上海 国内外低温绝热气瓶(焊接绝热气瓶)关键技术
国内外低温绝热气瓶(焊接绝热气瓶)关键技术
4. 1 绝热性能
目前工业化生产的低温绝热气瓶多采用高真空多层绝热的双筒体结构,内外筒体均为不锈钢材料, 内容器内盛装LN2 、LO2 、LAr 、LNG 等液化气体。
典型低温绝热气瓶的总漏热由4部分组成:
尽管如此,各种漏热途径中,通过颈管的漏的排放加注利用气相空间位于液相空间上方,通过在热量仍占到总漏热量的50% 以上。这就要求在保证气相空间安装排放阀来排放低温绝热气瓶内的气体,低温绝热气瓶内外筒之间的支撑件既具有足够的强度, 又能经受贮液受冷后收缩变形的考验,且在移动过程中还要承受一定的惯性载荷。通常一端固定,另一端支撑结构不固定。对于非固定端的结构创新和固定端的应力分析也是加强低温绝热气瓶支撑性能的关键。
隔热层漏热是指通过高真空多层的漏热。为了维持夹层真空度,减小残余气体导热,通常在夹层中放入少许匹配的低温吸附剂。使用温度下夹层绝对压力应不高于5 ×10 -2 Pa 。低温绝热气瓶真空夹层间距小,一般情况下均包裹满多层绝热材料,抽真空时面临很多的技术难题,如气体置换和材料放气。有效提高抽真空工艺对保有理想的真空度至关重要。合适的抽真空工艺可以在抽真空过程中, 间断地用干燥的高纯氮和高纯度的二氧化碳气置换冲洗夹层, 以有效置换出夹层中的难抽气体;其次, 在抽真空过程中提高加热温度
目前市场上先进的175 L 低温绝热气瓶的液氮日蒸发率可做到小于1. 9% 。日蒸发率是对低温绝热气瓶绝热性能综合考量的重要指标,也代表了制造厂高真空多层制作工艺的先进性。
4. 2 支撑结构
大容积的罐车或罐式集装箱多采用支撑管/柱和吊拉带的支撑结构。而低温绝热气瓶则不同。在立式低温绝热气瓶中,目前主要通过颈管悬挂方式支撑内筒体。被悬挂的内筒体在移动和运输过程中,容易发生摆动和旋转;低温液体加注时的冲击力也容易引起内筒体的晃动。最大应力主要出现在颈管与内上封头连接处。
而在卧式低温绝热气瓶中,多采用轴向前后支撑结构来固定内筒体。在移动或运输过程中,内筒体容易发生振荡现象;尤其对于满液的卧式低温绝热气瓶,由于装载的低温液体自重所引发的支撑臂的弯曲也不可被忽略。最大应力主要出现在颈管与内前封
除了无排放加注技术的研究成为低温绝热气瓶的一大重要课题,有关低温绝热气瓶的防超量单管加注也是一个新的研究方向。实现防超量加注对低温绝热气瓶的无损储存具有重要意义。
4. 3 加注技术
加注技术目前分排放加注和无排放加注。传统的排放加注利用气相间位于液相空间上方, 通过在气相空间安装排放阀来排放低温绝热气瓶内的气体, 以降低气瓶内的压力,加快加注速度。由于排放加注操作简单,控制方便,工程上多采用之。但排放加注也有其自身不足之处。排放加注中加注液体损耗量大,而许多低温液体具有危险性, 如液化天然气(LNG) ,当它一旦被加热到环境温度气化,体积会增大到液体时的600 倍左右,而天然气在空气中的浓度达到5% -15% 时就是可燃的,因此即使少量的液体泄漏也会引起大量燃烧,可见排放加注对危险品及有价值的介质不适用。低温绝热气瓶由于结构尺寸小, 相对管径都不大,所以在排放加注过程中极易产生刺耳噪音,污染工作环境,且加注时间长。长时间操作, 对操作人员危害很大。
鉴于传统排放加注的种种不利因素,目前多家企业已开始投入低温绝热气瓶的无排放加注技术研究。以国内为例,常州的查特中国推出了适用无排放加注的车载瓶系列低温绝热气瓶产品,其加注时间短,约为常规排放加注时间的1 /4 。无排放加注能克服排放加注的多个不足之处,实现较高的充满率和较短的加注时间,但存在较高的技术壁垒。目前,国内关于无排放加注技术的研究还处于起步阶段,但其应用和推广是必然趋势。
除了无排放加注技术的研究成为低温绝热气瓶的一大重要课题,有关低温绝热气瓶的防超量单管加注也是一个新的研究方向。实现防超量加注对低温绝热气瓶的无损储存具有重要意义。
4. 4 无损储存
由于低温液体的沸点低,汽化潜热小,获得低温液化气体需要付出较大代价。因此低温液体的有效贮运具有重要的经济价值。尤其对于贵重气体、高纯气体和有害气体等液化气体,为避免贮运中的损耗以及因外部杂质气体的漏入而影响气体的纯度, 采用无损贮存方式是最为理想的。
由于低温液体的温度与环境温度可相差120 K 以上,因此在其贮运过程中对热量的漏入极其敏感。随着热量的逐渐漏入,当液体温度高于容器内压力所对应的饱和温度时,液体会蒸发导致容器的压力升高较快,当压力超过安全限定压力,则安全阀起跳,大量储存气体被泄放。
当低温绝热气瓶在使用前需要经过长时间运输才能到达目的地时,其无损储存时间的长短直接影响安全性。准确预测低温液体无损贮运时间、贮罐内温度和压力上升过程,研究不同初始状态下的低温绝热气瓶的无损储存时间及其影响因素也是低温绝热气瓶的关键技术之一。
5 总结与展望
对低温绝热气瓶的应用现状以及目前国内外市场主流低温绝热气瓶产品的结构和类型进行了回顾和总结。随着低温液体在国民经济领域扮演越来越重要的角色,可以预测低温绝热气瓶将凭藉其运输灵活、使用方便、性能可靠等多方面优势,在国民生产中得到更为广泛的应用。