Хранение водорода
СОВРЕМЕННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ БОЛЬШОЙ ВМЕСТИМОСТИ
ДЛЯ ЖИДКОГО ВОДОРОДА
И. Ф. Кузьменко, Г. И. Сайдаль
ОАО «Криогенмаш» пр. Ленина, 67, Балашиха, 143907, Россия E-mail: saydal@cryogenmash.ru
ОАО «Криогенмаш» имеет давние традиции и значительные достижения в создании крупномасштабного оборудования для жидкого водорода, в основном для ракетно-космической отрасли. В последние годы, в продолжение этих традиций, предприятием был выполнен ряд заказов для Китая и Индии.
В настоящее время эти работы получают новый импульс в связи с перспективами развития водородной энергетики и криогенной авиации. Усилия направлены как на развитие производства жидкого водорода, так и на обеспечение инфраструктуры потребления.
В этом плане представляют интерес две современные разработки, выполненные на основе результатов реализации и испытаний водородных резервуаров объемом 100 м3, созданных в 2002-2004 гг.
Стационарные резервуары РЦГВ-250/0.25 и транспортная цистерна ЦТ-45/1.0 являются крупнообъемными резервуарами для накопления, хранения и транспортировки жидкого водорода. Одним из важных этапов производства является выбор технических решений по конструкции данных изделий.
В русле общемировой тенденции по созданию энергосберегающего оборудования и с учётом требований заказчиков, оба резервуара имеют высокоэффективную теплоизоляционную систему, существенно улучшенную по сравнению с водородными резервуарами 80-90-х годов XX века. Данные теплоизоляционные системы позволяют получить верхний предел по потерям водорода от испарения за счет теплопритока от окружающей среды не более 0,2 % в сутки для резервуара РЦГВ-250/0.25 и 0,7% в сутки для цистерны ЦТ-45/1.0, что является значительным достижением по данному параметру. Модернизации были подвергнуты вакуумная изоляция, крепежные элементы внутреннего сосуда (опоры и стойки), криоадсорбционные насосы для поддержания высокого вакуума в изоляционной полости.
Кожух, внутренний сосуд и трубопроводные коммуникации выполнены из высококачественных сталей, предназначенных для соответствующих температурных диапазонов, и их поэлементный расчет выполнен современными компьютер-
ными программами MSC.Software. Резервуар РЦГВ-250/0.25 имеет геометрический объем внутреннего сосуда 250 м3, предназначен для хранения 19 т жидкого водорода и рассчитан на рабочее давление 2,5 атм. Цистерна ЦТ-45/1.0 имеет геометрический объем внутреннего сосуда 45 м3, предназначена для транспортировки 3,4т жидкого водорода и рассчитана на рабочее давление 10 атм.
Арматурные схемы жидководородных резервуаров являются наиболее сложными по сравнению со схемами других типов криогенных резервуаров и обеспечивают как заправку-выдачу жидкости, так и обеспечение безопасной эксплуатации, замещение газовой среды требуемой степенью чистоты перед заполнением резервуаров водородом.
Система предохранительных клапанов и разрывных мембран позволяет обеспечить безопасную эксплуатацию резервуаров в соответствии с отечественными и европейскими нормами.
Резервуары оснащены фильтрами тонкой очистки жидкого водорода и пробоотборником специальной конструкции, позволяющим производить отбор водорода для анализа на содержание примесей без влияния на результаты анализа процесса сепарации при фазовом переходе. В конструкциях резервуаров также имеются устройства, предотвращающие образование воронок при сливе жидкости через нижний слив, а в цистерне ЦТ-45/1.0 — волногасители.
Разработка конструкторской документации велась с использованием системы трехмерного проектирования САТ1А с PDM — системой SmarTeam. Хранение документации и работа с ней осуществлялась в программе «^оситепЬит.» с надстройкой Е-гоот.
Последним этапом изготовления являются испытания на соответствие контрактным характеристикам. Испытания проходят в два этапа. В ОАО «Криогенмаш» проводится проверка всех технических характеристик с использованием криоагента — жидкого азота. У заказчиков осуществляется последний этап испытаний: проверка параметра потерь от испарения при заливке резервуара жидким водородом.
В докладе будут обсуждаться основные требования к узлам резервуаров и их характеристики.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 6(38) (2006) ЛЛ
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 6(38) (2006) 4 '
Водородная энергетика и транспорт
MODERN LARGE-CAPACITY TANKS FOR LIQUID HYDROGEN
I. F. Kuzmenko, G. I. Saydal
JSC «Cryogenmash» Lenin Ave., 67, Balashikha, 143907, Russia E-mail: saydal@cryogenmash.ru
JSC Cryogenmash has long-standing traditions and significant achievements in the development of liquid hydrogen large-scale equipment, basically for space-rocket technologies. Over the last years, while adhering to and continuing these traditions, the enterprise has executed a number of orders for China and India.
Today these works have been given a new impetus in connection with the prospects of development of hydrogen power engineering and cryogenic aircraft. The efforts are being focused both on development of liquid hydrogen production facilities, and on provision of consumption infrastructure.
In this connection, of particular interest are two advanced developments carried out on the basis of and in view of implementation results and tests of hydrogen tanks 100 m3 in volume, manufactured within 2002-2004.
The stationary tanks PD;rB-250/0.25 and a transport tank DT-45/1.0 are essentially the large-capacity tanks intended for accumulation, storage, and transportation of liquid hydrogen. One of the most important production phases is selection of engineering solutions for designs of these tanks.
Giving credit for a worldwide tendency towards creation of energy-saving equipment, and in view of Customers' requirements, both tanks feature a highly efficient heat insulation system that has been considerably improved as compared to the hydrogen tanks created in 80s and 90s of the XXth century.
The data of the heat insulation system enable to obtain an upper limit of hydrogen evaporation losses due to ambient heat in-leaks of not larger than 0.2 % per day for the tank PD;rB-250/0.25 and 0.7 % per day for the tank DT-45/1.0, which is a major achievement regarding this parameter. The vacuum insulation, the inner vessel fastening elements (supports and columns), the cryoadsorp-tion pumps which serve the purpose of maintaining high vacuum within the insulation space were subjected to modernization and upgrading.
The shell, the inner vessel and the pipeline communications are made of high-quality steels intended for appropriate temperature ranges, and the individual elements are calculated with the aid
of up-to-date computer programs MSC.Software. The tank PDTB-250/0.25 has an inner vessel geometrical volume of 250 m3 designed for storage of 19 t of liquid hydrogen and for 2.5 atm. working pressure. The tank DT-45/1.0 has an inner vessel geometrical volume of 45 m3, it is used for transportation of 3.4 t of liquid hydrogen and designed for 10 atm. working pressure.
The valves systems of the liquid hydrogen tanks are most complicated and sophisticated as compared to the designs of other models of cryogenic tanks, and ensure both filling-delivery of liquid, and safe operation, and replacement of gas medium with that of required purity prior to filling the tanks with hydrogen.
The system of the safety valves and rupture membranes enables to ensure safe operation of the tanks in compliance with national and European standards and codes.
The tanks are equipped with filters used for fine purification of liquid hydrogen, and with sampling devices of specific designs that allow to perform analysis of hydrogen for impurities without affecting the analysis results of separation process under phase transition conditions. The tanks are also furnished with the devices that prevent formation of swirls when liquid is drained off through the bottom discharge, and the tank DT-45/1.0 is equipped with wave absorbers.
The design documentation has been elaborated with use of a three-dimensional designing system CATIA with PDM - the system SmarTeam. The documentation was stored and handled with the aid of the program "Documentum" with add-in E-room.
The final manufacturing phase is testing for compliance with contract characteristics. The tests are usually conducted in two stages. At JSC Cry-ogenmash carried out is testing of all technical characteristics with use of liquid nitrogen cryoa-gent. At Customers' sites accomplished is the final testing phase: testing the parameter of evaporation losses when filling the tank with liquid hydrogen.
The report will be devoted to discussion of the basic requirements to the assemblies of the tanks and to their characteristics.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 6(38) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 6(38) (2006)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.