RU2750221C1 - Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank - Google Patents

Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank Download PDF

Info

Publication number
RU2750221C1
RU2750221C1 RU2020127997A RU2020127997A RU2750221C1 RU 2750221 C1 RU2750221 C1 RU 2750221C1 RU 2020127997 A RU2020127997 A RU 2020127997A RU 2020127997 A RU2020127997 A RU 2020127997A RU 2750221 C1 RU2750221 C1 RU 2750221C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tank
liquid
cryogenic
temperature
cryogenic liquid
Prior art date
Application number
RU2020127997A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Духанин
Original Assignee
Юрий Иванович Духанин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Иванович Духанин filed Critical Юрий Иванович Духанин
Priority to RU2020127997A priority Critical patent/RU2750221C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750221C1 publication Critical patent/RU2750221C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • F17C5/04Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases requiring the use of refrigeration, e.g. filling with helium or hydrogen

Abstract

FIELD: cryogenic technology.SUBSTANCE: invention relates to cryogenic technology and can be widely used in the operation of large-capacity cryogenic tanks, reservoirs and tanks of the ZhVTs-100M, 8G513M type used for storage and transportation of high-purity cryogenic liquids. Pre-cooling of the tank is carried out due to heat exchange of the inner surface of the tank with a gaseous flow of the same cryoagent that is poured into the tank, and which is obtained in the ejector by mixing a high-pressure and low-temperature gaseous flow and a low-pressure gaseous flow in the volume of the tank, while the gas flow after the ejector is directed to the lower part of the tank shell evenly and along the entire length of the tank with a temperature difference that is safe for the tank design until a fixed value of the final temperature is reached, controlled by the temperature of the gaseous flow discharged through the drain pipeline. Part of the flow is withdrawn through the cryogenic liquid supply line. After that, the tank is filled with a cryogenic liquid through the first filter-adsorber installed at the bottom of the tank, and the liquid from the tank is drained through the second filter-adsorber, identical to the first. During the period of non-drainage storage of the liquid in the tank, the pressure in the vapor cushion of the tank is reduced by periodically spraying the vapors with a cryogenic liquid supplied by the pump, while the liquid is drawn into the pump from the bottom of the tank through the second filter-adsorber.EFFECT: invention ensures a cool-down regime for the design of a cryogenic tank and reducing losses and contamination of cryogenic liquid during its filling, storage and discharge.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть широко использовано при эксплуатации крупнотоннажных криогенных баков, резервуаров и цистерн типа ЖВЦ-100М, 8Г513М, используемых для хранения и транспортировки криогенных жидкостей высокой чистоты. Известен способ заправки емкости жидким водородом, включающий предварительное охлаждение конструкции заправляемой емкости до 63К путем подачи жидкого водорода через фильтр, после чего подачу жидкого водорода осуществляют через байпас на входе в фильтр до достижения температуры равновесной давлению водорода перед фильтром, а затем вновь производят подачу жидкого водорода через фильтр (см. патент РФ 2040728).The invention relates to cryogenic technology and can be widely used in the operation of large-capacity cryogenic tanks, reservoirs and tanks of the type ZhVTs-100M, 8G513M, used for storage and transportation of cryogenic liquids of high purity. There is a known method of filling a container with liquid hydrogen, including pre-cooling the structure of the container to be refilled to 63K by supplying liquid hydrogen through a filter, after which liquid hydrogen is supplied through a bypass at the inlet to the filter until the equilibrium temperature is reached to the hydrogen pressure in front of the filter, and then liquid hydrogen is supplied again through a filter (see RF patent 2040728).

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- вероятность забивки кристаллами отвердевших О2 и N2 байпасного клапана;- the likelihood of crystals clogging solidified O 2 and N 2 bypass valve;

- при байпасировании холод водорода не используется для охлаждения конструкции емкости;- when bypassing, hydrogen cold is not used to cool the tank structure;

- повышение концентрации примесей О2 и N2 в процессе хранения из-за испарения жидкого водорода от теплопритоков к емкости и температурного расслоения жидкого водорода.- an increase in the concentration of O 2 and N 2 impurities during storage due to the evaporation of liquid hydrogen from heat inflows to the container and temperature stratification of liquid hydrogen.

Известен способ транспортировки жидкого водорода, включающий хранение жидкости с накоплением паров и слив жидкости, при этом накопление паров ведут до максимального фазового разделения, равновесного температуре жидкости при данном коэффициенте заполнения цистерны, после чего осуществляют слив водорода в хранилище на падающем давлении. (см патент 2064626).A known method of transporting liquid hydrogen, including storage of liquid with accumulation of vapors and discharge of liquid, while the accumulation of vapors is carried out to the maximum phase separation, the equilibrium temperature of the liquid at a given filling factor of the tank, after which the hydrogen is drained into the storage at a falling pressure. (see patent 2064626).

Основной недостаток данного способа заключается в том, что конденсацию паров водорода, образующихся в процессе транспортировки от теплопритоков к емкости и в результате температурного расслоения жидкого водорода, осуществляют только за счет маневрирования транспортного средства.The main disadvantage of this method is that the condensation of hydrogen vapors generated during transportation from heat fluxes to the container and as a result of temperature stratification of liquid hydrogen is carried out only by maneuvering the vehicle.

Наиболее близким к предложенному является способ заправки бака криогенной жидкостью, ее хранения и слива из бака, включающий, предварительное охлаждение верхней части обечайки криогенного бака за счет обдува ее холодными парами криоагента, подаваемыми на внутреннюю поверхность обечайки бака равномерно по длине бака, при этом обдув верхней части обечайки бака ведут, пока не будет достигнуто фиксированного значения конечной температуры ее охлаждения, обеспечивающее снижение нагрузок на конструкцию бака от температурных напряжений до величин, возникающих при подаче в бак криогенной жидкости, после чего по трубопроводу подачи производят заполнение бака криогенной жидкостью через нижнюю часть бака с вытеснением паров криоагента через дренажный трубопровод и ее бездренажное хранение в баке. (см патент 2216491).The closest to the proposed method is the method of filling the tank with cryogenic liquid, its storage and drainage from the tank, including preliminary cooling of the upper part of the cryogenic tank shell by blowing it with cold cryogenic vapor supplied to the inner surface of the tank shell evenly along the length of the tank, while blowing the upper parts of the tank shell lead until a fixed value of the final temperature of its cooling is reached, which reduces the loads on the tank structure from temperature stresses to the values that arise when a cryogenic liquid is supplied to the tank, after which the tank is filled with a cryogenic liquid through the lower part of the tank through the supply pipeline with the displacement of vapors of the cryoagent through the drainage pipeline and its non-drainage storage in the tank. (see patent 2216491).

Несмотря на то, что данный способ обеспечивает безопасное захолаживание конструкции кислородного бака, однако осуществляется оно за счет холода паров газообразного азота, что приведет к загрязнению жидкого кислорода при его заправке и хранении в баке.Despite the fact that this method provides a safe cooling of the structure of the oxygen tank, however, it is carried out due to the cold vapor of gaseous nitrogen, which will lead to contamination of liquid oxygen during its filling and storage in the tank.

Задачей изобретения является обеспечение безопасного для конструкции криогенного бака режима захолаживания и уменьшение потерь и загрязнения криогенной жидкости в процессе ее заправки, хранения и слива. Поставленная цель достигается тем, что в способе заправки бака криогенной жидкостью, ее хранения и слива из бака, включающем, предварительное охлаждение верхней части обечайки криогенного бака за счет обдува ее холодными парами криоагента, подаваемыми на внутреннюю поверхность обечайки бака равномерно по длине бака, при этом обдув верхней части обечайки бака ведут, пока не будет достигнуто фиксированного значения конечной температуры ее охлаждения, обеспечивающее снижение нагрузок на конструкцию бака от температурных напряжений до величин, возникающих при подаче в бак криогенной жидкости, после чего по трубопроводу подачи производят заполнение бака криогенной жидкостью через нижнюю часть бака с вытеснением паров криоагента через дренажный трубопровод и ее бедренажное хранение в баке, предварительное охлаждение бака осуществляют за счет теплообмена внутренней поверхности бака с газообразным потоком того же криоагента, что заливают в бак, и который получают в эжекторе за счет смешения высоконапорного и низкотемпературного газообразного потока и низконапорного газообразного потока, находящегося в объеме бака, при этом поток газа после эжектора направляют на нижнюю часть обечайки бака равномерно и по всей длине бака безопасным для конструкции бака температурным перепадом до достижения фиксированного значения конечной температуры, контролируемой по температуре газообразного потока, отводимого через дренажный трубопровод, при этом часть потока отводят через трубопровод подачи криогенной жидкости, после чего осуществляют заполнение бака криогенной жидкостью через первый фильтр-адсорбер, установленный на дне бака, а слив жидкости из бака выполняют через второй фильтр-адсорбер идентичный первому, а кроме того в период бездренажного хранения жидкости в баке осуществляют снижение давления в паровой подушке бака путем периодического душирования паров криогенной жидкостью, подаваемой насосом, при этом забор жидкости в насос выполняют со дна бака через второй фильтр-адсорбер.The objective of the invention is to provide a cool-down regime that is safe for the design of a cryogenic tank and to reduce losses and contamination of a cryogenic liquid during its filling, storage and discharge. This goal is achieved by the fact that in the method of filling a tank with a cryogenic liquid, storing it and draining it from the tank, including preliminary cooling of the upper part of the cryogenic tank shell by blowing it with cold vapors of the cryoagent supplied to the inner surface of the tank shell evenly along the length of the tank, while the upper part of the tank shell is blown until a fixed value of the final temperature of its cooling is reached, which reduces the loads on the tank structure from temperature stresses to the values that arise when a cryogenic liquid is supplied to the tank, after which the tank is filled with a cryogenic liquid through the lower part of the tank with the displacement of cryoagent vapors through the drainage pipeline and its femoral storage in the tank, preliminary cooling of the tank is carried out due to heat exchange of the inner surface of the tank with a gaseous flow of the same cryoagent that is poured into the tank, and which is obtained in the ejector by mixing co-pressure and low-temperature gaseous flow and low-pressure gaseous flow located in the volume of the tank, while the gas flow after the ejector is directed to the lower part of the tank shell evenly and along the entire length of the tank with a temperature difference safe for the tank design until a fixed value of the final temperature controlled by the temperature of the gaseous flow removed through the drainage pipeline, while part of the flow is withdrawn through the cryogenic liquid supply pipeline, after which the tank is filled with cryogenic liquid through the first adsorber filter installed at the bottom of the tank, and the liquid is drained from the tank through the second adsorber filter identical to the first, and in addition, during the period of non-drainage storage of the liquid in the tank, the pressure in the vapor cushion of the tank is reduced by periodically spraying the vapors with a cryogenic liquid supplied by the pump, while the liquid is drawn into the pump from the bottom of the tank through the second filter-adsorber.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию НОВИЗНА.The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by aggregate features identical to all essential features of the claimed invention, therefore, it meets the NOVELTY criterion.

Реализация предлагаемого способа поясняется с помощью принципиальной схемы, изображенной на рисунке. Криогенный бак содержит внутреннюю обечайку 1, (наружный вакуумный кожух бака на чертеже не показан) в верней части которой установлен эжектор 2, с помощью которого производится предварительное захолаживание бака, и продольный трубчатый коллектор 3, установленный по всей длине бака, с равномерно расположенными по всей длине коллектора сопловыми отверстиями 4, а в нижней части обечайки монтируются продольный трубчатый коллектор 5, установленный по всей длине бака, с равномерно расположенными по всей длине коллектора сопловыми отверстиями 6, соединенный трубопроводом 7 с эжектором 2, фильтр-адсорбер 8, через который производится заполнение бака криогенной жидкостью, идентичный фильтру-адсорберу 8 - фильтр-адсорбер 9, через который производится слив из бака криогенной жидкости, и насос 10, трубопроводом 11 подключенный к трубчатому коллектору 3. В состав бака входят также трубопроводы, обеспечивающие выполнение технологических операций и взаимосвязь с оборудованием заправочного комплекса, а именноThe implementation of the proposed method is illustrated using the schematic diagram shown in the figure. The cryogenic tank contains an inner shell 1, (the outer vacuum casing of the tank is not shown in the drawing) in the upper part of which an ejector 2 is installed, with the help of which the tank is preliminary cooled down, and a longitudinal tubular collector 3, installed along the entire length of the tank, with uniformly spaced the length of the collector with nozzle holes 4, and in the lower part of the shell, a longitudinal tubular collector 5 is mounted, installed along the entire length of the tank, with nozzle holes 6 evenly spaced along the entire length of the collector, connected by a pipeline 7 with an ejector 2, an adsorber filter 8 through which filling is performed tank with cryogenic liquid, identical to the adsorber filter 8 - the adsorber filter 9, through which the cryogenic liquid is drained from the tank, and the pump 10, by pipeline 11 connected to the tubular collector 3. The tank also includes pipelines that ensure technological operations and interconnection with filling complex equipment, namely

- трубопровод 12 подачи криогенной жидкости в бак через фильтр-адсорбер 8 с клапаном 13;- pipeline 12 for the supply of cryogenic liquid to the tank through the filter-adsorber 8 with valve 13;

- трубопровод 14 слива криогенной жидкости из бака через фильтр-адсорбер 9 с клапаном 15;- pipeline 14 for draining the cryogenic liquid from the tank through the filter-adsorber 9 with valve 15;

- трубопровод 16 с клапаном 17 подачи на эжектор 2 высоконапорного и низкотемпературного газообразного потока того же криоагента, что заливают в бак по трубопроводу 12 подачи криогенной жидкости;- pipeline 16 with a valve 17 for supplying a high-pressure and low-temperature gaseous flow to the ejector 2 of the same cryoagent that is poured into the tank through the pipeline 12 for supplying a cryogenic liquid;

- дренажный трубопровод 18 с клапаном 19;- drainage pipeline 18 with valve 19;

- трубопровод 20 с клапаном 21, подключенный к трубопроводу 14 слива криогенной жидкости и к насосу 10;- pipeline 20 with valve 21, connected to the pipeline 14 for draining the cryogenic liquid and to the pump 10;

- трубопровод 22 с клапаном 23 для подключения газа наддува при выполнении операции слива криогенной жидкости из бака.- pipeline 22 with valve 23 for connecting the boost gas when draining the cryogenic liquid from the tank.

Контроль технологических параметров в баке осуществляется с помощью следующих датчиков:The control of technological parameters in the tank is carried out using the following sensors:

- датчика 24 уровня криогенной жидкости;- sensor 24 level of cryogenic liquid;

- датчика 25 температуры и датчика 26 давления, установленных на дренажном трубопровод 18.- a temperature sensor 25 and a pressure sensor 26 installed on the drain line 18.

Рассмотрим осуществление способа на конкретном примере заправки бака жидким водородом, хранения и слива жидкого водорода высокой чистоты (99,99995% об.) из бака диаметром 2 м и длинной 20 м.Let us consider the implementation of the method using a specific example of filling a tank with liquid hydrogen, storing and draining high-purity liquid hydrogen (99.99995 vol.%) From a tank with a diameter of 2 m and a length of 20 m.

Перед началом выполнения технологических операций производят состыку трубопроводов бака с соответствующими магистралями заправочного комплекса (на чертеже не показан) и проводят общеизвестные вспомогательные операций - замены воздуха на азот и азота на водород в баке, после чего приступают к наиболее ответственному этапу захолаживания бака от 300К до 80К газообразным водородом высокой чистоты. Для этого на дренажном трубопроводе 18 открывают клапан 19, а затем на трубопроводе 16 открывают клапан 17 и с необходимым расходом подают на эжектор 2 высоконапорный (Р=1,5-2,0 МПа) и низкотемпературный (Т=80К) поток водорода. В эжекторе 2 происходит смешение этого потока с низконапорным потоком водорода (Р=0,02-0,03 МПа) и температурой (Т=300К),поступающего из объема бака. Из эжектора 2 общий поток газообразного водорода по трубопроводу 7 поступает в продольный трубчатый коллектор 3, выполненный на всю длину бака, и далее через сопловые отверстия 4, равномерно расположенные по длине коллектора, происходит интенсивный обдув внутренней обечайки 1 бака, приводящий к охлажению как самого бака, так и массы газообразного водорода в объеме бака за счет эффективного теплообмена. Характеристика эжектора 2 обеспечивает начальную температуру смешанною потока водорода не ниже 230К, что соответствует первоначальному температурному перепаду в 70К безопасному для конструкции бака. В дальнейшем процессе охлаждения температура водорода после эжектора 2 плавно понижается в соответствии с понижением температуры бака, при этом обеспечивается плавное охлаждение бака с максимальной холодопроизводительностью и безопасным температурным перепадом, который автоматически выдерживается во всем температурном интервале охлаждения. Контроль за процессом охлаждения выполняют с помощью датчика 25 температуры, замеряющего температуру газообразного водорода, отводимого из бака через дренажный трубопровод 19, при этом из бака производится не большой отбор для захолаживания трубопровода 12 с помощью клапана 13. При достижении фиксированного значения конечной температуры водорода 80К-85К, отводимого из бака через дренажный трубопровод 18, процесс предварительного охлаждения бака считается законченным. Описанный процесс охлаждения бака от 300К до 80К обеспечивает не только » мягкий» и безопасный для конструкции бака режим захолаживания, но и позволяет не расходовать жидкий водород высокой чистоты.Before the start of technological operations, the pipelines of the tank are joined with the corresponding lines of the filling complex (not shown in the drawing) and the well-known auxiliary operations are carried out - replacing air with nitrogen and nitrogen with hydrogen in the tank, after which they proceed to the most important stage of cooling the tank from 300K to 80K high purity hydrogen gas. To do this, valve 19 is opened on the drain pipeline 18, and then valve 17 is opened on pipeline 16, and a high-pressure (P = 1.5-2.0 MPa) and low-temperature (T = 80K) stream of hydrogen is fed to the ejector 2 at the required flow rate. In the ejector 2, this flow is mixed with a low-pressure flow of hydrogen (P = 0.02-0.03 MPa) and temperature (T = 300K) coming from the volume of the tank. From the ejector 2, the total flow of gaseous hydrogen through the pipeline 7 enters the longitudinal tubular collector 3, made for the entire length of the tank, and then through the nozzle openings 4, evenly spaced along the length of the collector, intensive blowing of the inner shell 1 of the tank occurs, leading to cooling as the tank itself , and the mass of gaseous hydrogen in the volume of the tank due to effective heat exchange. The characteristic of the ejector 2 provides the initial temperature of the mixed flow of hydrogen not lower than 230K, which corresponds to the initial temperature difference of 70K, which is safe for the design of the tank. In the further cooling process, the temperature of the hydrogen after the ejector 2 gradually decreases in accordance with the decrease in the temperature of the tank, while smooth cooling of the tank is ensured with maximum cooling capacity and a safe temperature difference, which is automatically maintained throughout the entire temperature range of cooling. The cooling process is monitored using a temperature sensor 25 that measures the temperature of hydrogen gas discharged from the tank through the drain line 19, while a small sample is made from the tank to cool down the pipeline 12 using valve 13. When a fixed value of the final hydrogen temperature of 80K- 85K, discharged from the tank through the drain line 18, the process of pre-cooling the tank is considered complete. The described process of cooling the tank from 300K to 80K provides not only a "soft" and safe for the design of the tank cooling mode, but also allows not to consume high-purity liquid hydrogen.

Следующий этап охлаждение от 85К-80К до 25К-30К и заполнение объема бака производится жидким водородом высокой чистоты (99,99995% об.) Для выполнения этой операции закрывают клапан 17, открывают клапан 13 и подают жидкий водород по предварительному захоложенному трубопроводу 12 через фильтр-адсорбер 8, выполненного, на пример, в виде металлических пористых лент (типа ФНС) с размером ячейки от 5 мкм до 20 мкм, между которыми размещают адсорбент, в качестве которого используют силикагель марки КСМГ, при этом размеры фильтра-адсорбера 8 выполняются исходя из требования условий эксплуатации бака. Так как трубопровод подачи жидкого водорода 12 и фильтр-адсорбер 8 были предварительно захоложены до 80К, то фильтр-адсорбер 8 сразу же начинает улавливать газообразные примеси N2 и О2, присутствующие в паровой фазе водорода, а так же те же примеси, выпадающих в виде кристаллов из жидкого водорода, если их содержание в нем превысит порог растворимости. Процесс захолаживания бака до 25К-30К контролируется с помощью датчика 25 по температуре газообразного водорода, отводимого через дренажный трубопровод 18. При достижении указанного интервала температуры в баке начинается накопление жидкого водорода. Процесс накопления жидкого водорода контролируется с помощью датчика 24 уровня жидкого водорода. При достижении уровня, соответствующему 85%-95% объема бака, процесс заполнения бака прекращают, закрывают клапаны 13 и 19 и переходят к бездренажому хранению жидкого водорода, либо в стационарном режиме хранения, либо в режиме транспортировки. В процессе бездренажного хранения жидкого водорода из-за теплопритоков происходит постоянное испарение жидкого водорода, что приводит не только к уменьшению уровня жидкого водорода, но и к повышению концентрации примесей в жидком водороде, при этом как известно скорость нарастания давления при стационарном хранении жидкого водорода в баке в три раза выше, чем тогда, когда бак находится в движении, что обусловлено температурным расслоением жидкого водорода. В то же время автоматический сброс паров будет происходить независимо от условий роста давления, что ведет к повышению концентрации примесей в жидком водороде, которая растет пропорционально потерям сбрасываемого количества водорода, что очень нежелательно при хранении особо чистого жидкого водорода. Уменьшение потерь жидкого водорода и уменьшение его загрязнения примесями О2 и N2 осуществляют за счет снижения давления в паровой подушке бака путем душирования жидким водородом. Процесс душирования жидким водородом осуществляют периодически и автоматически при достижении заранее программируемых величин давлений в паровой подушке бака, которые рассчитываются с учетом величины теплопритока, коэффициента заполнения бака жидким водородом и длительности хранения жидкого водорода. При достижении в паровой подушке бека базового запрограммированного давления, контролируемого с помощью датчика 26 давления, происходит автоматическое открытие клапана 21 и пуск насоса 10. В результате «холодный» жидкий водород со дна бака через фильтр-адсорбер 9 по трубопроводу 20 поступает в насос 10, а после насоса 10 жидкий водород под давлением по трубопроводу 11 подается в продольный трубчатый коллектор 3, размещенный по всей длине бака, где жидкий водород распыляется через сопловые отверстия 4, равномерно расположенные по длине коллектора, в паровую подушку бака, где происходит частичная конденсация паров водорода, сопровождающаяся снижением давления в паровой подушке бака. При достижении запрограммированного значения давления происходит автоматическое отключение насоса 10 и закрытие клапана 21. Для проведения операции слива жидкого водорода из бака производят подключение трубопровода 22 с клапаном 23 и трубопровода 14 с клапаном 15 к оборудованию заправочного комплекса, после чего с помощью клапана 23 от заправочного комплекса подают газообразный водород высокой чистоты в газовую подушку бака до необходимого давления, контролируемого с помощью датчика 26 давления, открывают клапан 15 и выполняют слив жидкого водорода через фильтр-адсорбер 9, который задерживает кристаллические примеси О2 и N2, образовавшиеся в процессе хранения жидкого водорода в баке. Слив жидкого водорода из бака прекращают, когда уровень в баке достигнет отметки, при которой в баке остается от 3% до 8% жидкого водорода в баке.The next stage is cooling from 85K-80K to 25K-30K and filling the tank volume with liquid hydrogen of high purity (99.99995% vol.) To perform this operation, valve 17 is closed, valve 13 is opened and liquid hydrogen is supplied through the preliminary cooled pipeline 12 through a filter -adsorber 8, made, for example, in the form of metal porous tapes (FTS type) with a cell size from 5 μm to 20 μm, between which an adsorbent is placed, which is used as silica gel of the KSMG brand, while the dimensions of the filter-adsorber 8 are made on the basis of from the requirements of the operating conditions of the tank. Since the liquid hydrogen supply pipeline 12 and the adsorber filter 8 were pre-cooled to 80K, the adsorber filter 8 immediately begins to catch the gaseous impurities N 2 and O 2 present in the vapor phase of hydrogen, as well as the same impurities falling out in in the form of crystals from liquid hydrogen, if their content in it exceeds the solubility threshold. The process of chilling the tank to 25K-30K is controlled by a sensor 25 according to the temperature of gaseous hydrogen discharged through the drainage pipeline 18. When the specified temperature range is reached, the accumulation of liquid hydrogen begins in the tank. The process of accumulating liquid hydrogen is monitored by means of a liquid hydrogen level sensor 24. Upon reaching the level corresponding to 85% -95% of the volume of the tank, the process of filling the tank is stopped, valves 13 and 19 are closed, and they proceed to drainless storage of liquid hydrogen, either in a stationary storage mode or in a transportation mode. In the process of non-drainage storage of liquid hydrogen, due to heat inflows, constant evaporation of liquid hydrogen occurs, which leads not only to a decrease in the level of liquid hydrogen, but also to an increase in the concentration of impurities in liquid hydrogen, while the rate of pressure rise during stationary storage of liquid hydrogen in a tank is known three times higher than when the tank is in motion, due to the temperature stratification of liquid hydrogen. At the same time, automatic vapor discharge will occur regardless of the pressure growth conditions, which leads to an increase in the concentration of impurities in liquid hydrogen, which increases in proportion to the loss of the discharged amount of hydrogen, which is very undesirable when storing highly pure liquid hydrogen. Reducing the loss of liquid hydrogen and reducing its contamination with impurities of O 2 and N 2 is carried out by reducing the pressure in the steam cushion of the tank by spraying with liquid hydrogen. The process of spraying with liquid hydrogen is carried out periodically and automatically when the pre-programmed values of pressures in the vapor cushion of the tank are reached, which are calculated taking into account the amount of heat flow, the filling factor of the tank with liquid hydrogen and the duration of storage of liquid hydrogen. When the basic programmed pressure in the steam cushion of the beck is reached, which is controlled by the pressure sensor 26, the valve 21 is automatically opened and the pump 10 is started. As a result, the "cold" liquid hydrogen from the bottom of the tank through the filter-adsorber 9 through the pipeline 20 enters the pump 10, and after pump 10, liquid hydrogen under pressure through pipeline 11 is fed into a longitudinal tubular collector 3 located along the entire length of the tank, where liquid hydrogen is sprayed through nozzle openings 4, evenly spaced along the length of the collector, into the steam cushion of the tank, where partial condensation of hydrogen vapor occurs , accompanied by a decrease in pressure in the steam cushion of the tank. When the programmed pressure value is reached, the pump 10 is automatically turned off and the valve 21 is closed. To carry out the operation of draining liquid hydrogen from the tank, pipeline 22 with valve 23 and pipeline 14 with valve 15 are connected to the equipment of the filling complex, after which using valve 23 from the filling complex gaseous hydrogen of high purity is fed into the gas cushion of the tank to the required pressure, controlled by the pressure sensor 26, the valve 15 is opened and the liquid hydrogen is drained through the filter-adsorber 9, which retains the crystalline impurities of O 2 and N 2 formed during the storage of liquid hydrogen in the tank. Discharge of liquid hydrogen from the tank is stopped when the level in the tank reaches a mark at which 3% to 8% of liquid hydrogen in the tank remains in the tank.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить потери и загрязнение не только жидкого водорода, приведенного в описании, но и других криогенных жидкостей в процессе их заправки, хранения и слива.The proposed method makes it possible to reduce losses and contamination not only of liquid hydrogen given in the description, but also of other cryogenic liquids during their filling, storage and discharge.

Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решении дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».Comparison of the essential features of the proposed and already known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "INDUSTRIAL APPLICABILITY".

Claims (1)

Способ заправки бака криогенной жидкостью, ее хранения и слива из бака, включающий предварительное охлаждение верхней части обечайки криогенного бака за счет обдува ее холодными парами криоагента, подаваемыми на внутреннюю поверхность обечайки бака равномерно по длине бака, при этом обдув верхней части обечайки бака ведут, пока не будет достигнуто фиксированное значение конечной температуры ее охлаждения, обеспечивающее снижение нагрузок на конструкцию бака от температурных напряжений до величин, возникающих при подаче в бак криогенной жидкости, после чего по трубопроводу подачи производят заполнение бака криогенной жидкостью через нижнюю часть бака с вытеснением паров криоагента через дренажный трубопровод и ее бездренажное хранение в баке, отличающийся тем, что предварительное охлаждение бака осуществляют за счет теплообмена внутренней поверхности бака с газообразным потоком того же криоагента, что заливают в бак, и который получают в эжекторе за счет смешения высоконапорного и низкотемпературного газообразного потока и низконапорного газообразного потока, находящегося в объеме бака, при этом поток газа после эжектора направляют на нижнюю часть обечайки бака равномерно и по всей длине бака с безопасным для конструкции бака температурным перепадом до достижения фиксированного значения конечной температуры, контролируемой по температуре газообразного потока, отводимого через дренажный трубопровод, при этом часть потока отводят через трубопровод подачи криогенной жидкости, после чего осуществляют заполнение бака криогенной жидкостью через первый фильтр-адсорбер, установленный на дне бака, а слив жидкости из бака выполняют через второй фильтр-адсорбер, идентичный первому, а кроме того, в период бездренажного хранения жидкости в баке осуществляют снижение давления в паровой подушке бака путем периодического душирования паров криогенной жидкостью, подаваемой насосом, при этом забор жидкости в насос выполняют со дна бака через второй фильтр-адсорбер.A method of filling a tank with a cryogenic liquid, storing it and draining it from the tank, including pre-cooling the upper part of the shell of a cryogenic tank for by blowing it with cold vapors of the cryoagent, supplied to the inner surface of the tank shell evenly along the length of the tank, while the upper part of the tank shell is blown until a fixed value of the final temperature of its cooling is reached, which reduces the loads on the tank structure from temperature stresses to values, arising when a cryogenic liquid is supplied to the tank, after which the tank is filled with a cryogenic liquid through the supply pipeline through the lower part of the tank with the displacement of the cryoagent vapor through the drainage pipeline and its drainless storage in the tank, characterized in that the preliminary cooling of the tank is carried out due to heat exchange of the inner surface of the tank with a gaseous flow of the same cryoagent that is poured into the tank, and which is obtained in the ejector by mixing a high-pressure and low-temperature gaseous flow and a low-pressure gaseous flow located in the volume of the tank, while the gas flow after the ejector is directed to the the lower part of the tank shell evenly and along the entire length of the tank with a temperature difference that is safe for the tank design until a fixed value of the final temperature is reached, controlled by the temperature of the gaseous flow discharged through the drainage pipeline, while part of the flow is diverted through the cryogenic liquid supply pipeline, after which filling is carried out tank with a cryogenic liquid through the first filter-adsorber installed at the bottom of the tank, and the liquid from the tank is drained through the second filter-adsorber, identical to the first, and in addition, during the period of non-drainage storage of liquid in the tank, the pressure in the steam cushion of the tank is reduced by periodic spraying vapors of cryogenic liquid supplied by the pump, while the intake of liquid into the pump is performed from the bottom of the tank through the second filter-adsorber.
RU2020127997A 2020-08-20 2020-08-20 Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank RU2750221C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127997A RU2750221C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127997A RU2750221C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750221C1 true RU2750221C1 (en) 2021-06-24

Family

ID=76504744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127997A RU2750221C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750221C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776885C1 (en) * 2021-07-05 2022-07-28 Юрий Иванович Духанин Method for storage of cryogenic liquids in closed containers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040728C1 (en) * 1991-12-11 1995-07-25 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Method of filling reservoir with liquid hydrogen
RU2216491C1 (en) * 2002-04-18 2003-11-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Method of filling oxidizer tank of launch vehicle of aerospace system with liquid oxygen
RU2319645C1 (en) * 2006-07-12 2008-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро транспортного машиностроения" Method of storage of agent in reservoir provided with top outlet at temperature below its hardening point
RU2678156C2 (en) * 2013-10-31 2019-01-23 Линде Акциенгезелльшафт Method and device for regulating pressure in liquefied natural gas vessel
WO2019126974A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-04 Linde Aktiengesellschaft Method and apparatus for supplying hydrogen to a hydrogen storage

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040728C1 (en) * 1991-12-11 1995-07-25 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Method of filling reservoir with liquid hydrogen
RU2216491C1 (en) * 2002-04-18 2003-11-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Method of filling oxidizer tank of launch vehicle of aerospace system with liquid oxygen
RU2319645C1 (en) * 2006-07-12 2008-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро транспортного машиностроения" Method of storage of agent in reservoir provided with top outlet at temperature below its hardening point
RU2678156C2 (en) * 2013-10-31 2019-01-23 Линде Акциенгезелльшафт Method and device for regulating pressure in liquefied natural gas vessel
WO2019126974A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-04 Linde Aktiengesellschaft Method and apparatus for supplying hydrogen to a hydrogen storage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776885C1 (en) * 2021-07-05 2022-07-28 Юрий Иванович Духанин Method for storage of cryogenic liquids in closed containers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3784952B1 (en) Cryogenic fluid dispensing system having a chilling reservoir
US5582721A (en) Apparatus for separating a liquid mixture
US7891197B2 (en) Method for non-intermittent provision of fluid supercool carbon dioxide at constant pressure above 40 bar as well as the system for implementation of the method
JP7423616B2 (en) Methods and equipment for storing and distributing liquefied hydrogen
JP2001304497A (en) Method and device for re-liquefaction of vapor obtained by boiling off from liquefied natural gas
CN111578570A (en) System for acquiring large supercooling degree of liquid oxygen by utilizing liquid hydrogen cooling capacity
CN112228769B (en) Liquid methane deep supercooling and filling system and method based on anti-freezing control
RU2750221C1 (en) Method for filling tank with cryogenic liquid, storing it and draining from the tank
CN114739055B (en) Liquid oxygen/liquid methane comprehensive supercooling system and method based on liquid oxygen refrigeration capacity
JPH11272337A (en) Method and device for pressure-rising high purity gas to superhigh pressure
US3882689A (en) Flashing liquid refrigerant and accumulating unvaporized portions at different levels of a single vessel
US5386707A (en) Withdrawal of cryogenic helium with low impurity from a vessel
JP5715498B2 (en) Liquefied hydrogen storage and supply equipment
CN113518656B (en) Method and device for separating a gas mixture comprising diborane and hydrogen
US11982407B2 (en) Method of operating a cold cryogenic liquid supply chain
US20230160534A1 (en) Method for transferring cryogenic fluid using a device for transferring cryogenic fluid
RU2110024C1 (en) Method of preparation of pure xenon from primary krypton concentrate
RU2751758C1 (en) Hydrogen cryogenic system with column of low-temperature rectification of gas mixture
KR102151725B1 (en) Crude argon liquid transfer device and cryogenic air separation facility having the same
CN212107873U (en) Recondensor suitable for liquefied natural gas receiving station
CN114950063B (en) Low-temperature adsorption bed and application method thereof
JPS5827440B2 (en) Liquefied gas supercooling device
FR2562558A1 (en) Process and installation for wine-making.
FR3127557A1 (en) Process for freezing carbon dioxide contained in liquid methane
JPS6230937A (en) Adsorption quantity measuring apparatus