Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО С РАЗРЫВНОЙ МЕМБРАНОЙ ДЛЯ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОЙ ЗАПРАВКИ СУДОВ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ

Изобретение относится к передвижным плавучим заправочным станциям и может быть использовано для заправки судов, катеров, яхт и автотранспортных средств газовым моторным топливом (сжиженным газом).

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является заправочная станция сжиженных углеводородных газов, содержащая передвижное основание и установленный на нем, по меньшей мере, один криогенный бак, заполненный сжиженным газом и снабженный трубопроводом подачи сжиженного газа к топливному баку автотранспортного средства (см. патент RU 2243445, F17C 7/00, 27.12.2004 - прототип).

Недостатком упомянутого выше технического решения является то, что его нельзя использовать для заправки водных транспортных средств.

Задачей заявленной полезной модели является создание универсальной газозаправочной станции.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в расширении эксплуатационных возможностей газозаправочной станции и в обеспечении безопасности при заправке за счет использования взрывозащитных элементов.

Это достигается тем, что во взрывозащитном устройстве с разрывной мембраной для систем безопасной заправки судов сжиженным природным газом, используемым в качестве топлива на судах водного транспорта, содержащем газозаправочную станцию, выполненную в виде передвижного основания плавучего средства, на котором установлен, по крайней мере один, криогенный бак, криогенный насос, узел учета отгруженного сжиженного газа, наливной трубопровод с запорно-регулирующим устройством для подачи сжиженного газа в хранилище сжиженного газа, находящееся на судне, наливной трубопровод подачи сжиженного газа из криогенного бака к топливному баку машинного отделения судна, при этом плавучее средство имеет элементы для швартовки водного транспортного средства и элементы для швартовки к причальным береговым сооружениям, хранилище сжиженного газа, находящееся на судне, трубопроводом с криогенным насосом соединено с топливным баком машинного отделения, в котором размещена топливная система судна, включающая в себя судовую емкость сжиженного природного газа, окруженную снаружи теплоизоляционным кожухом с указателем уровня, которая через вентиль испарителя самонаддува соединена с криогенным трубопроводом, который, в свою очередь, соединен с испарителем самонаддува, а выход испарителя самонаддува соединен через газопровод с регулятором давления, соединенным с судовой емкостью, причем через криогенный трубопровод судовая емкость сообщается через обратный клапан и бункеровочную муфту с линией бункеровки «А», а также через переключатель жидкостной и паровой фазы и скоростной клапан - с продукционным испарителем-газификатором, при этом через газопровод судовая емкость сообщается через обратный клапан и бункеровочную муфту с линией дренажа «Б», а также через переключатель жидкостной и паровой фазы и скоростной клапан с продукционным испарителем-газификатором, а на газопроводе находится предохранительный клапан с разрывным элементом, манометр и дренажный вентиль, при этом продукционный испаритель-газификатор, имеющий вход теплоносителя «В» и выход теплоносителя «Г», через магистральный вентиль соединен с судовым двигателем внутреннего сгорания, который соединен с глушителем выхлопных газов.

На фиг. 1 представлена схема расположения взрывозащитного устройства с разрывной мембраной для систем безопасной заправки судов сжиженным газом непосредственно на водных акваториях, на фиг. 2 - схема топливной системы судна, на фиг. 3 изображен общий вид взрывозащитного устройства с разрывной мембраной, на фиг. 4 - узел крепления мембранного предохранительного устройства.

Взрывозащитное устройство с разрывной мембраной для систем безопасной заправки судов сжиженным природным газом, используемым в качестве топлива на судах водного транспорта, содержит газозаправочную станцию (фиг. 1), которая содержит передвижное основание в виде плавучего средства 2, на котором установлен, по крайней мере, один криогенный бак 9, криогенный насос 11, узел учета 12 отгруженного сжиженного газа, наливной трубопровод 10 с запорно-регулирующим устройством 13 для подачи сжиженного газа в хранилище 7 сжиженного газа, находящееся на судне 1. Плавучее средство 2 имеет элементы для швартовки 3 водного транспортного средства и элементы для швартовки к причальным береговым сооружениям.

Хранилище 7 сжиженного газа, находящееся на судне 1, трубопроводом 14 с криогенным насосом 16 соединено с топливным баком 4 машинного отделения 5 судна 1.

В машинном отделении 5 судна 1 размещена топливная система 15.

В потолочной (верхней) части машинного отделения 5 установлен взрывозащитный элемент 6, а на крышке хранилища 7 сжиженного газа, находящегося на судне 1, установлен взрывозащитный элемент 8 мембранного типа.

Технологическое выполнение криогенного бака, трубопроводов, запорно-регулирующих устройств, узлов учета полученного и отгруженного сжиженного газа обеспечивает возможность их использования при работе с сжиженным газом, а также с криогенной жидкостью. Такое технологическое выполнение подразумевает, что упомянутые элементы газозаправочной станции рассчитаны на работу при повышенном давлении, выполнены из соответствующих материалов с соблюдением регламентов по безопасности.

Газозаправочная станция может быть выполнена в виде плавучей платформы понтонного типа. Газозаправочная станция может быть выполнена в виде мобильного транспортного средства с возможностью перемещения по водной акватории. Газозаправочная станция может быть выполнена в виде самоходного плавучего средства.

Газозаправочная станция работает следующим образом.

Водное транспортное средство 1 пришвартовывается к газозаправочной станции 2 посредством элементов для швартовки 3. При необходимости газозаправочная станция может подходить (буксироваться) к судам в акватории и осуществлять их заправку.

После того как водное транспортное средство 1, нуждающееся в заправке, пришвартовалось к газозаправочной станции 2, присоединяют трубопровод подачи 10 к хранилищу СПГ 7 водного транспортного средства 1 и открывают запорно-регулирующее устройство 13. Посредством криогенного насоса 11 сжиженный газ поступает через трубопровод подачи 10 к хранилищу СПГ 7 водного транспортного средства 1. Узел учета 12 отгруженного сжиженного газа осуществляет контроль количества сжиженного газа, поступающего на заправку водного транспортного средства 1. В случае повышения давления в хранилище СПГ 7 срабатывает взрывозащитный элемент 8 мембранного типа.

Из хранилища СПГ 7 криогенным насосом 16 СПГ поступает в топливный бак 4 машинного отделения 5. Из топливного бака 4 СПГ поступает к остальным частям топливной системы 15. В случае взрыва в машинном отделении основная часть энергии взрыва будет отведена через взрывозащитный элемент 6.

Топливная система 15 судна 1 (фиг. 2) включает в себя судовую емкость сжиженного природного газа (СПГ) 17, окруженную снаружи теплоизоляционным кожухом 18 и указателем уровня 32. Судовая емкость СПГ 17 через вентиль испарителя самонаддува 25 соединена с криогенным трубопроводом 21, который, в свою очередь, соединен с испарителем самонаддува 19. Выход испарителя самонаддува 19 соединен через газопровод 39 с регулятором давления 24, соединенным с судовой емкостью СПГ 17. Через криогенный трубопровод 37 судовая емкость СПГ 17 сообщается через обратный клапан 29 и бункеровочную муфту 33 с линией бункеровки «А», а также через переключатель жидкостной и паровой фазы 21 и скоростной клапан 23 с продукционным испарителем-газификатором 20. Через газопровод 38 судовая емкость СПГ 17 сообщается через обратный клапан 30 и бункеровочную муфту 34 с линией дренажа «Б», а также через переключатель жидкостной и паровой фазы 21 и скоростной клапан 23 с продукционным испарителем-газификатором 20. Также на газопроводе 37 находится предохранительный клапан с разрывным элементом 28, манометр 31 и дренажный вентиль 27. Продукционный испаритель-газификатор 20, имеющий вход теплоносителя «В» и выход теплоносителя «Г», через магистральный вентиль 22 соединен с судовым двигателем внутреннего сгорания (СДВС) 35, который соединен с глушителем выхлопных газов 36.

Взрывозащитное устройство с разрывной мембраной для систем безопасной заправки судов сжиженным природным газом, используемым в качестве топлива на судах водного транспорта, работает следующим образом.

Топливная система 15 судна 1 (фиг. 2) работает следующим образом.

По линии бункеровки «А», через бункеровочную муфту 33 и обратный клапан 29 СПГ по криогенному трубопроводу 37 поступает в судовую емкость СПГ 17, окруженную теплоизоляционным кожухом 18 с осуществлением контроля уровня заполнения судовой емкости СПГ 17 с помощью указателя уровня 32. После окончании бункеровки судна необходимо подать топливо к СДВС 35, для чего необходимо создать повышенное давление в судовой емкости СПГ 17, что достигается путем подачи СПГ через клапан испарителя самонаддува 25 по криогенному трубопроводу 21 к испарителю самонаддува 19, в котором происходит фазовый переход жидкой фазы природного газа в газообразную (ПГ). ПГ через газопровод 39 и регулятор давления 24 поступает в судовую емкость СПГ 17, в результате чего происходит вытеснение СПГ по криогенному трубопроводу 37 и его поступление к переключателю жидкостной и паровой фазы 21, осуществляющему подачу СПГ через скоростной клапан 23 к продукционному испарителю-газификатору 20. Под воздействием теплоносителя, поступающего в продукционный испаритель-газификатор 20 через вход теплоносителя «В» и выход теплоносителя «Г», происходит переход СПГ из жидкой в газовую фазу, после чего полученный ПГ через магистральный вентиль 22 поступает к СДВС 35, продукты сгорания которого выбрасываются в атмосферу через глушитель 36.

В связи с тем, что теплоизоляционный кожух 18 не может обеспечить 100% теплоизоляцию СПГ от притока внешнего тепла из окружающего пространства, в топливной системе судна на сжиженном природном газе предусмотрен сброс излишков ПГ, образующийся в результате хранения СПГ. Давление в судовой емкости СПГ 17 контролируется манометром 31. Для снижения давления служит дренажный вентиль 27, а в случае резкого неконтролируемого повышения давления происходит срабатывание предохранительного клапана с разрывным элементом 28.

Предохранительный клапан 28 с разрывным элементом выполнен в виде взрывозащитного устройства с разрывной мембраной (фиг. 3 и 4), которое устанавливается на крышке хранилища 7 сжиженного газа, находящегося на судне 1.

Взрывозащитное устройство содержит корпус 40 защищаемого объекта и футерованный грузовой затвор 41, подвижно соединенный с корпусом 42 клапана посредством не менее трех гибких связей, например, в виде цепей 48, один конец которых шарнирно соединен с корпусом 42 клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором 41 клапана. Корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической части 42, средней конической части 43 и верхней цилиндрической части 44, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 41, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 40 защищаемого объекта. К верхней цилиндрической части 44 корпуса клапана крепится узел 45 разрывной мембраны 46 посредством крепежных элементов 47. Затвор 41 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем, а слегка прослабленные цепи 48 служат лишь для центровки затвора 41, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия, причем футерованный грузовой затвор 41 защищает корпус клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D/Dy=1,5÷2,0; где Dy - диаметр верхней цилиндрической части 44 корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 40 защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части 42 корпуса клапана.

Мембранное предохранительное устройство 45 типа фланцевого соединения содержит мембранный узел (фиг. 4), который состоит из мембраны 46 и пары зажимных колец 49 и 50. Мембрана 7 между кольцами зажимается без применения каких-либо прокладок, что обусловливает весьма жесткие требования к качеству уплотнительных поверхностей колец, такие как правильность геометрической формы и высокая чистота обработки. Для удобства сборки мембранного узла во фланцевом соединении кольца скрепляют одно с другим двумя диаметрально расположенными планками 52 и винтами 52. Одно из отверстий под винты в планке имеет продолговатую форму для того, чтобы наличие планок не препятствовало равномерному и герметичному защемлению мембраны между зажимными кольцами при затяжке фланцевого соединения. При этом формы поверхностей колец, контактирующих с фланцами, должны полностью соответствовать форме уплотнительных поверхностей фланцев; конструкция мембранного узла предназначена для установки во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз».

Разрывные мембраны изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др. Известны случаи применения неметаллических мембран из полиэтиленовой и фторопластовой пленок, из бумаги, картона, паронита, асбеста и даже из фанеры. Однако эти материалы характеризуются очень нестабильными механическими свойствами, мембраны из них имеют большой разброс давления срабатывания и для широкого использования не рекомендуются, хотя в некоторых случаях их применение является единственно возможным. Обычно это мембраны больших размеров (диаметром около метра и более), иногда квадратной или прямоугольной формы и с весьма низким давлением срабатывания, т.е. предназначенные для взврывозащиты малопрочного оборудования. Применение асбеста оправдывается высокой температурой внутри оборудования, т.е. в случае взврывозащиты топок, печей и других высокотемпературных реакторов.

Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования мембранный узел имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D₁/D=1,1+2,0; b=D₂/D=1,11÷2,4; c=D₂/D₁=1,01÷1,3,

где D - диаметр проходного сечения мембранного узла, равный внутреннему диаметру колец, контактирующих соответственно с фланцами и мембраной, D₁ - наружный диаметр разрывной мембраны, D₂ - внешний диаметр колец, контактирующих с фланцами. Взрывозащитное устройство с разрывной мембраной работает следующим образом. Давление в защищаемом аппарате воздействует на затвор 41, который перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься вверх, насколько позволяет длина удерживающих его цепей 48. При нагружении рабочим давлением мембрана 46 испытывает большие пластические деформации и приобретает ярко выраженный купол, по форме очень близкий к сферическому сегменту. Чаще всего куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении, подвергая ее нагружению давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом фактически исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала, поэтому еще больше увеличивается быстродействие мембраны. При взрывном давлении мембрана испытывает разрывные деформации и разрывается, тем самым обеспечивает полное раскрытие проходного сечения предохранительного устройства для выхода ударной волны и сохранения целостности оборудования.

Заявленное техническое решение позволит производить заправку различных видов транспортных средств сжиженным газом, используемым в качестве альтернативного моторного топлива на автомобильном, железнодорожном транспорте, а также на морских и речных судах.