Рефрижераторно-ожижительная установка

 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при изготовлении установок для получения жидкого азота. Целью изобретения является увеличение доли получаемого жидкого криагента. Установка предназначена для работы при давлении прямого потока ниже критического, а высокая доля получаемой жидкости получается за счет подключения к конденсатору 10, 11 через дроссель 12 отделителя 15 жидкости, который через конденсатор газовой линией соединен с турбодетандером 14. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 25 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

О

ЬЭ

Ю

Од

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758039/06 (22) 02.10.89. 31.07,89 (46) 30.12.91. Бюл. М 48 (71) Московский институт химического машиностроения и Балашихинское научнопроизводственное объединение криогенного машиностроения (72) Н.В.Филин, Ю.Д.Видинеев, В,А,Гарин, В.К.Волков, М,И.Дьячков и А.И.Смородин (53) 621.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1386819, кл. F 25 В 9/00, 1988.

„„Я) „„1702123 А1 (54) РЕФРИЖЕРАТОРНО-ОЖИЖИТЕЛЬHAH УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при изготовлении установок для получения жидкого азота. Целью изобретения является увеличение доли получаемого жидкого криагента. Установка предназначена для работы при давлении прямого потока ниже критического, а высокая доля получаемой жидкости получается за счет подключения к конденсатору 10, 11 через дроссель 12 отделителя 15 жидкости. который через конденсатор газовой линией соединен с турбодетандером 14. 3 ил.

1702123

Изобретение относится к криогенной технике, а конкретнее к конструкциям для получения жидкого азота, например, для охлаждения высокотемпературных сверхпроводящих устройств.

Известна установка для ожижения азота, содержащая турбокомпрессор, линия нагнетания которого подключена через теплообменник-регенератор, теплообменникконденсатор и дроссель к сборнику жидкости. Ме>кду теплообмен ником-регенератором и теплообменником-конденсатором установлен детандер, выход которого через линии обратного потока теплообменников подключен к линии всасывания компрессора, Недостатком такой установки является низкая термодинамическая эффективность.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является установка рефрижераторно-о>ки>кигельная, состоящая из компрессора, теплаобменников, детандера, подключенного к линии прямого потока после первого теплообменника, конденсатора, двух последовательно соединенных через конденсатор детандеров и сборника жидкости. подключенного через дроссель к линии прямого потока.

Основными недостатками такой установки явля отея недостаточная доля получаемого ожиженного криоагента, недостаточная энергетическая эффективность установки, так как не используется рабата, получаемая на детандерах, недостаточная надежность установки иэ-за наличия трех детандеров.

Цель изобретения — увеличение доли получаемого ожиженного криоагснта, повышение энергетической эффективности и надежности установки.

Поставленная цель достигается тем, что в установке рефрижераторна-ожижительной, состоящей иэ компрессора, теплообменников, верхнего детандера, подключенного к линии прямого потока после первого теплообменника, конденсатора, двух последовательно соединенных через конденсатор детандерав и сборника жидкости, подключенного через дроссель к линии прямого потока, согласно изобретению к конденсатору через дроссельный вентиль подключен отделитель жидкости, соединенный газовой линией с детандером, а жидкостная линия подведена к дросселю сборника жидкости.

Кроме того, тормозное устройство верхнего детандера выполнено в виде компрессорной ступени, включенной после

0cHosHoIî Ко."1прессора. а для оптимизации

55 режима работы тормозная компрессорная ступень охвачена байпасной линией с регулирующим органом, Кроме того, для расширения криоген.а в парожидкостной области применен волновой криогенератор, В линию прямого потока между конденсатором и дросселем включен дополнительный дроссель и отделитель жидкости, что дает возможность реализовать процесс промежуточного дросселирования и пары криогента промежуточного давления направить на расширение в детандер. Это приводит к увеличению доли получаемого ожиженного криоагента, В предлагаемой установке работа верхнего детандера используется за счет того. что тормозное устройство его выполнено в виде компрессорной ступени. включенной после основного компрессора. Это позволяет осуществить дополнительное сжатие криоагента, что повышает энергетическую эффективность установки. При работе установки с различной нагрузкой оптимизация режима работы верхне-о детандера обесгечивается с помощью регулирующего орлеана на байпасной линии, Парожидкостной детандер, предусмотренный в известной установке, не обладает достаточной надежностью, особенно при малых расходах. Поэтому в предлагаемой установке вместо парожидкостного дегандера применен волновой криогенератор.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки; на фиг.2 — подключение криогенератора в систему; на фиг.3 — Т-$диаграмма.

Установка рефрижераторно-ожижительная включает в себя газгольдер 1, основной компрессор 2, концевой холодильник 3, тормозное устройство верхнего детандера в виде компрессорной ступени 4 с холодильником 5, охваченную байпасной линией с регулирующим органом 6, теплообменники 7 и 8, верхний детандер9, теплообменник-конденсатор, состоящий из ceKUPIA низкого давления 10, и промежуточногодзвления 11, дроссельный вентиль 12, парожидкостной детандер 13 и детандер 14, отделитель жидкости 15, после которого имеется основной дроссель 16, выход которого соединен со сборником 17 жидкости, и вентиль для выдачи ожиженного продукта иэ сборника 18. Все аппараты и машины связаны газовыми и жидкостными линиями прямого и обратного потоков.

Предусмотрена также линия для выдачи переахлажденного жидкого криоагента под давлением, соединяющая отделитель ><»ä1702123

2k

Г,5 кости 15 со змеевиком 19, размещенном в сборнике 17 жидкости, снабженная запорным вентилем 20.

Возможно также включение вместо детандера 13 волнового криогенератсра 21 либо дросселя, как показано на фиг,2. Вое остальные аппараты и связи в этом случае не изменяются, Устройство работает следующим образом.

Технологический процесс изображен в

Т-S диаграмме на фиг,3, В качестве криоагента могут использоваться азот, аргон.

Криоагент иэ газгольдера 1 поступает в компрессор 2, в котором сжимается при температуре окружающей среды до оптимального давления (1,5-2 5 МПа), найденного расчетным путем. затем его охлаждают в концевом холодильнике 3. После сжат:-„»-: в основном компрессоре 2 и охлаждения криоагент поступэет в компрессорную ступень тормозного устройства верхнегo детандера

4, где за счет работы, получаемой на дета,дере, производится дополнительное сжатие.

Затем сжатый и охлажденный в холодильнике 5 агент по линии прямого потока направляется в теплообменник ., где оч o>:лаждается обратным потоком низкого давления (0,13 МПа) до температуры Тя 200 К и далее идет в теплообменник 8, где охлаждается до Тб 112-120 К. Часть охлажденного в теплообменнике 7 потока отводится в детандерную ступень детандер компрессорного агрегата 9, Эта часть после расширения в детандере вводится в теплообменник 8 в качестве обратного потока.

Основная часть прямого потока, охлажденная до температуры конденсации, распределяется между секциями 10 и конденсатора, а часть этого потока направляется в линию из последовательно включенных детандера 13. где давление понижается до промежуточного значения (0,6-0,8 МПа), линию обратного потока конденсатора 11, где нагревается до температуры Тв 110-115 К и детандер 14. После детандера 14 холодный агент поступает в линию обратного потока, О>киженный в конденсаторе криоагент через вентиль 12 дросселируется в отделитель 15 жидкости до промежуточного давления (0,6-0,8 МПа). Образующийся при дросселировании пар при промежуточном давлении отводится в качестве обратного потока в секци о промежуточного давления конденсатора 11 и далее в детандер 14, Жидкость иэ отделителя 15 жидкости дросселируется через основной дроссель 16 до давления обратного потока в сборник 17 жидкости. Образующийся при дросселировании пар отводится в линию обратного потока. Жидкость из сборника жидкости через эапорный вентиль 18 выдается потребителю при заданной температуре.

Испаряющийся у потребителя агент может либо уходить в дренаж, либо возвращаться в качестве подпитки газгольдера, Часть жидкости из отделителя 15 может отводиться через змеевик 19, размещенный B сборнике 17 жидкости (где переохлаждается), через эапорный вентиль 20 потребителю.

При возврате потребителем испаренного крио" ãåíòà в сборник 17 при температуре, близкой к насыщению, реализуется рефрижераторный режим, при отборе жидкости беэ возврата холодных паров — ожижительный.

При включении вместо детандера 13 волнового криоагентгенератора или дросселя расход готока, текущего по этой линии, увеличивается и соответственно уменьшается сличес во получаемого жидкого криоа ента. Вместе с тем. замена детандера 13

- на волновой криогpíåðàòoð или дроссель приводит к повышению надежности установки.

Регул >рующий орган б на байпасе охватывающем компрессорную ступень 4 позволя:T осуществлять оптимальное регулирование д тандер-компрессорного агрегата.

Дросселирование прямого потока до проме>куточного давления и последующее охлажде,«1е отделенной жидкости в змеевике сборника 17 позволяет осуществить вывод из установки переохлажденной жидкости потребителю под давлением.

Установки крупной производительности (свыше 1000 л/ч жидкого криоагента) целесообразно строить с тремя турбодегандерами. как это показано на фиг.1. > становки меньшей проиэодительности могуг строиться по схеме фиг.2, т.е. с заменой детандера на волновой криогенератор или дроссель, При этом такие замены приводят к повышению надежности установки при одновременном ухудшении энергетических показателей. так как иэоэнтропный

КПД волнового криогенератора значительно ниже, чем детандера (около 0,4 против

0,7-0,75).

Формула изобретения

Рефрижераторно-ожижительная установка, состоящая из основного компрессора, теплообменников верхнего детандера, подключенного к линии прямого потока после первой секции теплообменника, конденсатора, двух последовательно соединенных через конденсатор детандеров, первый

1702123 из которых парожидкостный, и сборника жидкости с дроссельным вентилем, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения доли получаемого жидкого криоагента, к конденсатору через дополнительный дрос- 5 сельный вентиль дополнительно подключен отделитель жидкости, соединенный газовой линией с детандером, а жидкостная линия подведена к дроссельному вентилю сборника жидкости.

1702123

6и3

Составитель Н,Алексеева

Редактор М.Недолуженко Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая

Заказ 4531 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101