coupler and a sheet of a casing.

На фиг. 2 показано сечение стяжки, выполненной в виде двутавра, где:In FIG. 2 shows a cross-section of a coupler made in the form of an I-beam, where:

α - угол естественного откоса вспученного изоляционного порошка,α is the angle of repose of the expanded insulating powder,

6 - поперечное сечение стяжки, выполненной в виде двутавра,6 is a cross section of a coupler made in the form of an I-beam,

7 - теплоизоляционный порошок, например вспученный перлитовый песок,7 - heat-insulating powder, such as expanded perlite sand,

8 - газовая полость, образующаяся под стяжкой и проходящая по всей длине стяжки от одной стороны кожуха до другой.8 - a gas cavity formed under the screed and passing along the entire length of the screed from one side of the casing to the other.

На фиг. 3 показано сечение стяжки, выполненной в виде двух пластин, соединенных под углом с вершиной вниз, где:In FIG. 3 shows a cross section of a coupler made in the form of two plates connected at an angle with the top down, where:

β - угол при вершине стяжки из пластин. Его величина должна быть не более 180°-2α. В этом случае как внутри угла, так и под стяжкой не образуются газовые полости и все пространство заполняется теплоизоляционным порошком.β is the angle at the top of the screed from the plates. Its value should be no more than 180 ° -2α. In this case, no gas cavities are formed both inside the corner and under the screed and the entire space is filled with heat-insulating powder.

10 - поперечное сечение стяжки, выполненной в виде двух пластин, соединенных под углом,10 is a cross section of a coupler made in the form of two plates connected at an angle,

7 - теплоизоляционный порошок.7 - heat-insulating powder.

На фиг. 4 показано сечение стяжки, выполненной в виде круглой трубы, где:In FIG. 4 shows a cross section of a coupler made in the form of a round pipe, where:

11 - поперечное сечение стяжки, выполненной в виде круглой трубы,11 is a cross section of a coupler made in the form of a round pipe,

7 - теплоизоляционный порошок,7 - heat-insulating powder,

9 - изоляционный материал, наполняющий трубу стяжки, (изоляционный порошок или затвердевшая пена).9 - insulating material filling the screed tube (insulating powder or hardened foam).

На фиг. 5 показано сечение стяжки, выполненной в виде прямоугольного профиля, в данном частном случае в виде квадрата, где:In FIG. 5 shows a cross section of a screed made in the form of a rectangular profile, in this particular case in the form of a square, where:

12 - поперечное сечение стяжки, выполненной в виде прямоугольного профиля,12 is a cross section of a screed made in the form of a rectangular profile,

7 - теплоизоляционный порошок,7 - heat-insulating powder,

9 - изоляционный материал, наполняющий профиль стяжки (изоляционный порошок или затвердевшая пена).9 - insulating material filling the screed profile (insulating powder or hardened foam).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При монтаже кожуха установки устанавливается стяжка или стяжки, фиг 1. Стяжка или стяжки устанавливается, в первую очередь, в тех частях кожуха, где имеет место уширенное расстояние между сторонами кожуха. Стяжка или стяжки должны располагаться таким образом, чтобы они не задевали криогенное оборудование, находящееся внутри корпуса. Выполняется изолирование установки путем засыпки ее изоляционным порошком. Если стяжка выполнена в виде двутавроврового профиля, как показано на фиг. 2, то под двутавром образуется газовая полость, величина которой определяется величиной угла естественного откоса порошка α. Для вспученного перлитового песка, наиболее часто применяемого для изоляции криогенного оборудования, α≈30÷35°. Данная конструкция стяжки проста в изготовлении.When installing the installation casing, a screed or screeds are installed, Fig 1. The screed or screeds are installed, first of all, in those parts of the casing where there is a widened distance between the sides of the casing. The screed or screeds should be positioned so that they do not touch the cryogenic equipment inside the enclosure. The installation is insulated by filling it with insulating powder. If the screed is made in the form of an I-profile, as shown in FIG. 2, a gas cavity forms under the I-beam, the value of which is determined by the value of the angle of repose of the powder α. For expanded perlite sand, the most commonly used for isolation of cryogenic equipment, α≈30 ÷ 35 °. This screed construction is easy to manufacture.

Для исключения конвекционного теплообмена стяжка выполняется в виде двух металлических пластин, фиг. 3, сваренных между собой под углом β, меньшим, чем 180°-2α. В этом случае образующийся под стяжкой при изолировании установки откос изоляционного порошка полностью заполняет пространство под стяжкой, таким образом газовая полость не образуется, а величина теплопритока конвекцией падает до нуля.To eliminate convection heat transfer, the screed is made in the form of two metal plates, FIG. 3, welded together at an angle β less than 180 ° -2α. In this case, the slope of the insulating powder formed under the screed during the installation insulation completely fills the space under the screed, so the gas cavity is not formed, and the amount of heat gain by convection drops to zero.

Для увеличения прочности стяжки ее можно выполнять из металлической трубы, фиг. 4. В этом случае газовая полость образуется внутри трубы, что, в свою очередь, приводит к конвекционному теплообмену внутри трубы. Для подавления этого конвекционного теплообмена следует данную трубу заполнить изоляционным порошком или другим видом теплоизоляционного материала, например ввести самовспучивающуюся смесь, которая при вспучивании и расширении в трубе заполнит все ее свободное пространство, исключит образование газовой полости в трубе и уменьшит величину конвективного теплообмена до приемлемого уровня.To increase the strength of the screed, it can be made of a metal pipe, FIG. 4. In this case, a gas cavity is formed inside the pipe, which, in turn, leads to convective heat transfer inside the pipe. To suppress this convective heat transfer, this pipe should be filled with insulating powder or another type of heat-insulating material, for example, introduce a self-expanding mixture, which, when expanded and expanded in the pipe, will fill all its free space, prevent the formation of a gas cavity in the pipe and reduce the value of convective heat transfer to an acceptable level.

Вариант конструкции стяжки из профиля изображен на фиг. 5. В этом случае используется стяжка из прямоугольного или квадратного профиля, ребро которого наклонено под углом в 39-51° к вертикали. Поскольку ребро наклонено меньше, чем угол внутреннего откоса большинства теплоизоляционных порошков, то под обоими нижними ребрами квадратного профиля газовые полости не образуются. Полость внутри квадратного профиля заполняется изоляционным порошком или саморасширяющейся теплоизоляционной пеной. Таким образом, снаружи профиля и внутри него нет свободных полостей - теплоприток конвекцией не возникает.A design variant of the coupler from the profile is shown in FIG. 5. In this case, a screed from a rectangular or square profile is used, the edge of which is inclined at an angle of 39-51 ° to the vertical. Since the rib is inclined less than the angle of repose of most heat-insulating powders, gas cavities do not form under both lower edges of the square profile. The cavity inside the square profile is filled with insulating powder or self-expanding heat-insulating foam. Thus, there are no free cavities outside the profile and inside it - heat gain by convection does not occur.

Claims (7)

1. Кожух криогенной установки, выполненный из металлических конструкций, отличающийся тем, что кожух имеет металлическую стяжку, соединяющую расположенные на разных сторонах кожуха металлические конструкции.1. The cryogenic installation casing made of metal structures, characterized in that the casing has a metal coupler connecting metal structures located on different sides of the casing. 2. Кожух криогенной установки по п. 1, отличающийся тем, что стяжка выполнена из двух металлических пластин, закрепленных под углом, меньшим, чем 180° минус две величины угла естественного откоса теплоизоляционного порошка, причем вершина угла, образуемого пластинами, направлена вниз.2. The cryogenic installation casing according to claim 1, characterized in that the screed is made of two metal plates fixed at an angle less than 180 ° minus two values of the angle of repose of the heat-insulating powder, with the apex of the angle formed by the plates pointing down. 3. Кожух криогенной установки по п. 1, отличающийся тем, что стяжка выполнена из металлических труб, заполненных внутри теплоизоляционным материалом.3. The cryogenic installation casing according to claim 1, characterized in that the screed is made of metal pipes filled inside with insulating material. 4. Кожух криогенной установки по п. 1, отличающийся тем, что стяжка выполнена из прямоугольного или квадратного металлического профиля.4. The cryogenic installation casing according to claim 1, characterized in that the screed is made of a rectangular or square metal profile. 5. Кожух криогенной установки по п. 4, отличающийся тем, что грани профиля стяжки расположены под углом 39-51° к вертикали, а внутренняя полость профилей заполнена теплоизоляционным материалом, подавляющим естественную конвекцию газа внутри стяжки.5. The cryogenic installation casing according to claim 4, characterized in that the faces of the screed profile are located at an angle of 39-51 ° to the vertical, and the internal cavity of the profiles is filled with heat-insulating material that suppresses natural gas convection inside the screed. 6. Кожух криогенной установки по п. 1, отличающийся тем, что кожух дополнительно содержит стяжку.6. The cryogenic installation casing according to claim 1, characterized in that the casing further comprises a screed. 7. Кожух криогенной установки по п. 1, отличающийся тем, что кожух дополнительно содержит стяжки.7. The cryogenic installation casing according to claim 1, characterized in that the casing further comprises couplers.

Images