Разработка моделей и расчет процессов заправки криогенных бортовых топливных систем сжиженным природным газом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Кириенко, Кристина Игоревна

• Кириенко, Кристина Игоревна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Кириенко, Кристина Игоревна

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор литературных данных и постановка задачи исследования

1.1 Использование СПГ в качестве моторного топлива на транспорте

1.2 Современные криогенные бортовые топливные системы для автотранспорта и технологии их заполнения

1.3 Физико-математические модели и технологии заправки емкостного оборудования криогенной жидкостью

1.4 Выводы по обзору и цели исследования

Глава 2. Экспериментальная отработка технологий заправки

2.1 Задачи экспериментального исследования

2.2 Экспериментальная установка

2.3 Программа, методика и результаты испытаний технологического оборудования

Глава 3. Моделирование процессов заполнения резервуара криогенной жидкостью

3.1 Обобщенная модель процесса заполнения

3.1.1 Модель А

3.1.2 Модель В

3.2 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью сверху с открытым дренажом

3.3 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью снизу с открытым дренажом

3.4 Заполнение холодного резервуара криогенной жидкостью с открытым дренажом

3.5 Заполнение холодного резервуара криогенной жидкостью без дренажа

3.6 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью без дренажа

3.6.1 Первый этап — заполнение

I

2

3.6.1.1 Модель А

3.6.1.2 Модель В

3.6.2 Второй этап - сброс пара

3.6.3 Сравнение с экспериментом

Глава 4. Влияние режимных и конструктивных параметров на процесс заполнения

4.1 Влияние вскипания входящего потока (паросодержания)

4.2 Влияние теплого газа в коммуникациях

4.3 Влияние гидравлического сопротивления заправочных и дренажных коммуникаций на длительность заполнения

4.4 Влияние начальной температуры стенки бака на технологию бездренажного заполнения

Выводы

Список использованных источников

Приложение А. Протоколы экспериментального исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка моделей и расчет процессов заправки криогенных бортовых топливных систем сжиженным природным газом»

Введение

Актуальность проблемы. В настоящее время в мире расширяется использование сжиженного природного газа (СПГ) в качестве газомоторного топлива. Станции заправки автотранспорта сжиженным природным газом размещены в 11 штатах США, а также в Австралии, Чехии, Германии, Великобритании. В последние годы высокими темпами развивается использование СПГ в качестве газомоторного топлива в Китае и Корее, а также в Нидерландах. Намерены использовать СПГ в качестве газомоторного топлива такие страны как Индия, Пакистан, Катар. В России Постановлением правительства предусмотрено в течение 7 лет увеличить использование природного газа в качестве моторного топлива с 350 млн. м /год до 15 млрд. м /год и занять лидирующие позиции в мире. Кроме автотранспорта предполагается использовать СПГ в качестве моторного топлива на железнодорожном транспорте, на морском и речном транспорте, для сельскохозяйственной техники, в авиации.

Одной из проблем при эксплуатации транспорта на СПГ является уменьшение длительности заправки и повышение пожаробезопасности при заправке криогенных бортовых топливных систем. Уменьшение длительности позволяет повысить конкурентоспособность СПГ как моторного топлива.

Пожароопасность при заправке транспорта СПГ обусловлена, в первую очередь, возможностью перелива криогенного бака, испарением СПГ, загазованностью территории станции с последующей вспышкой. Поэтому одним из путей повышения пожаробезопасности является переход к бездренажной заправке бортовых систем сжиженным природным газом (без выброса паров СПГ из бака). К сожалению, в настоящее время в РФ отсутствует опыт скоростной и безопасной заправки емкостного оборудования, а опыт опытной эксплуатации транспорта на СПГ дал отрицательные результаты.

Цель работы: Разработать основные положения технологии заправки криогенных бортовых систем сжиженным природным газом, обеспечивающие удовлетворительное время заполнения и требования безопасности.

Основные задачи:

- подготовить и провести испытания по заполнению бака автотранспорта сжиженным природным газом по двухлинейным и однолинейным технологиям в условиях приближенным к реальным;

- по результатам испытаний разработать обобщенную модель процесса заполнения сосуда криогенной жидкостью, позволяющую моделировать заправку бортовых топливных систем как по двухлинейным схемам (с открытым дренажем), так и по однолинейным схемам (с закрытым дренажем) и показать пути повышении эффективности процесса;

- провести моделирование процессов заполнения криогенных бортовых топливных систем для определения влияния технологических и конструктивных параметров на режим заполнения, а также обоснования новых технических решений.

Научная новизна

Впервые в РФ проведен комплекс экспериментов по заправке бака криогенной топливной системы в условиях приближенным к реальным условиям, в том числе заправка теплого бака с открытым дренажем, бездренажная заправка холодного бака, бездренажная заправка теплого бака.

Разработана физико-математическая модель заполнения сосуда криогенной жидкостью, отличающаяся тем, что процессы в замкнутом объеме описываются на основе нестационарной термодинамической модели с учетом теплообмена и смешения потоков между поступающей жидкостью, перегретым паром и стенками сосуда.

Впервые показано, что характер процесса заправки определяется соотношением между расходом жидкости, взаимодействующей с перегретым

I ' 1 I ь

л'5; ►

паром в сосуде, и расходом жидкости, вступающей в непосредственный контакт со стенками сосуда.

Впервые определено влияние на скорость заполнения таких параметров, как условия ввода жидкости в сосуд, размер капель, паросодержание поступающей жидкости, значение начальной температуры стенки.

Защищаемые положения

1) Результаты экспериментального исследования процесса заправки криогенных бортовых систем

2) Модель заполнения криогенного резервуара.

3) Рекомендации по технологии заполнения криогенной бортовой топливной системы сжиженным природным газом.

Степень достоверности полученных автором результатов

Достоверность экспериментальных результатов подтверждается их качественным и количественным воспроизведением при близких условиях проведения экспериментов.

Основные уравнения, представленные автором модели, базируются на фундаментальных законах и уравнениях термодинамики и теплообмена.

Удовлетворительное согласование результатов расчетов и экспериментов, проведенных в условиях приближенных к реальным, позволяет достоверно использовать результаты числового моделирования при разработке технологических регламентов криогенных бортовых топливных систем.

Практическая значимость

Впервые проведена экспериментальная отработка технологии бездренажного заполнения холодного и теплого сосуда, как методом передавливания, так и с помощью центробежного насоса, позволившая показать возможность и перспективность этой технологии.

Определены значения давлений подачи и необходимой величины недогрева жидкости для проведения бездренажной заправки.

Предложены технические решения, направленные на повышение скорости заполнения, в том числе, не полное охлаждение стенок бака, уменьшение диаметра отверстий перфорированного коллектора криогенного бака, ограничение контакта капель жидкости со стенкой бака, применение пульсационной заправки.

Внедрение

Результаты работы использовались при разработке стандарта ОАО «Газпром» - СТО Газпром 2-3.6-701-2013 «Криогенные автомобильные газозаправочные станции. Общие технические требования», а также будут использоваться при разработке технологических регламентов криогенного емкостного оборудования в программах ОАО «Газпром» по использованию газомоторного топлива и автономной газификации на базе сжиженного природного газа.

Апробация работы

Основные результаты работы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- IX Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 4-7.10.2011.

- Конференции МЭИ «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 01 02.03 2012.

- Конференции МЭИ «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 28.02-01.03 2013.

- Третьей международной научной конференции «Промышленные газы», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 26.06.2013.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, 3 из которых в журналах рецензируемых ВАК РФ:

1) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Экспериментальная проверка технологий заправки криогенных бортовых топливных систем // Транспорт на альтернативном топливе - 2013. № 3 (33). - с. 37-42.

2) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Современные криогенные бортовые топливные системы для автотранспорта и технологии их заправки // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. № 6 (36). - с. 41-44.

3) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Учет влияния теплообмена на бездренажную заправку // Вестник МЭИ. - 2013. №5. - с. 48-53

4) Горбачев С.П., Коледова К.И., Красноносова С.Д. Термодинамические модели заправки резервуара криогенной жидкостью // Технические газы -20011.-№ 5-с. 32-40.

5) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Исследование процессов бездренажной заправки топливного бака криогенной жидкостью // Технические газы. — 2013. №6. - с. 64-70

6) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Особенности заправки резервуара криогенной жидкостью // Новые технологии в газовой промышленности: сб. тез. IX Всеросс. конф. молод, уч., спец. и студ., Москва, 2011, с. 26.

7) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Заправки резервуара криогенной жидкостью // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: сб. тез. XVIII Междунар. науч.-прак. конф. асп. и студ., Москва, 2012, т.4, с. 72-73.

8) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Моделирование процесса бездренажной заправки криогенного резервуара // Повышение эффективности, надежности и безопасности работы энергетического оборудования ТЭС и АЭС: сб. тез. Нац. конф., Москва, 2012, с. 204-205.

9) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Влияние теплообмена на бездренажную заправку холодного криогенного резервуара // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: сб. тез. XIX Междунар. науч.-прак. конф. асп. и студ., Москва, 2013, т.4, с. 54.

10) Горбачев С.П., Кириенко К.И. Экспериментальная проверка технологий заправки криогенных бортовых топливных систем // Промышленные газы: сб. док. III Междунар. Науч. Конф., Москва, 2013, с. 4243.

Личное участие в получении результатов: Все результаты и выводы диссертационной работы получены лично автором в результате проведенных экспериментов и математического моделирования.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников (47 наименований) и приложения. Работа содержит 126 страниц текста, 69 иллюстраций, 5 таблиц и приложение на 20 страницах.

Автор благодарит за поддержку ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ» и ЗАО НПП «Криосервис».

Глава 1. Обзор литературных данных и постановка задачи

исследования

1.1 Использование СИГ в качестве моторного топлива на

транспорте

В настоящее время продолжает расширяться использование сжиженного природного газа (СПГ) в качестве газомоторного топлива для транспорта. Станции заправки автотранспорта сжиженным природным газом размещены в 11 штатах США (рис. 1.1) (5 станций для заправки транзитного транспорта, 4 станции для заправки грузового транспорта и 5 станций для заправки мусоровозов), а также в Австралии, Китае, Чехии, Германии, Великобритании, Корее (рис. 1.2). В последние годы высокими темпами развивается использование СПГ в качестве газомоторного топлива в Китае. Намерены использовать СПГ в качестве газомоторного топлива такие страны как Индия, Пакистан, Катар. В России Постановлением правительства предусмотрено в течение 7 лет увеличить использование СПГ в качестве газомоторного топлива

3 3

с 350 млн. м /год до 15 млрд. м /год.

Рис. 1.1- Станция заправки автотранспорта сжиженным и регазифицированным СПГ в Калифорнии (США)

Рис. 1.2 — Станция заправки автотранспорта сжиженным и регазифицированным СПГ (Корея)

За рубежом начато серийное производство автотранспорта, использующего в качестве моторного топлива СПГ, основные производители транспортных средств находятся в США:

- Автобусы - New Flyer® Bus, El Dorado Bus, Gillig Bus Co., NABI®, Nova Bus/Volvo®, Blue Bird® Corp., AVS®;

- Тяжелые грузовые автомобили - Mack Truck®, Freightliner®, Peterbuilt®, Kenworth®, Navistar®, ERF®, MAN®;

- Двигатели - Caterpillar®, Mack®, Cummins®, Detroit Diesel®, Mercedes Benz®, BMW®, John Deere®.

В России в рамках совместной программы по использованию СПГ в качестве топлива на тепловозах (ОАО РЖД, ОАО «Газпром», Правительство Свердловской области) создан и успешно прошел испытания газотурбовоз на СПГ и инфраструктура для его обслуживания [1].

В ОАО «КАМАЗ» на базе серийно выпускаемых транспортных средств с газовыми двигателями, работающими на компримированном природном газе, начаты работы по проектированию транспортных средств с газовыми двигателями, работающими на сжиженном природном газе.

В опытной эксплуатации находятся автомобили ОАО «Гелиймаш», ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», работающие на СПГ (рис. 1.3 - 1.4).

Рис. 1.3 - Автобус НефАЗ

Рис. 1.4-ЗиЛ 5301 "Бычок"

Успешно прошел испытания трактор К-701, разработанный в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (рис. 1.5).

Рис. 1.5 - Трактор К-701

В настоящее время активно обсуждаются вопросы об использовании СПГ в качестве топлива для водного транспорта. В частности, из-за экологических проблем ограничений [2] на СПГ переводятся паромные суда Швеции и Финляндии на Балтийском море.

К настоящему времени накоплен опыт применения СПГ в качестве топлива на авиационном транспорте [3, 4]. В перспективе предполагается использование СПГ в ракетно-космической технике.

1.2 Современные криогенные бортовые топливные системы для автотранспорта и технологии их заполнения

В настоящее время в криогенных бортовых топливных системах на сжиженном природном газе используются следующие технологические схемы:

- схема с испарителем самонаддува криогенного бака (рис. 1.6а);

- схема с равновесной жидкостью при повышенном давлении (рис. 1.66);

- схема с криогенным насосом (рис. 1,6в).

1 2 3 4 5

1 23 45 6789

1 2 3 4

а) 1 - испаритель самонаддува; 2 - линия подачи жидкости; 3 -криогенный бак; 4 - переключатель фаз; 5 - испаритель-регазификатор; б) 1 — заправочная колонка; 2 - манометр; 3 - заправочная горловина; 4 -гарантированное паровое пространство; 5 - заправочный трубопровод; 6 -

регулятор давления в баке; 7 - переключатель фаз; 8 - испаритель-регазификатор; 9 - регулятор давления; в) 1 - линия подачи жидкости; 2 -криогенный бак; 3 - криогенный насос; 4 - регазификатор Рис. 1.6 - Технологические схемы криогенных бортовых топливных

систем

Особенность первой схемы (рис. 1.6а) заключается в том, что жидкость после заполнения имеет равновесное давление близкое к атмосферному, а, следовательно, наименьшую температуру и наибольшую плотность. Повышение и поддержание повышенного давления в баке для подачи жидкости через продукционный теплообменник в двигатель осуществляется выносным испарителем самонаддува бака с использованием регулятора давления и переключателя фаз, через который пар направляется на продукционный теплообменник при чрезмерном повышении давления в баке. Схема имеет следующие преимущества: наибольшее количество топлива в данном объеме, т.к. жидкость имеет наибольшую плотность; длительное бездренажное хранение жидкости из-за низкого давления в баке в начальный момент; относительно простое оборудование на заправочной станции. Недостатки данной схемы:

- из-за низкой температуры жидкости растворимость диоксида углерода в жидком метане мала и возможна кристаллизация диоксида углерода с забивкой арматуры и трубопроводов;

- возможна кристаллизация диоксида углерода в испарителе самонаддува в процессе испарения с забивкой испарителя и прекращения подачи газа на двигатель;

- при заполнении методом передавливания («безнасосная» схема) пары жидкости выбрасываются в атмосферу;

- в случае переполнения бака жидкость выбрасывается через свечу, создавая пожароопасную ситуацию;

- в начале движения автомобиля разрушается слой равновесной жидкости на границе раздела фаз, давление в баке может резко снизиться из-за конденсации пара на поверхности жидкости и уменьшается расход газа на двигатель.

Несмотря на недостатки, эта схема является достаточно распространенной и реализуется компаниями Cryodiffusion, MAN, Cryogenic

Fuels Inc (CFI), а также отечественными компаниями ОАО «Гелиймаш» и ЗАО «НПФ «ЭКИП» [5].

Испытания, проведенные в ООО «Газпром ВНИИГАЗ», подтвердили работоспособность отечественных КБТС такого типа [6, 7].

Схема с равновесной жидкостью при повышенном давлении предложена и реализуется компанией NexGen Fueling Chart Industries [8, 9] (рис. 1.66). Основная идея этой схемы - криогенная бортовая топливная система должна быть аналогичной бортовой системе на сжиженных углеводородных газах (пропан-бутан). Поэтому в системе отсутствует испаритель самонаддува и подача СПГ в двигатель транспортного средства через продукционный испаритель осуществляется за счет первоначального давления в баке, создаваемого при его заполнении равновесной жидкостью с относительно высокой температурой. По мере опорожнения бака, с одной стороны, происходит снижение давления в баке из-за увеличения парового пространства, с другой стороны, жидкость вскипает и в паровое пространство поступает дополнительное количество пара. В результате при уменьшении степени заполнения бака с 90% до 5% давление в баке снижается с 0,5 МПа до 0,35 МПа, что достаточно для нормальной работы КБТС.

Отсутствие испарителя самонаддува (а также криогенного запорного вентиля и регулятора давления в баке) не только уменьшает стоимость оборудования, но и повышает надежность работы системы, поскольку при эксплуатации исключается вероятность кристаллизации и забивки испарителя и криогенного вентиля диоксидом углерода и другими высококипящими примесями. Поскольку равновесная температура жидкости относительно высока (135 - 125 К), то повышается растворимость диоксида углерода в метане. Это позволяет снизить требования к содержанию диоксида углерода в СПГ.

Однако использование «теплой» равновесной жидкости имеет ряд недостатков, в том числе:

- из-за более высокой начальной температуры жидкости и, соответственно, меньшей плотности количество заправленной жидкости примерно на 10 — 20 % меньше, чем для предыдущей схемы;

- при высокой начальной температуре жидкости сокращается длительность бездренажного хранения СПГ в баке;

-для реализации бездренажной технологии заполнения необходимо на станции наполнения иметь СПГ с температурой около 140 К (равновесное давление 0,6 МПа) и давлением не менее 0,8 - 0,9 МПа и проводить заполнение при повышенном давлении в криогенном баке.

Схемы с криогенным насосом (рис. 1.6в) используются в случае, когда необходимо подавать газ в двигатель при повышенном давлении. Например, для турбины газотурбовоза давление подачи составляет около 3 МПа, что обеспечивается стандартным поршневым насосом [10]. При этом в криогенном баке поддерживается давление около 0,2 МПа, чтобы обеспечить подачу жидкости на насос. Давление поддерживается за счет отбора газа из продукционного испарителя, что позволяет отказаться от испарителя самонаддува. Криогенный бак заполняется сжиженным природным газом при давлении близком к атмосферному, что предполагает низкое содержание диоксида углерода в СПГ.

Основные проблемы при реализации данной схемы:

- наличие дорогостоящего криогенного насоса, который должен длительно и непрерывно работать в условиях вибраций;

- обеспечение однофазного состояния жидкости в насосе;

- длительная подготовка системы перед пуском.

Для реализации газодизельного цикла предлагается подавать газ в двигатель при давлении около 20 МПа. Одно из возможных решений -повышать давление СПГ непосредственно в баке с помощью специального поршневого криогенного насоса. К настоящему времени работы по этому направлению находятся на стадии НИР [11].

В последнее время обсуждается вопрос об использовании кассетных КБТС, в которых вместо заполнения бака сжиженным природным газом производится замена порожнего бака на бак, предварительно заполненный на станции производства СПГ.

Преимущество такой схемы - сокращение длительности операции заправки, отсутствие промежуточного резервуара на заправочной станции, за счет этого - уменьшение стоимости станции, заполнения и повышение пожаробезопасности. Однако все проблемы заполнения не исчезают, а переносятся на станцию производства СПГ. Поскольку увеличивается количество баков, то эффект снижения стоимости из-за отсутствия расходного резервуара уменьшается. Появляются дополнительные проблемы: необходимо обеспечить надежные низкотемпературные соединения при замене баков, необходимо иметь на станции заправки подъемные средства, необходимо обеспечить пожарную безопасность при наличии большего количества цистерн с СПГ на станции заправки. Тем не менее, практическая реализация такой схемы на транспортных средствах с существенно ограниченной длительностью заправки представляется перспективной.

Одним из вопросов эксплуатации КБТС является их заправка (заполнение теплого криогенного бака) и дозаправка (заполнение бака с некоторым количеством жидкости) сжиженным природным газом.

При заправке и дозаправке автотранспорта сжиженным природным газом необходимо выполнить следующие условия:

- заполнение следует проводить с темпом около 70 литров СПГ в минуту (0,5 кг/с), что соответствует темпу заправки автотранспорта традиционным топливом;

- заполнение может проводиться как в регулярном режиме (транспортные средства на заправку поступают непрерывно или через заданные промежутки времени), так и при случайной очереди транспортных средств;

- необходимо исключить или максимально ограничить выбросы топлива в окружающую среду, в том числе при переполнении криогенного топливного бака;

- необходимо обеспечить безопасность для персонала и оборудования станции, для транспортных средств и водителей, для окружающих зданий и сооружений и проживающих в них жителей.

До последнего времени при заправке и дозаправке КБТС сжиженным природным газом использовалась двухлинейная технология (two-lines transfer procedure), по которой заполнение криогенного топливного бака жидкостью производится с открытым дренажным трубопроводом со сбросом паров или через свечу в атмосферу на рассеивание (рис. 1.7) или в расходный резервуар (при использовании насоса, рис. 1.8).

£ ^-) --ц^-у

(а) (б)

1 - питающий резервуар; 2 - криогенный бак; 3 - заправочные коммуникации; 4 - дренажные коммуникации.

Рис. 1.7 — Двухлинейные схемы с открытым газосбросом (а - заполнение «сверху»; б - заполнение «снизу»)

1

1 - резервуар; 2 - криогенный бак; 3 - центробежный насос Рис. 1.8 - Двухлинейная технология с рециркуляцией пара (с криогенным

Эта технология заполнения (рис. 1.7, 1.8) является наиболее простой и, как правило, используется при заполнении криогенных резервуаров такими продуктами как жидкий азот, жидкий кислород, а также при заполнении двухлинейных КБТС. Заполнение может проводиться как снизу (под уровень жидкости), так и сверху (над уровнем жидкости). При заполнении сверху более равномерно охлаждаются стенки сосуда, но длительность заправки больше, чем при заполнении снизу.

На длительность заполнения, особенно при подаче жидкости сверху, сильно влияет гидравлическое сопротивление дренажных коммуникаций и наличие паровой фазы в жидкости в заправочных коммуникациях.

При заполнении сжиженным природным газом следует учитывать, что в жидкости содержаться примеси (диоксид углерода, метанол, масла), которые растворены в метане и при уменьшении растворимости могут выпадать в осадок (процесс кристаллизации). Поэтому, если в процессе заполнения давление жидкости (и ее температура) в баке снижается ниже давления в заправочном резервуаре, то растворимость диоксида углерода уменьшается и возможна его кристаллизация [12]. Это может привести к забивке

центробежным насосом)

коммуникаций твердым диоксидом углерода и прекращению заполнения. Поэтому при заполнении целесообразно поддерживать повышенное давление в криогенном баке.

Если в баке имеется остаток СПГ, то стенки бака имеют температуру близкую к температуре жидкости («холодный» бак). Особенность заполнения холодного бака - отсутствуют потери жидкости на охлаждение стенок, и через дренаж выходит пар, вытесняемый в процессе заполнения.

Подача жидкости в бак в процессе заполнения может осуществляться передавливанием (рис. 1.7) или криогенным насосом (рис. 1.8). В случае передавливания имеет место потери газа через дренажные коммуникации в атмосферу как при заполнении теплого, так и холодного бака. Применение насоса позволяет возвращать пары СПГ из бака обратно в расходный резервуар. Однако следует учитывать, что стоимость криогенного центробежного насоса приближается к стоимости расходного резервуара. Кроме того, эксплуатация системы заправки на базе насоса является более сложной, чем при передавливании, и сопровождается дополнительными потерями жидкости на охлаждение насоса и коммуникаций. Применение насоса также предполагает наличие электрической энергии.

Основная проблема двухлинейной технологии заполнения заключается в том, что возможно переполнение криогенного бака с выбросом жидкости через дренажные коммуникации на территорию заправочной станции с последующей загазованностью и возникновением аварийной ситуации. Проблема переполнения остается и при использовании двухлинейных схем с циркуляцией паров (рис. 1.8). В этом случае исключается выброс жидкости наружу, но при переполнении жидкость заполняет дренажный трубопровод и ее необходимо удалить перед отсоединением трубопровода после заполнения. Кроме того, необходимо удалить часть жидкости для обеспечения требуемого объема парового пространства.

Опыт эксплуатации транспорта на СПГ показал, что вероятность переполнения бака при использовании двухлинейной технологии высока.

л' I .V ■■' и |.'.Ч"! ..■ ' 1 '!.' ■ '■ !■ Т I ■ .■ ' , ' / I • ' I ■ ■ ■ I ' . I ,: I 1 • 1 • г 1 ■ 'Г ,1 ,',1 «

Поэтому в настоящее время начинает использоваться заправка КБТС сжиженным природным газом по однолинейной технологии (one-line transfer procedure), когда заполнение криогенного топливного бака ведется с закрытым дренажным трубопроводом с конденсацией пара в баке за счет нагревания поступающей жидкости (рис. 1.9).

1

1 - питающий резервуар заправочной станции; 2 - криогенный резервуар; 3 - заправочные коммуникации.

Рис. 1.9 Заполнение криогенного бака по однолинейной технологии

передавливанием

1

1 - резервуар; 2 - криогенный бак; 3 - центробежный насос Рис. 1.10 Заполнение криогенного бака по однолинейной технологии с

использованием насоса

По однолинейной технологии заполнение криогенного бака сжиженным природным газом осуществляется, как правило, путем подачи жидкости сверху (на уровень жидкости) при закрытом дренажном трубопроводе. При этом, с одной стороны, в сосуде повышается давление из-за уменьшения объема парового пространства, с другой стороны, давление в паровом пространстве снижается из-за конденсации пара на каплях поступающей жидкости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кириенко, Кристина Игоревна, 2014 год

Список использованных источников

1) Киржнер Д.Л. «О работах ОАО «РЖД» в области использования природного газа на железнодорожном транспорте». В кн. Использование природного газа на железнодорожном транспорте: Материалы заседания секции «Распределение и использования газа» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Екатеринбург, декабрь 2006г). - М. ООО «ИРЦ «Газпром», 2007. стр. 12

2) Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря с судов (MARPOL) 73/78 с дополнениями

3) Криогеника и авиация/ Беседа с главным конструктором самолетов на криогенном топливе АНТК им. А.Н. Туполева В.А. Андреевым/АГЗК + АТ/№3(9)/2003, с. 50-52

4) М. Опарин, В. Малышев, Самолеты на криогенном топливе/ АГЗК+АТ, №2(26)/2006, с.64-65

5) Попов О.М., Брагин A.B., Колгушкин Ю.В., Еремина Н.М., Мильман С.Б., Удут В.Н., Системы хранения и подачи сжиженного природного газа, установленного на транспортные средства. В кн. Использование природного газа на железнодорожном транспорте: Материалы заседания секции «Распределение и использования газа» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Екатеринбург, декабрь 2006г). - М. ООО «ИРЦ «Газпром», 2007. стр. 57

6) Горбачев С.П., Попов В.П. Основные технические требования и результаты испытаний криогенных бортовых топливных систем для транспортных средств. В сб. Современные технологии сжижения природного газа в установках малой и средней производительности. Использование природного газа на железнодорожном транспорте: Материалы заседания секции «Распределение и использование газа» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Екатеринбург, декабрь 2006 г.). - М.; ООО «ИРЦ «Газпром», 2007.-152с

7) Результаты испытаний опытных образцов криогенных бортовых топливных систем для транспортных средств. Горбачев С.П., Попов В.П., Шапкайц А.Д., Люгай C.B., Поденок С.Е. Газовая промышленность, спецвыпуск 626/2008, с. 17-20

8) NexGen Fueling Vehicle Fuel Tank System Operations Manual -http://www.nexgenfueling.com/pdf/3835849-rev-c-2.pdf

9) Advanced LNG Onboard Storage System. Final Technical Report. 2003

10) Косов B.C., Руденко В.Ф., Нестеров Э.И. Первый в мире газотурбовоз, работающий на сжиженном природном газе/ АГЗК+АТ №3 (45)/2009, с. 32-36

11) Апкаров И.А., Дорохов А.Ф., Музаев A.A. Газодизельный цикл как основа моторной энергетики малого и среднего производственного предпринимательства в сельском хозяйстве и рыболовстве/ Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. № 2, 2010, с. 47-51

12) Горбачев С. П. Кристаллизация диоксида углерода в системах регазификации СПГ // СПГ и СЖТ: мировые и российские перспективы: Тез.докл.межд.конф.М., 2004. - С. LNG-C3.

13) Каганер М.Г. Тепломассообмен в низкотемпературных теплоизоляционных конструкциях. -М.: Энергия, 1978. - 256 с

14) Каганер М.Г. Тепловая изоляция в технике низких температур. -М.: Машиностроение, 1966. - 275 с

15) Каганер М.Г. Теплопередача в теплоизоляции и в теплоизоляционных устройствах для криогенной техники. - Диссертация на соискание степени доктора наук, 1971.-271 с

16) Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая Школа, 1967. -

600 с

17) Лыков A.B. Тепломассообмен. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978.-480 с

18) Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика процессов в теплообменных аппаратах. - М.; Энергия, 1967. - 168 с

I , ■.....,,,■.

ÎX^^Ï^Î.^Ç-v-' i. ,. "t. > '■', "Ii;■.) ■.',111 ■ ( Ц' ; i :,■ :......

123

19) Корольков Б.П., Пупин А. А. Динамика радиационного теплообменника с учетом распределения температуры по толщине стенки //Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1975. - № 6. - С. 104 - 111

20) Корольков Б.П. Специальные функции для исследования динамики нестационарного теплообмена, - М.: Наука, 1976. - 166 с

21) Горбачев С.П., Крикунов А. А., Гончарук О. А. О времени захолаживания криогенного объекта газообразным криоагентом // Инж. -физич. журнал. - 1980. - т. 39. №4. - С. 629 - 635

22) Кейлин В.Е., Ковалев И.А, Лелехов С.А. О времени захолаживания циркуляционных систем // Инж. - физич. журнал. - 1974. -т.27. - №6. -С.1081 -1089

23) Беляков В. П., Буткевич И. К., Филимонов В. Е. Расчетно-экспериментальное исследование режимов захолаживания гелиевых систем // Криогенная техника (труды НПО "Криогенмаш") Балашиха, 1979, с. 10-19

24) К выбору регламента захолаживания магнитной системы Токамак -15 / Буткевич И.К., Горбачев С.П., Крикунов А.А. и др.// Докл. ||| Всес. конф. по инженерным прблемам трмоядерных реакторов, Ленинград, 20 - 22 июня 1984 г. - Л.: НИИЭФА, 1984. - Т. 2. - С. 53 - 60

25) Baron A.M., е.а. Studies on cooldown of cryogenic cables .- Cryog. 1977, v 17, №3, p.161 - 166

26) Bendik N.T., Glukhov N.J., Investigation of superconducting cable cooldown.. - Cryog., 1981, v.21,№6, p. 361 - 366

27) Jones M.C., Cool-down of superconducting power transmission lines with single phase helium. - Cryog. 1980.V. 20, №3, p. 139 - 145

28) Gorbachev S.P., Gorlach I.V. Cool down of heat pipes by cryogenics liquids. - Cryog. 1994. v.34. № 1, p.51 -54

29) Филин H. В., Буланов А. Б. Жидкостные криогенные системы: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1985, 246 с.ил

30) Филимонов В. Е. Анализ термодинамических процессов при переменной массе рабочего тела// Сб. "Криогенная техника". НПО Криогенмаш. Балашиха. - 1977. - С. 21-32

31) Филимонов В. Е. Термодинамический анализ двухфазных систем переменной массы// Сб. "Криогенная техника" НПО Криогенмаш. Балашиха. -1977. - С. 33-45

32) Изотов Н.И. Сжиженный природный газ. Технологии и оборудование. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2013. - 306 с

33) Тарабрин В. А. Математическая модель теплового состояния парового пространства низкотемпературного резервуара для хранения СПГ. -Газовая промышленность. Сер "Транспорт и хранение газа". 1981, №5, с. 21-28

34) Амелин Э. А., Бондарь А. Ф., Борисенко В. И. и др. Тепловой и гидравличе-ский расчет процесса заправки автомобильного бака жидким метаном (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур 53-86). Харьков: ФТИНТ, 1986. 11 с. ил

35) Житомирский И. С., Романенко В. Г. Методика численного расчета неста-ционарных тепловых и гидрогазодинамических процессов в сложных крио-генных системах (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур 3286). Харьков: ФТИНТ, 1986. 52 с. ил

36) Романенко В. Г. Математические модели, алгоритмы и программы расчета процесса заправки безрасходных аккумуляторов холода (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур 35-90). Харьков: ФТИНТ, 1990. 16 с. ил

37) Stephens С. А., Hanna G. J., Gong L. Thermal-Fluid Analysis of the Fill and Drain Operations of a Cryogenic Fuel Tank. NASA Technical Memorandum 104273, 1993

38) Захаров Ю. В., Лехмус А. А. Рациональные способы захолаживания цистерн метановозов перед приемом грузов // Судостроение: Респуб. межвед. науч.-техн. сб. Киев: Вища шк., 1986, Вып. 35, с. 57-63

39) Горбачев С.П., Попов В.П., Славин М.В. Определение времени захолаживания криогенного бака // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 2006, №5.-С. 43-54

40) Горбачев С.П., Славин М.В. Влияние недогрева СПГ на длительность заправки бортовой топливной системы // Вестник МГТУ им. Баумана. Машиностроение. - 2005. - Специальный выпуск «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения». - С. 129-137

41) Славин М.В. Разработка и исследование технологии заправки автотранспорта сжиженным природным газом. Дисс. канд. тех. наук, М., 2006 г. - 99 с

42) Горбачев С.П., Попов В.П. Современные криогенные бортовые топливные системы для автотранспорта на СПГ. - Транспорт на альтернативном топливе, № 6(6), 2008, с. 66-69

43) Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче, М: Госэнергоатомиздат, 1958г - 418 с

44) Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление, Справочное пособие, Москва, Энергоатомиздат, 1990, 367 с

45) Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник/ под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1982. -512 с., ил. - (Теплоэнергетика и теплотехника)

46) Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей/ Варгафтик Н.Б М.: Наука, 1972 г. - 721 с

47) Справочник по физико-техническим основам криогеники/ под ред. М.П. Малкова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 432 с

Приложение А Протоколы экспериментального исследования

открытым дренажом

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом. Бак «ЭКИП» находился в контейнере на территории «Медвежьи озера». Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Расходный резервуар стоял с открытым дренажом 19 часов. Наддув осуществляли комбинацией штатного теплообменника и теплообменника установки. Давление росло медленно. Довели давление до 0,45 МПа после регулировки редуктора Я7. Бак ЭКИП теплый и пустой.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак. Таблица А1 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,45 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 5,65 4

60 13,86 —

150 28,8 4

210 42,8 —

240 58 —

270 65 0,23

300 92,58 0,23

330 100 0,22

Температура жидкости на входе в бак, К 78

открытым дренажом

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом.

Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера». Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Расходный резервуар стоял с открытым дренажом 17 часов. Наддув осуществляли комбинацией штатного теплообменника и теплообменника установки. Давление росло медленно. Довели давление до 0,55 МПа после регулировки редуктора Я7. Бак ЭКИП теплый и пустой (стоял с открытым дренажом 42 часа из них 19 часов с включенным теплообменником наддува). Во время проведения опытов по опорожнению бака ЭКИП определили, что теплообменник наддува не работает при массе азота в баке ЭКИП менее 17 кг жидкого азота. Возможно, это связано с тем, что теплообменник наддува расположен с боку бака для снижения вероятности повреждения его при установке на автомобиль.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак. Таблица А2 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,55 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 0 0,1

30 0,5 -

45 3,25 0,5

60 12,3 0,44

90 20,2 0,39

105 27,5 0,34

120 39 0,31

150 57,8 0,29

180 68 0,25

195 75 0,23

Время, с Масса, кг Давление, МПа

210 78 0,21

225 84,9 0,2

240 92 0,19

270 97,8 0,18

285 100 0,18

Температура жидкости на входе в бак, К 81

закрытым дренажом

Цель работы: заправить холодный бак ЭКИП жидким азотом без дренажа.

Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера». Перед заполнением проводилось заполнение бака с открытым дренажом (см. протокол № 2) с последующим переливом газа обратно в расходный резервуар, наддув предварительно бак ЭКИП штатным теплообменником наддува. Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Расходный резервуар стоял с открытым дренажом 17 часов. Наддув осуществляли комбинацией штатного теплообменника и теплообменника установки. Давление росло медленно. Довели давление до 0,5 МПа. За время подготовки аппаратуры, захолаживания стенда, заполнения теплого и холодного бака и слива из него жидкости давление в расходном резервуаре увеличилось. Поэтому пришлось открыть дренаж до снижения давления до 0,52 МПа. Бак ЭКИП холодный, остаток жидкости 11,5 кг, не сливаемый из-за невозможности поднять давление штатным теплообменником.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак.

Таблица АЗ - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,52 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 11,5 0,25

30 21,8 0,22

60 39 0,22

90 59,6 0,22

120 79 0,19

150 89 0,2

180 95 0,2

Время, с Масса, кг Давление, МПа

195 96,5 0,21

Температура жидкости на входе в бак, К 78

закрытым дренажом

Цель работы: заправить холодный бак ЭКИП жидким азотом без дренажа.

Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера». После этого бак заполнили с открытым дренажом (см. протокол № 2), далее его надули штатным испарителем до 1,2 МПа и опорожнили, далее заполнили бак с закрытым дренажом (см. протокол № 3), повторно слили жидкость в расходный резервуар, наддув его штатным испарителем. Бак ЭКИП холодный и практически пустой (остаток 7,98 кг).

Давление в расходном резервуаре составляло 0,52 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак. Таблица А4 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,52 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 7,98 од

10 9 0,26

20 14 0,3

30 19 0,31

40 26 0,32

50 33 0,32

60 40 0,3

70 47 0,29

80 54 0,29

90 61 0,29

100 68,8 0,29

110 74 0,29

120 78 0,29

130 83 0,29

140 86 0,28

Время, с Масса, кг Давление, МПа

150 88,8 0,28

160 90 0,31

170 92 0,29

180 93 0,29

190 94,2 0,29

200 95 0,29

Температура жидкости на входе в бак, К 87

открытым дренажом

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом. Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера» без газа 10 суток. Бак ЭКИП теплый и практически пустой (остаток 4,1 кг).

Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Емкость стояла с открытым дренажом 4 суток. Наддув осуществляли штатным теплообменником. Довели давление до 0,7 МПа. За время подготовки аппаратуры, захолаживания стенда давление в расходном резервуаре увеличилось до 0,74 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак.

Таблица А5 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,74 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 4,1 0,42

10 6,9

20 10,1 0,3

30 14,8 0,25

40 18,8 0,23

50 23,2 0,21

60 27,9 0,2

70 32,1 0,19

80 36,6 0,18

90 41,3 0,17

100 45,8 0,16

110 50,0 0,16

120 51,30 0,15

130 59,20 0,15

140 63,20 0,15

150 68,1 0,15

160 72,80 0,15

Время, с Масса, кг Давление, МПа

170 76,4 0,14

180 81,2 0,15

190 85,4 0,15

200 90,5 0,14

210 94,0 0,14

220 99,8 0,14

230 103,8 0,14

Температура жидкости на входе в бак, К 82

открытым дренажом

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом. Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера» без газа 10 суток. Бак ЭКИП теплый и практически пустой (остаток 7,5 кг).

Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Емкость стояла с открытым дренажом 4 суток. Наддув осуществляли штатным теплообменником без редуктора Я7. Довели давление до 0,7 МПа. За время подготовки аппаратуры, захолаживания стенда давление в расходном резервуаре увеличилось до 0,72 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак.

Таблица А6 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП жидким азотом. Давление в расходном резервуаре 0,72 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 7,5 0,5

10 10,1 0,34

20 13,8 0,3

30 17,6 0,28

40 21,2 0,24

50 25,8 0,22

60 29,4 0,2

70 33,5 0,2

80 37,8 0,19

90 42,6 0,18

100 46,2 0,18

110 50,1 0,18

120 54,4 0,18

130 58,7 0,17

140 63 0,17

150 67,3 0,17

160 71,9 0,16

Время, с Масса, кг Давление, МПа

170 75,8 0,16

180 79,8 0,16

190 83,4 0,16

200 88,8 0,16

210 92,4 0,16

220 96,8 0,16

230 101 0,16

Температура жидкости на входе в бак, К 84

Заполнение «сверху» теплого бака «ЭКИП» жидким азотом с насосом по

однолинейной схеме

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом по однолинейной схеме.

Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера» без газа 7 суток. Бак ЭКИП теплый и пустой.

Перед заполнением проводилась подготовка расходного резервуара. Емкость стояла с открытым дренажом 4 суток. Наддув осуществляли штатным теплообменником без редуктора Я7. Довели давление до 0,3 МПа. Давление за насосом 1 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак.

Таблица А7 - Данные по режиму заполнения теплого бака «ЭКИП» жидким азотом. Давление за насосом 1 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 0,00 од

10 1,00 0,45

20 0,95 0,47

30 3,00 0,57

40 12,60 0,79

50 14,50 0,98

60 13,5 0,94

70 11,30 0,75

80 11,00 0,61

90 10,40 0,52

100 9,70 0,45

110 9,05 0,39

120 8,50 0,34

130 8,00 0,30

140 7,70 0,28

150 7,60 0,27

160 7,60 0,26

Время, с Масса, кг Давление, МПа

170 - 0,26

180 7,45 0,25

190 7,30 0,26

200 7,30 0,26

210 7,25 0,26

220 7,25 0,26

230 7,25 0,26

240 7,20 0,26

250 7,20 0,25

260 7,20 0,25

270 7,20 0,26

280 7,15 0,26

290 7,15 0,26

300 7,15 0,26

310 7,15 0,26

320 7,15 0,26

330 7,15 0,26

340 7,15 0,29

350 7,15 0,29

360 7,15 0,34

370 8,80 0,40

380 14,00 0,53

390 22,60 0,52

400 34,00 0,50

410 41,00 0,48

420 52,00 0,46

430 65,00 0,45

440 72,00 0,44

450 81,00 0,43

460 89,50 0,43

470 97,00 0,43

480 102,00 0,44

Температура жидкости на входе в бак, К 87

Заполнение «сверху» теплого бака «ЭКИП» жидким азотом с насосом по

однолинейной схеме

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП жидким азотом по однолинейной схеме.

Бак ЭКИП находился в контейнере на территории «Медвежьи озера» без газа 7 суток. Бак ЭКИП теплый и практически пустой (остаток 1,9 кг).

Перед заполнения проводилась подготовка расходного резервуара. Емкость стояла с открытым дренажом 5 суток. Наддув осуществляли штатным теплообменником без редуктора Я7. Довели давление до 0,3 МПа. Давление за насосом 1 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак.

Таблица А8 - Данные по режиму заполнения теплого бака «ЭКИП» жидким азотом. Давление за насосом 1 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 1,90 0,15

10 9,50 0,69

20 10,40 0,97

30 - 1,02

40 8,80 0,80

50 8,10 0,67

60 7,30 0,53

70 6,50 0,45

80 5,85 0,40

90 - 0,36

100 5,10 0,34

110 4,90 0,31

120 4,60 0,30

130 4,50 0,30

140 4,45 0,30

150 4,45 0,30

160 4,45 0,30

' 1 141 ' ' <

BpeMa, c Macca, Kr flaBJieHHe, MTla

170 4,45 0,30

180 4,30 0,30

190 4,30 0,30

200 4,30 0,30

210 4,25 0,29

220 4,25 0,29

230 4,25 0,29

240 4,25 0,29

250 4,20 0,29

260 4,20 0,29

270 4,20 0,29

280 4,20 0,29

290 4,20 0,29

300 4,20 0,29

310 4,20 0,29

320 4,20 0,29

330 4,20 0,29

340 4,20 0,29

350 4,20 0,29

360 4,20 0,29

370 4,20 0,30

380 4,20 0,30

390 4,20 0,30

400 4,20 0,31

410 4,20 0,31

420 4,20 0,31

430 4,20 0,31

440 4,20 0,31

450 4,20 0,32

460 4,20 0,32

470 4,20 0,32

480 4,20 0,32

490 4,20 0,32

500 4,15 0,32

510 4,15 0,32

520 4,15 0,33

530 4,15 0,33

540 4,15 0,33

550 4,15 0,33

560 4,15 0,33

570 4,15 0,33

V y

i

11,

f t

t»m

«i

i #>

vl42

T'

J

u

fill

Время, с Масса, кг Давление, МПа

580 4,15 0,33

590 4,15 0,33

600 4,15 0,33

610 4,15 0,34

620 4,15 0,34

630 4,35 0,34

750 4,25 0,33

760 11,90 0,33

770 20,50 0,34

780 30,80 0,64

790 37,80 0,66

800 44,90 0,61

810 53,00 0,59

820 65,00 0,57

830 77,00 0,55

840 82,00 0,53

850 88,40 0,52

860 95,90 0,51

870 99,90 0,51

Температура жидкости на входе в бак, К 1 цикл - 90; 2 цикл - 87

Заполнение «сверху» теплого бака «ЭКИП» сжиженным природным газом с насосом по однолинейной схеме

Цель работы: заправить теплый бак ЭКИП сжиженным природным газом по однолинейной схеме.

После испытаний на жидком азоте на территории «Медвежьи озера» эксперименты проводились на сжиженном природном газе на территории АНГКС-1. Бак ЭКИП теплый и пустой.

Перед заполнением давление в расходном резервуаре подняли до 0,75 МПа. Давление за насосом 1,2 МПа. Насос работал только первый цикл. Сработал предохранительный клапан перед насосом, и было принято решение снизить давление в питающем резервуаре до 0,65 МПа, однако из-за уменьшения недогрева жидкости повторно запустить насос не удалось, чтобы осуществить заполнение методом передавливания давление в питающем резервуаре подняли до 0,85 МПа.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак. Таблица А9 - Данные по режиму заполнения теплого бака «ЭКИП» сжиженным природным газом. Давление за насосом 1,2 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 0 од

10 2,4 1,00391

20 2,2 1,107264

40 1,95 1,159564

120 1,75 0,651643

250 3,75 0,751251

270 4 0,806473

340 2,7 0,30858

410 2,5 0,218494

480 1,5 0,136262

570 3,6 0,653666

и/' ' )). »' 4\ 1 аа}'- <> "А* Л .V* <" " '¡V 'р. < >'<

/ (• 1 , I * >1 Т'Т > .1 I, , ( I , " 1

Время, с Масса, кг Давление, МПа

580 5,8 0,739289

590 7,65 0,797564

600 7,55 0,812986

780 5,6 0,146752

1220 8,7 0,766299

1230 15,3 0,748504

1240 21,1 0,740367

1250 30,3 0,43684

1260 37,6 0,755876

1270 45,6 0,765214

1280 53,4 0,771872

1290 60,1 0,772091

1300 66,1 0,783086

Температура жидкости на входе в бак, К 136

Заполнение «сверху» холодного бака ЭКИП сжиженным природным газом без насоса с закрытым дренажом

Цель работы: заправить холодный бак ЭКИП сжиженным природным газом без дренажа.

Бак ЭКИП находился на территории АНГКС-1. Перед заполнением проводилось заполнение бака с насосом по однолинейной схеме (см. протокол № 9) с последующим сбросом газа на свечу. Давление в расходном резервуаре 0,75 МПа. Бак ЭКИП холодный, остаток жидкости 3,8 кг.

Во время заполнения определялось давление, масса, накопленной жидкости в баке ЭКИП и температура азота на входе в бак. Таблица А10 - Данные по режиму заполнения бака ЭКИП сжиженным природным газом. Давление в расходном резервуаре 0,75 МПа.

Время, с Масса, кг Давление, МПа

0 3,8 0,45

10 7,4 0,55