國內外低溫絕熱氣瓶(焊接絕熱氣瓶)關鍵技術
國內外低溫絕熱氣瓶(焊接絕熱氣瓶)關鍵技術
4. 1 絕熱性能
目前工業化生產的低溫絕熱氣瓶多采用高真空多層絕熱的雙筒體結構,內外筒體均為不銹鋼材料, 內容器內盛裝LN2 、LO2 、LAr 、LNG 等液化氣體。
典型低溫絕熱氣瓶的總漏熱由4部分組成:
儘管如此,各種漏熱途徑中,通過頸管的漏的排放加註利用氣相空間位於液相空間上方,通過在熱量仍占到總漏熱量的50% 以上。這就要求在保證氣相空間安裝排放閥來排放低溫絕熱氣瓶內的氣體,低溫絕熱氣瓶內外筒之間的支撐件既具有足夠的強度, 又能經受貯液受冷後收縮變形的考驗,且在移動過程中還要承受一定的慣性載荷。通常一端固定,另一端支撐結構不固定。對於非固定端的結構創新和固定端的應力分析也是加強低溫絕熱氣瓶支撐性能的關鍵。
隔熱層漏熱是指通過高真空多層的漏熱。為了維持夾層真空度,減小殘餘氣體導熱,通常在夾層中放入少許匹配的低溫吸附劑。使用溫度下夾層絕對壓力應不高於5 ×10 -2 Pa 。低溫絕熱氣瓶真空夾層間距小,一般情況下均包裹滿多層絕熱材料,抽真空時面臨很多的技術難題,如氣體置換和材料放氣。有效提高抽真空工藝對保有理想的真空度至關重要。合適的抽真空工藝可以在抽真空過程中, 間斷地用乾燥的高純氮和高純度的二氧化碳氣置換沖洗夾層, 以有效置換出夾層中的難抽氣體;其次, 在抽真空過程中提高加熱溫度
目前市場上先進的175 L 低溫絕熱氣瓶的液氮日蒸發率可做到小於1. 9% 。日蒸發率是對低溫絕熱氣瓶絕熱性能綜合考量的重要指標,也代表了製造廠高真空多層製作工藝的先進性。
4. 2 支撐結構
大容積的罐車或罐式集裝箱多采用支撐管/柱和吊拉帶的支撐結構。而低溫絕熱氣瓶則不同。在立式低溫絕熱氣瓶中,目前主要通過頸管懸掛方式支撐內筒體。被懸掛的內筒體在移動和運輸過程中,容易發生擺動和旋轉;低溫液體加註時的衝擊力也容易引起內筒體的晃動。最大應力主要出現在頸管與內上封頭連接處。
而在臥式低溫絕熱氣瓶中,多采用軸向前後支撐結構來固定內筒體。在移動或運輸過程中,內筒體容易發生振盪現象;尤其對於滿液的臥式低溫絕熱氣瓶,由於裝載的低溫液體自重所引發的支撐臂的彎曲也不可被忽略。最大應力主要出現在頸管與內前封
除了無排放加註技術的研究成為低溫絕熱氣瓶的一大重要課題,有關低溫絕熱氣瓶的防超量單管加註也是一個新的研究方向。實現防超量加註對低溫絕熱氣瓶的無損儲存具有重要意義。
4. 3 加註技術
加註技術目前分排放加註和無排放加註。傳統的排放加註利用氣相間位於液相空間上方, 通過在氣相空間安裝排放閥來排放低溫絕熱氣瓶內的氣體, 以降低氣瓶內的壓力,加快加註速度。由於排放加註操作簡單,控制方便,工程上多采用之。但排放加註也有其自身不足之處。排放加註中加註液體損耗量大,而許多低溫液體具有危險性, 如液化天然氣(LNG) ,當它一旦被加熱到環境溫度氣化,體積會增大到液體時的600 倍左右,而天然氣在空氣中的濃度達到5% -15% 時就是可燃的,因此即使少量的液體洩漏也會引起大量燃燒,可見排放加註對危險品及有價值的介質不適用。低溫絕熱氣瓶由於結構尺寸小, 相對管徑都不大,所以在排放加註過程中極易產生刺耳噪音,污染工作環境,且加註時間長。長時間操作, 對操作人員危害很大。
鑑於傳統排放加註的種種不利因素,目前多家企業已開始投入低溫絕熱氣瓶的無排放加註技術研究。以國內為例,常州的查特中國推出了適用無排放加註的車載瓶系列低溫絕熱氣瓶產品,其加註時間短,約為常規排放加註時間的1 /4 。無排放加註能克服排放加註的多個不足之處,實現較高的充滿率和較短的加註時間,但存在較高的技術壁壘。目前,國內關於無排放加註技術的研究還處於起步階段,但其應用和推廣是必然趨勢。
除了無排放加註技術的研究成為低溫絕熱氣瓶的一大重要課題,有關低溫絕熱氣瓶的防超量單管加註也是一個新的研究方向。實現防超量加註對低溫絕熱氣瓶的無損儲存具有重要意義。
4. 4 無損儲存
由於低溫液體的沸點低,汽化潛熱小,獲得低溫液化氣體需要付出較大代價。因此低溫液體的有效貯運具有重要的經濟價值。尤其對於貴重氣體、高純氣體和有害氣體等液化氣體,為避免貯運中的損耗以及因外部雜質氣體的漏入而影響氣體的純度, 採用無損貯存方式是最為理想的。
由於低溫液體的溫度與環境溫度可相差120 K 以上,因此在其貯運過程中對熱量的漏入極其敏感。隨著熱量的逐漸漏入,當液體溫度高於容器內壓力所對應的飽和溫度時,液體會蒸發導致容器的壓力升高較快,當壓力超過安全限定壓力,則安全閥起跳,大量儲存氣體被洩放。
當低溫絕熱氣瓶在使用前需要經過長時間運輸才能到達目的地時,其無損儲存時間的長短直接影響安全性。準確預測低溫液體無損貯運時間、貯罐內溫度和壓力上升過程,研究不同初始狀態下的低溫絕熱氣瓶的無損儲存時間及其影響因素也是低溫絕熱氣瓶的關鍵技術之一。
5 總結與展望
對低溫絕熱氣瓶的應用現狀以及目前國內外市場主流低溫絕熱氣瓶產品的結構和類型進行了回顧和總結。隨著低溫液體在國民經濟領域扮演越來越重要的角色,可以預測低溫絕熱氣瓶將憑藉其運輸靈活、使用方便、性能可靠等多方面優勢,在國民生產中得到更為廣泛的應用。