[发明专利]一种长距离液氦输送储槽压力调控装置

说明书

本发明提供了一种长距离液氦输送储槽压力调控装置，属于液氦储运技术领域。装置包括液氦储槽、安全阀、球阀、单向节流阀、杜瓦罐、低温泵、温度控制器、压力控制器、液位控制器、流量计、节流缓冲管、毛细管节流主单元和分支单元组成，具备氦液循环、外部节流、内部节流、氦气和氦液回收、超压排放功能。氦液循环将储槽底部的低温氦液与上部流体换热以降低储槽温度和压力；外部节流和内部节流系统将部分漏热形成的压力能和低温泵提供的压力能转化为冷能，进一步降低储槽温度和压力。本发明克服了传统方法超压直接排放的问题，能够调控液氦储槽压力，降低氦气排放损耗，延长储槽储运周期，具有外部动力设备少、流程简单、维护要求低的优点。

技术领域

本发明属于液氦储运技术领域，尤其涉及一种长距离液氦输送储槽压力调控装置。

背景技术

氦是广泛应用于航空航天、国防军工、科研医疗、低温超导、海洋开发等重要领域的稀缺战略性资源。氦的储运方式包括气相与液相运输两种，而大规模气相运输的成本约为液相的3-4倍，因此国外普遍采用长距离液氦储槽运输方式。然而，液氦在常压下的温度低至4.2K，与环境温差接近300℃，尽管液氦储槽已经采取了极其严格的保冷措施，但在运输过程中仍不可避免地产生漏热问题。由于液氦的汽化潜热极小，其受热后极易气化，导致储槽内部压力不断升高，即出现自增压现象。一旦储槽内压力超过安全值时，就需要开启安全阀泄放高压氦气以保证储槽安全，而液氦储运时间越久也意味更多的排放损耗。例如，德国Linde公司的40m³液氦储槽，在设计充装率92％、环境温度20℃条件下的日蒸发率为1％，静置15天后将达到设计压力0.6MPa；若将压力从0.6MPa泄放至0.3MPa，共需排放约400kg的低温氦气，折合液氦3.2m³、标准状态下的气氦2200m³，这不仅浪费了珍稀的氦资源，还导致直接经济损失约64万元。因此，如何以长时间、低损耗的方式利用储槽安全、高效地输送液氦是国内外液氦储运技术领域面临的挑战和亟待解决的问题。

解决长距离输送过程液氦储槽的自增压和氦气排放损耗问题，实际上就是需要一种可靠的液氦储槽压力调控装置。现有液氦储槽的压力调控是依靠安全阀泄放储槽内的高压氦来实现的，除此外，尚未提出其他液氦储槽压力调控装置。在其他技术领域，可参考的低温介质储存设施的调压装置及特点包括：①主动制冷型装置，采用低温制冷机向贮箱内流体提供冷量来降低贮箱空间压力，尽管可以实现液氦长时间无损储存，但其制冷设备相对复杂、输入功耗大，增加了运输成本和维护要求。②低温膨胀制冷型装置，利用膨胀机将部分高压气体经过膨胀降压，然后再将膨胀所得的气体与剩余高压气体进行换热使其冷凝，应用于液氦储槽时仍面临氦气回收工艺及设备复杂、成本和维护要求增加的问题。③热力学排气型装置，通过贮箱内部的喷射搅动减弱低温介质的热分层，并通过牺牲一部分液相节流制冷以降低贮箱温度和压力，应用于液氦储槽时需不定期牺牲液氦才能实现储槽的长期降温、控压。总体而言，现有装置及方法未能很好地解决液氦储槽的压力调控问题，需提出一种新的装置以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明是为了解决长距离液氦输送储槽的自增压和氦气排放损耗问题而提出一种既能够调控液氦储槽压力又能降低氦气排放损耗、延长储槽储运周期的新装置；该装置具备氦液循环、外部节流、内部节流、氦气和氦液回收、超压排放功能，能够利用焦耳汤姆逊冷效应将一部分漏热产生的压力能和低温泵提供的压力能转化为冷能，同时削弱液氦储槽内部的热分层作用，减少液氦气化，从而有效降低液氦储运损失，具有外部动力设备少、流程简单、维护要求低的优点。

本发明所采用的技术方案是：