Расчет мембранного бака для отопления: Расчет объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Расширительные баки для отопления — рассчёт объёма воды при нагревании

• Техподдержка
• Статьи
• Архив
• Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

 

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Таблица 1

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К-1
5–10	0,53·10-4
10–20	1,50·10-4
20–40	3,02·10-4
40–60	4,58·10-4
60–80	5,87·10-4

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Таблица 2

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К-1	Увеличение объема, л
5–10	0,53·10–4	0,119
11–20	1,50·10–4	0,675
21–40	3,02·10–4	2,718
41–60	4,58·10–4	4,122
61–80	5,87·10-4	5,283
		Итого: 12,917 (2,87 %)

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10^-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10^-10 Па):

Δp = β_t • Δt / β_v, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Таблица 3

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К-1	Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10	0,53·10-4	5,41
11–20	1,50·10-4	30,61
21–40	3,02·10-4	123,26
41–60	4,58·10 -4	186,93
61–80	5,87·10-4	239,59
		Итого: 346,21

 

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (

рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Характеристика	Значение
Рабочая температура, °С	От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар	5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар	1,5
Материал корпуса	Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны	EPDM
Тип мембраны	Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет	25

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT. 495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

 

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Распечатать статью:
Расчет расширительного бака для отопления

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Установка расширительного бака, расчет мембранного расширительного бака

Монтаж расширительного мембранного бака

Монтаж расширительного мембранного бака производится в помещении с плюсовой температурой воздуха. Мембранный расширительный бак должен уставливаться в таком месте, чтобы обеспечить легкий доступ к осмотру бака, к воздушному клапану и запорно-регулирующей арматуре.

Установка расширительного бака должна быть выполнена следующим образом, чтобы он не подвергался дополнительной статической нагрузке и воздействию от труб и агрегатов.
Монтаж расширительного бака должен проводиться квалифицированными специалистами.
Установка мембранного бака возможно как вертикально, так и горизонтально (обычно эта информация указывается производителем).

Расчет мембранного расширительного бака производится по следующей формуле:

Vn = (Ve + Vv) * (Pe+1) / (Pe – Po),

где
Vn – номинальный объем расширительного бака.
Ve – объем, образующийся в результате теплового расширения.

Этот объем Ve рассчитывается как произведение полного объема системы на коэффициент расширения жидкости:

Ve = Vсист*n%.

Если объем системы Vсист неизвестен, то его величину можно достаточно точно определить исходя из мощности отопительного котла.
Примерный расчет определяется исходя из 1кВт = 15 литр.
Данный расчет предполагает использование воды в качестве теплоносителя.
Если вместо воды в систему заливается этиленгликолевый теплоноситель, то коэффициент расширения можно рассчитать по следующей формуле:
для 10% раствора этиленгликоля – 4% * 1,1 = 4,4%,
для 20% раствора этиленгликоля – 4% * 1,2 = 4,8%

Vv– водяной затвор – это объем теплоносителя, изначально образующийся в расширительном баке, в результате статического давления системы отопления.
Vv– водяной затвор для расширительных баков с номинальным объемом до 15 литров, следует принимать, как минимум, 20% от их номинального объема.
Для расширительных баков емкостью более 15 литров, как минимум, 0,5% от полного объема системы, но не менее 3- х литров.

Pо – предварительное давление – равно статическому давлению системы отопления (ее высоте) и определяется из расчета 1 атм = 10 метров водяного столба.
Pе – окончательное давление – образуется в результате работы предохранительного клапана.

Для предохранительных клапанов с давлением до 5 атм:
Pе = Pпред кл – 0,5 атм.
Для предохранительных клапанов с давлением больше 5атм:
Pе = Pпред кл – (Pпред кл * 10%)

Поскольку жидкости практически не сжимаются, то при тепловом расширении полностью заполненной закрытой системы отопления, возможно увеличение объема и аварийное увеличение давления.
В результате этого происходит срабатывание предохранительного клапана, и избыточная часть теплоносителя выльется наружу.

Расчет мембранного расширительного бака выполняется таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур избежать увеличения давления и срабатывания предохранительного клапана при тепловом расширении теплоносителя.

В нашей компании вы можете выбрать и купить расширительные мембранные баки различной емкостью.

расчет, установка, принцип работы

Содержание статьи:

• Назначение и особенности мембранных баков для отопления
• Типы мембранных баков
• Расчет мембранного бака
• Этапы установки бака
• Наконечники для мембранных резервуаров

Для любой закрытой системы отопления необходимо предусмотреть устройство для компенсации расширения теплоносителя. Это необходимо для сохранения целостности труб, радиаторов и теплообменника котла. Помимо стандартного воздухоотводчика необходимо монтировать мембранные баки для систем отопления: монтаж, расчет, принцип работы которых напрямую влияет на эффективность обогрева жилого дома.

Назначение и особенности мембранных баков для отопления

Конструкция мембранного бака

Для начала необходимо узнать функциональные качества этого устройства. При нагреве воды в трубах происходит естественное расширение и повышение давления. Если значение превышает нормализованное значение, необходим механизм стабилизации. Для этого предназначены мембранные баки для систем отопления, которые могут отличаться техническими и конструктивными характеристиками.

Представляют собой герметичный контейнер, разделенный на 2 зоны – водяную и воздушную камеры. Между ними расположена эластичная мембрана. Для подключения водопровода предусмотрена соответствующая труба, а в воздушной камере расположена система нагнетания давления. Принцип работы расширительного мембранного бака для системы отопления заключается в увеличении полезного объема в результате смещения эластичной мембраны в сторону воздушной камеры. Для этого подсоедините водопроводную трубу к трубе отопления, а в воздушной камере создайте давление, значение которого не должно превышать номинального значения для системы отопления.

Установка мембранного бака в системе отопления имеет следующие преимущества:

• Автоматическая стабилизация критического расширения теплоносителя;
• Отсутствие потерь воды на испарение;
• Возможность установки как для системы с дистиллированной водой, так и с антифризом;
• Простая установка и замена мембраны по истечении срока ее службы.

Но как выбрать мембранный бак для отопления, принцип работы которого так прост? Для этого сначала нужно ознакомиться с его разновидностями.

Мембранный бак для отопления по принципу работы аналогичен аналогичному для водопровода. Но конструкция последнего не рассчитана на высокие температуры. Производители обозначают их синим цветом, а нагрев – красным.

Типы мембранных баков

Расширительный бак с фиксированной мембраной

На первый взгляд конструкция устройства довольно проста. Однако для различных систем отопления со специфическими техническими характеристиками следует подобрать правильную модель мембранного расширительного бака для отопления. Рассмотрим самые популярные модели, которые можно устанавливать как в бытовых, так и в промышленных системах.

Стационарный бак

Их особенность в том, что мембранный бак для отопления по инструкции не разборный. те. эластичная мембрана не может быть демонтирована и заменена новой. Несмотря на этот, казалось бы, недостаток, у этих моделей есть одно существенное преимущество – доступная стоимость. Именно поэтому их устанавливают для небольших систем отопления с относительно стабильным давлением в трубах. Зачастую расчет мембранного бака для отопления предполагает постоянный показатель давления в воздушной камере, который производитель указывает дополнительно. Но если существует вероятность превышения критического показателя расширения теплоносителя, необходимо установить другой тип конструкции.

Сменная мембрана фланцевая

Расширительный бак со сменной мембраной

Для установки новой мембраны в конструкции предусмотрен фланец, на который она устанавливается. Таким образом, можно регулировать объем мембранного бака для обогрева, устанавливать эластичные примочки с разными показателями эластичности. Подобные модели монтируются для систем отопления с большой вероятностью избыточного давления в трубах. В первую очередь это касается твердотопливных котлов, где нет возможности быстро регулировать уровень нагрева воды. Резервуары могут быть выполнены горизонтального и вертикального типа. Для замены мембраны необходимо снять фланец, демонтировать старый и установить на его место новый. Самый популярный производитель таких моделей – мембранный бак для отопления Wester, который можно встретить как в небольшом частном доме, так и в системе отопления производственного цеха.

Полезный объем мембранного нагревательного бака зависит от его формы. Для больших систем лучше всего выбирать цилиндрические конструкции, а для отопления с небольшой длиной трубы оптимальны будут плоские модели.

Расчет мембранного бака

Однако выбор конструкции – не единственный параметр мембранных баков для системы отопления. Важной величиной является объем в одной камере, а именно ее коэффициент заполнения. Правильный расчет мембранного бака для отопления невозможен без следующих параметров:

• Общий объем теплоносителя в системе С. Как известно из школьного курса физики, при повышении температуры на каждые 10 градусов жидкость увеличивается на 0,3%. Именно это в первую очередь повлияет на объем бака;
• Максимальное и минимальное значения давления в системе. Часто критическое значение не превышает 5 атм;
• Коэффициент заполнения (CAP). Это напрямую зависит от показателей давления в трубах. В таблице можно найти нужное значение для конкретного мембранного бака. В инструкции производитель указывает номинальное значение коэффициента заполнения.

Таблица коэффициентов заполнения

Следует также учитывать коэффициент расширения для воды E, равный 0,034 при 85 °C. Далее расчет производится по формуле. Предположим, что общий объем системы отопления 410 литров, минимальное давление 1 атм, максимальное 3,5 атм. Тогда коэффициент заполнения будет равен 0,55, а полезный объем бака равен.

Это оптимальное расчетное значение объема мембранного бака для отопления. При необходимости его можно изменить в сторону увеличения, но не более чем на 15%.

Точный расчет объема мембранного бака для отопления рекомендуется проводить только после ознакомления с инструкцией производителя. В нем указаны все необходимые данные для расчетов, а также возможные ошибки и отклонения.

Этапы установки бака

Схема подключения мембранного бака

Для квалифицированной установки мембранного бака в систему отопления необходимо, чтобы помещение соответствовало условиям эксплуатации. Температура в нем не должна опускаться ниже 0 градусов при стабильном показателе влажности. Необходимо определить место установки, так как для системы характерны перепады давления при ее запуске. Поэтому не рекомендуется устанавливать расширительные мембранные баки для отопления сразу после котла на выходной патрубок.

Следующим критерием является отсутствие турбулентности потока воды, которая может имитировать избыточное давление. Мембранные баки для систем отопления лучше всего монтировать на обратке перед циркуляционным насосом. Технология монтажа состоит из следующих этапов:

• Врезка в трубопровод. Обычно диаметр патрубка расширительного бачка составляет 3/4. Поэтому в обратке нужно установить соответствующий канал с резьбой;
• Установке не должны мешать объекты или элементы системы. Исключается внешняя механическая нагрузка на бак;
• В качестве прокладок лучше всего использовать паронитовые модели, так как они хорошо выдерживают давление и высокие температуры;
• Мембранный расширительный бак для отопления должен быть оборудован воздушным клапаном. Необходимо стабилизировать и отрегулировать давление в воздушной камере.

При каждом запуске закрытой системы отопления на мембрану будет воздействовать повышенный показатель давления. Поэтому рекомендуется проверять состояние не реже одного раза в 2 года и при необходимости заменять его.

Это типовая схема монтажа, не учитывающая особенностей конкретной системы отопления и составляющих ее элементов. При монтаже следует избегать частых ошибок, которые могут привести к неправильному функционированию мембранных баков для систем отопления. Прежде всего, установка максимального давления в воздушной камере. Она должна быть меньше расчетной критической на 10-15%. В противном случае мембрана не будет расширяться в сторону камеры, что приведет к разрыву труб и выходу из строя радиаторов. Чтобы этого избежать, необходимо установить манометр, который рекомендует фирма Вестер, чьи мембранные баки для отопления отличаются высокой надежностью.

Для установки мембранного бака в систему отопления необходимо убедиться, что в котле нет бака отопления. Если его объема по расчетам недостаточно, можно смонтировать дополнительный бак.

Наконечники мембранного бака

В первую очередь необходимо определиться с конструкцией мембранного расширительного бака, предназначенного для отопления. Если критических скачков давления не предвидится, общий объем теплоносителя небольшой – можно выбрать недорогую модель стационарного типа. Во всех остальных случаях для сборно-разборных систем отопления нужны мембранные баки, так как менять эластичную мембрану намного дешевле, чем всю конструкцию. Кроме того, при выборе следует учитывать следующие факторы:

• Толщина металлического корпуса. Он должен быть не менее 1 мм;
• Защитное внутреннее и внешнее покрытие. Так как все мембранные баки, предназначенные для систем отопления, выполнены из металла – коррозионные процессы не должны сказаться на их целостности;
• Снижение теплопотерь за счет дополнительного изолирующего слоя. Относительно большой объем водяной камеры может негативно сказаться на снижении температуры воды в трубах. Если в конструкции не предусмотрен теплоизоляционный слой – его можно сделать самостоятельно, используя вспененный полиэтилен или аналогичный материал;
• Обратите внимание на дизайн. По инструкции мембранный бак для отопления может быть горизонтального или вертикального типа. Установка в другом положении запрещена.

И самое главное, покупать модели должны только проверенные производители. К ним относятся расширительные баки для отопления фирмы Wester. Наряду с этим хорошими показателями качества отличаются продукция Zilmet (Италия), Aquasystem (Италия) и Sprut (Китай). Их средняя стоимость составляет от 2 до 5 тысяч рублей в зависимости от объема.

Несмотря на хорошие эксплуатационные характеристики, кроме расширительных мембранных бачков системы отопления установлен сливной предохранительный клапан. Если значение давления в трубах превышает критическое значение даже для расширительного бака, клапан удалит лишнюю воду.

На видео показан еще один способ расчета объема расширительного бака:

Свойства мембранных резервуаров для перевозки грузов СПГ на судах

СПГ в качестве топлива в настоящее время является проверенным и доступным решением для судоходной отрасли. В то время как обычное топливо на нефтяной основе остается основным топливом для большинства существующих судов в ближайшем будущем, коммерческие возможности СПГ интересны для многих новых проектов по строительству и конверсии.

СПГ (сжиженный природный газ) представляет собой природный газ (например, метан) в жидкой форме и считается самым чистым горючим топливом. Он сравнительно доступен в изобилии и относительно недорог. Согласно последнему отчету, Соединенные Штаты лидируют по использованию СПГ: 76% домов в США используют СПГ в качестве топлива для отопления.

Свойства СПГ

Как обсуждалось ранее, СПГ представляет собой жидкую форму природного газа, сконденсированного при -160°C при атмосферном давлении.

В отличие от природного газа (КПГ), СПГ сжимается в жидкость для транспортировки, поскольку газ занимает больше места. Транспортировка СПГ (сжатого природного газа) использует закон Бойля (при постоянной температуре и массе давление обратно пропорционально объему), чтобы занимать меньше места по сравнению с природным газом, но все же отстает от СПГ.

Например, возьмем по 1000 кг СПГ и СПГ. Давайте построим бак для любого из этих видов топлива и сравним минимальную емкость бака, необходимую для их размещения.

Плотность СПГ 450 кг/м ³ (прибл.) при -160°С (атм. давление)

Плотность СПГ 194 кг/м ³ (прибл.) при 30°С (250 бар) )

Кроме того, резервуары для СПГ подвергаются высокому давлению (более 200 бар), поэтому резервуары (также связанные с ними трубопроводы) должны соответствовать правилам проектирования сосудов высокого давления и всем правилам техники безопасности для сосудов высокого давления. Это дает перевозчикам СПГ преимущество перед перевозчиками КПГ с точки зрения экономичности и безопасности.

Типы грузовых цистерн для СПГ

Цистерны для СПГ изготавливаются с учетом различных свойств сжиженного природного газа, как указано в предыдущем параграфе. Существует три основных типа систем удержания СПГ, используемых на судах:

1. Мембранный тип

2. Тип MOSS

3. Призматический тип

Система удержания мембранного типа дополнительно классифицируется следующим образом:

грузовых танков мембранного типа – Газтранспорт и Техгаз.)

1. Mark-III

Mark-III изначально был разработан Technigaz. Он состоял из: Первичная мембрана: нержавеющая сталь (304L), толщина 1,2 мм, гофрированная, вторичная мембрана: триплекс, изоляция: пенополиуретан толщиной 160 мм, армированный стекловолокном. (Толщина изоляции основана на допустимой скорости выкипания (B.O.R).)

2.GT-96

GT-96 изначально был разработан «Газтранспортом». При этом как первичная, так и вторичная мембраны выполнены из инвара (толщиной 0,7 мм). Первичная и вторичная изоляция представляет собой фанерные ящики, заполненные перлитом.

3.CS-1

Компания GTT разработала CS-1, представляющий собой комбинацию Mark-III и GT-96.

Здесь первичная мембрана из инвара, а вторичная мембрана из триплекса.

Выбор материала

Интересно знать, что для этой мембраны используется нержавеющая сталь, а не углеродистая сталь. При этом толщина мембраны намного меньше (Марк III – нержавейка 1,2 мм, ГТ-96 – инвар 0,7 мм). Это связано с тем, что материалы ведут себя по-разному при разных температурах. Характеристики материала меняются при значительном изменении температуры. Самое главное, энергия удара материала значительно снижается при криогенной температуре. Здесь следует отметить температуру вязкого к хрупкому переходу (DBTT).

Температура перехода от пластичности к хрупкости

Материалы при очень низких температурах демонстрируют переход от пластичности к хрупкости, также известный как переход нулевой пластичности (НДТ), т.е. материал теряет свою пластичность на этой стадии.

Пластичные материалы деформируются до разрушения. Проще говоря, они подают предупреждающий знак, прежде чем выйти из строя, в то время как хрупкий материал выходит из строя, не подавая предупреждающего знака, демонстрируя катастрофический отказ (например, стекло).

Для системы удержания груза СПГ важно отметить, что материал мембраны, которая находится в контакте с грузом, должен иметь очень низкую температуру перехода от пластичности к хрупкости (DBTT).

Кристаллическая структура

Характеристики материала, используемого для изготовления, определяются кристаллической структурой, отражающей расположение атомов. Материал с гранецентрированной кубической структурой (например, аустенитная нержавеющая сталь, инвар) не демонстрирует перехода от пластичности к хрупкости, в то время как материал с объемно-центрированной кубической структурой (углеродистая сталь) имеет очень высокое значение DBTT.

Объемно-центрированная кубическая структураЛицецентрированная кубическая структура

Почему металлы FCC обладают высокой пластичностью?

Металлы FCC обладают высокой пластичностью благодаря концепции, называемой системой скольжения. Плоскости скольжения – это направление, в котором кристаллографическая плоскость смещается. Материалу с высокой атомной плотностью легче скользить друг относительно друга и вызывать пластическую деформацию; тогда как, с другой стороны, BCC требует очень большого напряжения сдвига для деформации, поскольку они неплотно упакованы, и поэтому эти материалы разрушаются до того, как они деформируются.

Это аналогично падению велосипедов на парковке. Например, на стоянке, если велосипеды плотно упакованы (припаркованы), требуется лишь небольшое усилие, чтобы многочисленные велосипеды упали, точно так же, поскольку атомы плотно упакованы в металле FCC, они имеют тенденцию деформироваться, а затем разрушаться.

Теплопередача

Другим важным фактором, который принимается во внимание при выборе материала для изготовления грузового танка СПГ, являются характеристики теплопередачи материала. Теплопередача обычно связана со свойствами и толщиной материала. Чем толще изоляция, тем меньше теплопередача.

Для оценки теплопередачи от А к В мы используем закон проводимости Фурье.

Q=k A ΔT/t

Где Q — скорость теплопередачи, K — коэффициент теплопроводности, ΔT — изменение температуры, t — толщина.

Из приведенного выше уравнения видно, что скорость теплопередачи уменьшается с увеличением толщины.

Изоляция защищает резервуар от внешнего тепла и, следовательно, снижает выкипание (испарение СПГ).

Иногда изоляция конструируется таким образом, чтобы обеспечить выкипание определенного количества, которое затем используется в качестве топлива.

Отходящий газ

Эта особая характеристика СПГ также учитывается при выборе материала для конструкции резервуара, как было сказано ранее. Толщина изоляции зависит от допустимой скорости выкипания (B.O.R).

СПГ очень летуч, очень легко испаряется. Следующее сравнение воды и СПГ объясняет, насколько легко испарить СПГ.

Вышеприведенное сравнение объясняет, насколько легко СПГ испаряется

Два основных возможных способа образования отпарного газа:

1) Подвод тепла

2) Выплескивание

Управление отстойниками очень важно, так как они влияют на стоимость из-за потери груза и безопасность системы (они увеличивают давление в резервуаре).

Отходящий газ в качестве топлива (блок-схема)

Конструкция резервуара для СПГ

Наиболее распространенными методами сварки, используемыми в конструкции резервуара для СПГ, являются сварка TIG и плазменная сварка.

Плазменная сварка имеет небольшое преимущество перед сваркой TIG из-за более высокой скорости сварки. Это повышает производительность.

Качество сварного шва подтверждается визуальным осмотром и проверкой окраски (стандарт ASTM 165).

Приварка листа мембраны:

Листы мембраны – Стальные уголки : Листы мембраны толщиной 1,2 мм привариваются к стальным уголкам толщиной 8 мм. Перед полной непрерывной сваркой выполняется предварительная прихватка для позиционирования листа мембраны.

Аналогичный принцип осуществляется при сварке листа мембраны внахлест с листом мембраны.

По классу (ABS) шаг прихватки должен быть 50-70 мм.

При прерывистой сварке лист мембраны соединяется с анкерными планками.

Важно отметить, что на фиксирующих заклепках не должно быть сварки.

Прерывистая сварка -Источник: ABS

Эти фиксирующие заклепки сделаны из алюминия, и растворение алюминия может привести к поломке.

Дефекты сварки и методы ремонта, как описано в ABS

1) Нахлест/чрезмерная выпуклость сварного шва: удалить лишний металл сварного шва

2) Чрезмерная вогнутость / кратеры / подрезы: Подготовить поверхность и переплавить сварной шов с присадочным металлом или без него

3) Неполное проваривание: Зашлифовать недопустимый участок и сварить заново

Приемлемые критерии:

1) Ширина сварного шва: 3 мм<= 4,8 мм

2)Зазор перед сваркой: 0,3 мм

3)Окисление с обратной стороны: Плоская часть:10 мм, гофр:20 мм,

4)Сварной шов:>0,8 мм

Приклеивание панели к внутреннему корпусу: Эпоксидная мастика (смесь смолы и отвердителя) прикрепляет панель к внутреннему корпусу. Упругое поведение эпоксидной мастики компенсирует местный прогиб корпуса.

Триплексное соединение: Герметичность вторичного барьера зависит от тройного соединения. Эпоксидный клей обеспечивает приклеивание к панели (520 г/м ² ).

Испытание резервуара на герметичность:

Испытание на утечку гелием

В этом испытании гелий вводят в изоляционный слой и подвергают избыточному давлению. На контролируемый сварочный шов помещают вакуумную камеру (вытяжку). Роль колпака состоит в том, чтобы всасывать утечку гелия. Детектор собирает все ионы гелия, где сила сигнала затем преобразуется в скорость утечки.

Испытание на герметичность вторичного барьера – испытание на разложение в вакууме

N ₂ или Сухой воздух используется при испытании на разложение под вакуумом. Перед началом фактического тестирования проводится предварительный тест, чтобы убедиться, что система работает правильно.

Между первичным и вторичным пространством создается разница давлений. В первичном пространстве поддерживается атмосферное давление, тогда как во вторичном пространстве давление около -500 мбар. Повышение давления отслеживается в течение определенного периода времени (обычно 12 часов) и строится кривая спада вакуума.

Как оценивается целостность?

Целостность оценивается на основе нормализованной площади пористости (NPA). В правилах указано

NPA<=0,85 см ² .

NPA = (1,210 x 10 ^-3 V _IS )/(A _SB X ΔT)

A _{SB ΔT). вторичного барьера}

Δt-время от -400 мбар до -300 мбар

Кривая распада вакуума

Тип системы удержания, используемой для перевозки грузов, зависит от нескольких факторов, таких как тип груза, возможные воздействия на конструкцию, способы их устранения и т. д.

Вам слово..

Вы знаете еще пункты системы герметизации мембранного типа, которые можно добавить в статью? Дайте знать в комментариях ниже.