Сосуды для сжиженного кислорода

Скачать статью (567 KB)

Газификатор транспортный криогенный 2хVLC320-MP

СПРАВКА

Кислород необходим каждому из нас прежде всего потому, что мы им дышим. Без кислорода на земле не существовало бы не только промышленности и технологий, но и нашей цивилизации в целом. Поступление кислорода в атмосферу обусловлено деятельностью одних живых организмов под воздействием солнечной энергии (фотосинтез), а потребляется он другими.

Понимание этих природных процессов пришло к человечеству совсем недавно, всего 240 лет назад. Великий французский ученый Антуан Лоран Лавуазье в возрасте 32 лет опубликовал в 1775 году революционную работу, в которой с помощью ряда экспериментов и точных измерений убедительно показал, что кислород участвует во всех реакциях окисления и горения и является одним из компонентов воздуха. Лавуазье позднее доказал, что кислород в процессе горения водорода превращается в воду. Он синтезировал воду из кислорода и водорода, а затем осуществил ее разложение на железе при высокой температуре. Антуан Лавуазье не только сформулировал закон сохранения вещества, но первым применил его в научных исследованиях. Он превратил весы в один из основных научных приборов, применяемых в химии, а саму химию сделал наукой, свободной от лженаучных алхимических представлений о превращениях веществ. Совсем другая революция лишила его жизни. Это уже была Великая Французская Революция, по решению трибунала которой, Лавуазье был гильотинирован 8 мая 1794 года за то, что был в свое время откупщиком, то есть за участие в величайшем преступлении против народа и демократии — в сборе налогов. Максимилиану Робеспьеру в связи с этим приговором даже приписывают крылатую фразу: «Республике нужны не химики, а патриоты».

Бурное развитие науки и промышленности, последовавшее в XIX и XX веках, привело к широкому применению кислорода во всех сферах человеческой жизни.

Кислород научились выделять из воздуха и применять в:
— медицине для наркоза и для терапии;
— дайвинге и авиации для дыхания;
— металлургии при выплавке чугуна, стали и других металлов;
— химической и стекольной промышленности;
— ракетной технике в качестве окислителя;
— рыбоводстве при разведении и транспортировке живой рыбы;
— пищевой промышленности для создания упаковочных смесей;
— лазерной резке углеродистых сталей;
— газопламенной резке и пайке;
— сварке (сварочные смеси с содержанием кислорода).

Все конечные потребители используют кислород в газообразном виде. Самые крупные потребители – это металлургические и химические комбинаты. Для обеспечения таких производств создаются крупные газовые криогенные воздухоразделительные установки низкого давления. Газообразный кислород подается в технологический процесс по трубопроводам. Расходы кислорода достигают при этом десятков тысяч м³ в час. Альтернативой криогенных установок являются адсорбционные с регенерацией со сдвигом давления. Такие установки применяют как мелкие, так и относительно крупные потребители. Их преимущество – простота обслуживания и возможность осуществления частых остановок и запусков.

Однако большинству средних и мелких потребителей кислорода невыгодно или неудобно заниматься производством кислорода, поэтому они покупают его в сжатом или в сжиженном виде. Жидкий кислород производится на криогенных воздухоразделительных установках и доставляется в транспортных криогенных цистернах, как конечным потребителям, так и на наполнительные станции для последующей закачки в баллоны или моноблоки с рабочим давлением 150, 200 или 300 бар.

При средних или больших объемах потребления применяют обычно стационарные криогенные газификаторы, содержащие одну или несколько криогенных емкостей и атмосферные испарители среднего давления, установленные на бетонный фундамент. Такое решение является самым удобным и самым экономичным. Вмешательство персонала требуется только при заправке, а стоимость жидкого кислорода при закупках в больших объемах минимальна. При малых объемах потребления инвестиции в капитальные затраты, связанные с проектированием и установкой стационарных емкостей, окупиться не могут и поэтому применяются баллоны или моноблоки. Преимуществом баллонного хранения газов является отсутствие потерь кислорода на испарение. Кислород в баллоне можно хранить неограниченно долго. Применение сжатого кислорода в баллонах не требует серьезных инвестиций и высокой квалификации обслуживающего персонала. Нужна только разрядная рампа с одним или двумя регуляторами давления с заданными требованиями к точности и производительности. Эта относительная простота сочетается с рядом недостатков, проблем и рисков, обусловленных высоким давлением и весом баллонов.

Вес баллонов многократно превышает вес газа. По сути это приводит к постоянному риску травматизма работников из-за возможного падения баллонов и к тому, что в части расходов на транспортировку покупатель оплачивает не столько доставку кислорода, сколько доставку, погрузку и разгрузку тяжелой тары. Такая ситуация оказывает не самое лучшее влияние на экологию и транспортную загруженность крупных мегаполисов. Вес пустых баллонов практически такой же, как и вес полных. Город заполнен тяжелыми грузовиками, которые непрерывно перевозят тяжелые стальные баллоны во встречных направлениях.

Решается эта проблема с помощью малых криогенных сосудов. Компания Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F) уже около 10 лет предлагает малые криогенные сосуды производства корейской компании HanBee. В этой компании, основанной господином Ченом, производится свыше 6000 сосудов в год. Криогенные сосуды HanBee выполнены из нержавеющей стали, оснащены экранно-вакуумной изоляцией, оборудованы запорно-регулирующей и предохранительной арматурой, уровнемером, контрольными приборами, встроенным испарителем подъема давления, регулятором давления – экономайзером.

Малый криогенный сосуд DLC028-LP на транспортной тележке

Это оборудование занимает промежуточную рыночную нишу между стационарными криогенными резервуарами и газовыми баллонами. При этом для установки и эксплуатации
малых криогенных сосудов не требуются большие строительные работы, связанные с возведением фундаментов, нет необходимости в больших производственных площадях. Они не подлежат регистрации в Ростехнадзоре. Криогенная жидкость при транспортировке в количестве, не превышающем 1000 литров, не является опасным грузом.

Существуют два исполнения малых криогенных сосудов. Это сосуды типа VLC со встроенным продукционным испарителем или типа DLC без встроенного продукционного испарителя. Сосуды со встроенными продукционными испарителями позволяют потребителю получать продукт в газообразном виде с производительностью до 10–15 нм³/час. Если требуется более высокая производительность по газу, применяются сосуды типа DLC с внешним продукционным испарителем.

Наибольшей популярностью пользуются вертикальные сосуды объемом от 28 до 320 литров. Малые криогенные сосуды производятся с тремя типоразмерами диаметра наружного кожуха: 28 и 45 литров с диаметром 300 мм, 85, 130 и 185 литров с диаметром 500 мм и 320 литров с диаметром 650 мм. Есть сосуды с рабочим давлением 1,5 бар (LP); 15 бар (MP); 27 бар (HP) и 32 бар (UP). Для кислорода чаще всего применяются сосуды VLC 130-MP, VLC 185-MP и VLC 320MP. Это связано с тем, что газообразный кислород применяется обычно с рабочим давлением от 5 до 15 атмосфер. Производительность встроенного испарителя для сосуда объемом 185 литров составляет 10 нм³/час, а для сосуда объемом 320 литров – 15 нм³/час. Этого обычно вполне достаточно для применений в небольших больницах или поликлиниках, для лазерной и плазменной резки металлов и при транспортировке живой рыбы.

Рампа разрядно-наполнительная с сосудами VLC320-MP

Заправка малых криогенных сосудов может осуществляться как передвижным заправщиком на месте эксплуатации, так и на наполнительных станциях. При применении малых криогенных сосудов реализуются сразу два преимущества: грузом уже становится не тара, а сам газ; криогенная жидкость после доставки не требует перелива. Так, вес кислорода в сосуде объемом 185 литров и весом 125 килограмм составляет 185 килограмм, что эквивалентно 23 стандартным баллонам, а вес кислорода в сосуде объемом 320 литров и весом 200 килограмм составляет уже 320 кг, что эквивалентно уже 40 стандартным баллонам. Таким образом, маленький автомобиль с грузоподъемностью около 1 тонны может заменить при доставке газов большегрузный автомобиль. 2 сосуда типа VLC 320MP вместо 80 стандартных баллонов. Портер вместо МАЗа.

Помимо экономии на транспорте, конечный клиент получает также экономию как на стоимости кислорода, так и на стоимости тары. Действительно, газообразный кислород в баллонах получают на наполнительных станциях газификацией жидкого кислорода. Для этого необходимо дополнительное оборудование. Насос высокого давления, испаритель, наполнительные рампы. Нужны электроэнергия, производственные площади, складское хозяйство, усилия операторов, грузчиков и т.п. Поэтому жидкий кислород всегда в несколько раз дешевле газообразного. Но и это еще не все. Один малый криогенный сосуд в зависимости от объема заменяет от 20 до 40 стандартных баллонов, но стоимость его меньше, чем стоимость названного количества баллонов. И это объясняется очень просто – стоимость любого товара напрямую связана с его массой. Чем тяжелее изделие, тем больше надо добыть руды, выплавить металла и осуществить трудозатрат. Поэтому стоимость владения более сложным и технологичным оборудованием всегда ниже стоимости владения более простым, но более тяжелым уже с первой минуты после его покупки. Кроме того, в связи с более высокой плотностью криогенных жидкостей по сравнению со сжатыми газами для хранения малых криогенных сосудов требуется на порядок меньше места, чем для хранения баллонов.
Никогда нельзя забывать и о качестве газа. Криогенная жидкость, которая хранится в сосуде из нержавеющей стали, всегда чище, чем газ, полученный из этой жидкости и заправленный в баллоны высокого давления. Точка росы газа, полученного непосредственно из криогенной жидкости, всегда –63°С или лучше. Проверьте точку росы газа в баллонах. Вы получите значения от –40°С до –50°С. Для получения в баллоне точки росы на уровне –60°С баллон надо тщательно готовить: греть, продувать и вакуумировать.

Для удаления влаги, однажды адсорбированной шероховатой внутренней поверхностью баллона при неаккуратном обращении с баллонным вентилем, требуется затратить определенные усилия и время. Именно поэтому при лазерной резке стали переходить на кислород из малых криогенных сосудов, что позволяет увеличить скорость резания, улучшить качество реза и снизить процент брака.

Газификаторы транспортные криогенные 2хDLC185-HP с внешним продукционным испарителем

Важность чистоты газа для медицины, микроэлектроники, пищевой промышленности можно даже и не обсуждать. В сосуде из нержавеющей стали нет и не может быть окалины и других механических загрязнений, характерных для газовых баллонов высокого давления.

Компания Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F) является официальным дистрибьютором HanBee и постоянно поддерживает на складе большой ассортимент малых криогенных сосудов и все необходимые запчасти для их обслуживания и ремонта. В начале этого пути нам приходилось проводить специальную разъяснительную работу. Клиенты полагали, что это слишком сложное оборудование для их персонала, опасались иметь дело с криогенной жидкостью, считали, что потери при хранении окажутся слишком большими. Даже сейчас преимущества этого решения очевидны далеко не для всех конечных потребителей. Перелом в массовом сознании наступит только после того, как одна или несколько крупных газовых компаний примут это техническое решение на вооружение. Проблема в том, что переход к массовому применению малых криогенных сосудов неизбежно ведет к снижению доходов от продажи сжатых газов в баллонах или моноблоках. Та из крупных газовых компаний, которая сделает этот шаг первой, получит большую долю рынка и определенные преимущества в конкурентной борьбе. В условиях экономического кризиса клиенты вынуждены считать каждую копейку. Для более удобного применения малых криогенных сосудов разработан и постоянно изготавливается специальный набор устройств и приспособлений. Это подставка для транспортировки сосудов с помощью ручной гидравлической тележки, тележка с колесами для эксплуатации в цехах с гладкими промышленными полами, заправочный металлорукав с гайкой РОТ, специальная линейка атмосферных испарителей, хомуты для крепления сосудов к борту грузового автомобиля, специальные разрядные и разрядно-наполнительные рампы для подключения нескольких сосудов и многое другое.

Особой популярностью у клиентов пользуются изготовленные на нашем производстве транспортные газификаторы холодные криогенные (ТГХК). Такой газификатор представляет собой сборку из двух вертикальных сосудов VLC или DLC объемом по 185 или 320 литров. Габаритные размеры сборки 2хVLC185MР(HP) составляют 500х1000х1750 мм, что полностью совпадает с габаритными размерами привычного для всех моноблока из восьми стандартных баллонов. Габаритные размеры сборки 2хVLC320MP 700х1400х1750 мм, приближаются к размерам моноблока из 12 баллонов. Конструкция позволяет осуществлять погрузочно-разгрузочные операции как кран балкой, так и вилочным погрузчиком. Сосуды объединены как по жидкости, так и по газу. Это позволяет снизить потери и сократить время при заправке и повысить производительность оборудования при выдаче газа. Самые распространенные применения транспортных газификаторов – лазерная или газопламенная резка металлов.

Эксплуатация малых криогенных сосудов на международной выставке «Металлообработка»

Применение малых криогенных сосудов соответствует экономическим интересам предприятий, а значит, повышает конкурентоспособность выпускаемой ими продукции и способствует экономическому укреплению всей страны. Бесспорные экологические плюсы в части снижения транспортной загруженности дорог и сокращения количества вредных выбросов очень хорошо укладываются в популярную концепцию «Умного Города». Эти обстоятельства однозначно указывают на необходимость продвижения технологии массового применения малых криогенных сосудов в рамках общегосударственных антикризисных программ и мероприятий.
Вы всегда можете обратиться к инженерам MV&F с вопросами по оптимальным условиям применения малых криогенных сосудов для ваших конкретных задач и проектов. Мы всегда оказываем помощь и поддержку как конечным потребителям, так и проектным организациям и газовым компаниям.

Слободов Евгений Борисович,
президент и технический директор
ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг»
(MV&F)