Проектирование систем безопасности для криогенных резервуаров для хранения жидкостей

Криогенные резервуары для хранения жидкости, используемые для таких веществ, как СПГ, СНГ и жидкий азот, работают при крайне низких температурах и умеренном до высокого давления. Системы безопасности имеют решающее значение для предотвращения передавления, защиты целостности конструкции и уменьшения опасности в случае случайного нагрева, ошибок наполнения или эксплуатационных сбоев.

1. Принципы конструкции системы безопасности

Защита от передавления: системы облегчения предназначены для автоматического высвобождения жидкости или пара, если внутреннее давление превышает конструкционный предел резервуара. Система должна учитывать максимальные ожидаемые скорости наполнения, солнечное отопление и потенциальное воздействие пожара.

Редундантность и надежность: часто устанавливаются несколько клапанов или устройств для обеспечения функциональности в случае сбоя одного устройства. Редундантные системы обеспечивают более высокую безопасность, особенно для крупномасштабных криогенных цистерн.

Криогенная совместимость: устройства, трубопроводы и вентиляционные компоненты должны выдерживать криогенные температуры без хрупкости или деформации. Обычно используются материалы, такие как аустенитная нержавеющая сталь или никельовые сплавы.

2. Компоненты системы обеспечения безопасности

Клапаны для снижения давления (PRV): PRV открываются автоматически, когда давление превышает установленный порог, выделяя пар для поддержания безопасного внутреннего давления. Они измеряются на основе максимальных скоростей потока, объема резервуара и допустимого передавления.

Разрушительные диски: Разрушительные диски обеспечивают безопасную защиту от экстремальных сценариев передавления, дополняя PRV. Они взрываются при заранее определенном давлении, чтобы предотвратить катастрофический сбой резервуара.

Вентиляционные трубопроводы: правильная вентиляция направляет выбранный газ от персонала и оборудования в безопасное место. Трубопровод должен быть изолирован и измерен, чтобы минимизировать противодавление и предотвратить замораживание.

Мониторинг уровня и температуры: датчики обнаруживают аномальные уровни или температуры жидкости, вызывают тревогу или управляют аварийной вентиляцией для предотвращения избыточного давления.

3. Соображения по проектированию

Расчет мощности потока: Устройства для облегчения должны быть измерены таким образом, чтобы справляться с максимальной возможной скоростью выработки пара в нормальных и аномальных условиях, включая внезапный ввод тепла или ошибки заполнения резервуара.

Размещение теплового расширения: резервуары могут испытывать тепловое расширение из-за тепла окружающей среды или эксплуатационных факторов. Системы облегчения должны учитывать повышенное давление пара, вызванное тепловым воздействием.

Соответствие нормативным актам: конструкции должны соответствовать таким стандартам, как API 521 (системы снижения давления и снижения давления), ASME раздел VIII (сосуды под давлением) и EN 14620 (криогенные сосуды).

4. Меры по эксплуатации и техническому обслуживанию

Регулярный осмотр и испытание резервных клапанов и разрывных дисков обеспечивают надежную работу.

Системы мониторинга должны постоянно проверять давление, температуру и целостность резервуара.

Необходимо установить процедуры реагирования на чрезвычайные ситуации для безопасного обращения с вентилируемыми криогенными газами.

Заключение Правильно спроектированная система безопасности для криогенных резервуаров для хранения жидкости обеспечивает безопасное управление сценариями передавления, защищая персонал, оборудование и окружающую среду. Интеграция спасательных клапанов, разрывных дисков, вентиляционных систем и устройств мониторинга обеспечивает всестороннюю защиту от потенциальных опасностей, связанных с низкотемпературными жидкостями.

Ссылки

API 521 - Руководство по системам снижения давления и снижения давления.

EN 14620 - Проектирование и изготовление криогенных сосудов.

Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII - Правила строительства сосудов под давлением.

Barron, R.F. (1999). Криогенные системы, 2-е издание. CRC Press.

Брэтт, Р. & Mort, P. (2015). Криогенная инженерия: 50 лет прогресса. Спрингер.