4. 1 絕熱性能
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目前工業(yè)化生產(chǎn)的低溫絕熱氣瓶多采用高真空多層絕熱的雙筒體結(jié)構(gòu),內(nèi)外筒體均為不銹鋼材料, 內(nèi)容器內(nèi)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:
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盡管如此,各種漏熱途徑中,通過(guò)頸管的漏的排放加注利用氣相空間位于液相空間上方,通過(guò)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(lái)排放低溫絕熱氣瓶?jī)?nèi)的氣體,
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低溫絕熱氣瓶?jī)?nèi)外筒之間的支撐件既具有足夠的強(qiáng)度, 又能經(jīng)受貯液受冷后收縮變形的考驗(yàn),且在移動(dòng)過(guò)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(jié)構(gòu)不固定。對(duì)于非固定端的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和固定端的應(yīng)力分析也是加強(qiáng)低溫絕熱氣瓶支撐性能的關(guān)鍵。
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隔熱層漏熱是指通過(guò)高真空多層的漏熱。為了維持夾層真空度,減小殘余氣體導(dǎo)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(duì)壓力應(yīng)不高于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(mǎn)多層絕熱材料,抽真空時(shí)面臨很多的技術(shù)難題,如氣體置換和材料放氣。有效提高抽真空工藝對(duì)保有理想的真空度至關(guān)重要。合適的抽真空工藝可以在抽真空過(guò)程中, 間斷地用干燥的高純氮和高純度的二氧化碳?xì)庵脫Q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(guò)程中提高加熱溫度
目前市場(chǎng)上先進(jìn)的175 L 低溫絕熱氣瓶的液氮日蒸發(fā)率可做到小于1. 9% 。日蒸發(fā)率是對(duì)低溫絕熱氣瓶絕熱性能綜合考量的重要指標(biāo),也代表了制造廠高真空多層制作工藝的先進(jìn)性。
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4. 2 支撐結(jié)構(gòu)
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大容積的罐車(chē)或罐式集裝箱多采用支撐管/柱和吊拉帶的支撐結(jié)構(gòu)。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(guò)頸管懸掛方式支撐內(nèi)筒體。被懸掛的內(nèi)筒體在移動(dòng)和運(yùn)輸過(guò)程中,容易發(fā)生擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn);低溫液體加注時(shí)的沖擊力也容易引起內(nèi)筒體的晃動(dòng)。最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在頸管與內(nèi)上封頭連接處。
而在臥式低溫絕熱氣瓶中,多采用軸向前后支撐結(jié)構(gòu)來(lái)固定內(nèi)筒體。在移動(dòng)或運(yùn)輸過(guò)程中,內(nèi)筒體容易發(fā)生振蕩現(xiàn)象;尤其對(duì)于滿(mǎn)液的臥式低溫絕熱氣瓶,由于裝載的低溫液體自重所引發(fā)的支撐臂的彎曲也不可被忽略。最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在頸管與內(nèi)前封
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除了無(wú)排放加注技術(shù)的研究成為低溫絕熱氣瓶的一大重要課題,有關(guān)低溫絕熱氣瓶的防超量單管加注也是一個(gè)新的研究方向。實(shí)現(xiàn)防超量加注對(duì)低溫絕熱氣瓶的無(wú)損儲(chǔ)存具有重要意義。
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4. 3 加注技術(shù)
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加注技術(shù)目前分排放加注和無(wú)排放加注。傳統(tǒng)的排放加注利用氣相間位于液相空間上方, 通過(guò)在氣相空間安裝排放閥來(lái)排放低溫絕熱氣瓶?jī)?nèi)的氣體, 以降低氣瓶?jī)?nèi)的壓力,加快加注速度。由于排放加注操作簡(jiǎn)單,控制方便,工程上多采用之。但排放加注也有其自身不足之處。排放加注中加注液體損耗量大,而許多低溫液體具有危險(xiǎn)性, 如液化天然氣(LNG) ,當(dāng)它一旦被加熱到環(huán)境溫度氣化,體積會(huì)增大到液體時(shí)的600 倍左右,而天然氣在空氣中的濃度達(dá)到5% -15% 時(shí)就是可燃的,因此即使少量的液體泄漏也會(huì)引起大量燃燒,可見(jiàn)排放加注對(duì)危險(xiǎn)品及有價(jià)值的介質(zhì)不適用。低溫絕熱氣瓶由于結(jié)構(gòu)尺寸小, 相對(duì)管徑都不大,所以在排放加注過(guò)程中極易產(chǎn)生刺耳噪音,污染工作環(huán)境,且加注時(shí)間長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間操作, 對(duì)操作人員危害很大。
鑒于傳統(tǒng)排放加注的種種不利因素,目前多家企業(yè)已開(kāi)始投入低溫絕熱氣瓶的無(wú)排放加注技術(shù)研究。以國(guó)內(nèi)為例,常州的查特中國(guó)推出了適用無(wú)排放加注的車(chē)載瓶系列低溫絕熱氣瓶產(chǎn)品,其加注時(shí)間短,約為常規(guī)排放加注時(shí)間的1 /4 。無(wú)排放加注能克服排放加注的多個(gè)不足之處,實(shí)現(xiàn)較高的充滿(mǎn)率和較短的加注時(shí)間,但存在較高的技術(shù)壁壘。目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于無(wú)排放加注技術(shù)的研究還處于起步階段,但其應(yīng)用和推廣是必然趨勢(shì)。
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除了無(wú)排放加注技術(shù)的研究成為低溫絕熱氣瓶的一大重要課題,有關(guān)低溫絕熱氣瓶的防超量單管加注也是一個(gè)新的研究方向。實(shí)現(xiàn)防超量加注對(duì)低溫絕熱氣瓶的無(wú)損儲(chǔ)存具有重要意義。
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4. 4 無(wú)損儲(chǔ)存
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由于低溫液體的沸點(diǎn)低,汽化潛熱小,獲得低溫液化氣體需要付出較大代價(jià)。因此低溫液體的有效貯運(yùn)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。尤其對(duì)于貴重氣體、高純氣體和有害氣體等液化氣體,為避免貯運(yùn)中的損耗以及因外部雜質(zhì)氣體的漏入而影響氣體的純度, 采用無(wú)損貯存方式是最為理想的。
由于低溫液體的溫度與環(huán)境溫度可相差120 K 以上,因此在其貯運(yùn)過(guò)程中對(duì)熱量的漏入極其敏感。隨著熱量的逐漸漏入,當(dāng)液體溫度高于容器內(nèi)壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí),液體會(huì)蒸發(fā)導(dǎo)致容器的壓力升高較快,當(dāng)壓力超過(guò)安全限定壓力,則安全閥起跳,大量?jī)?chǔ)存氣體被泄放。
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當(dāng)?shù)蜏亟^熱氣瓶在使用前需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸才能到達(dá)目的地時(shí),其無(wú)損儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響安全性。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)低溫液體無(wú)損貯運(yùn)時(shí)間、貯罐內(nèi)溫度和壓力上升過(guò)程,研究不同初始狀態(tài)下的低溫絕熱氣瓶的無(wú)損儲(chǔ)存時(shí)間及其影響因素也是低溫絕熱氣瓶的關(guān)鍵技術(shù)之一。
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5 總結(jié)與展望
對(duì)低溫絕熱氣瓶的應(yīng)用現(xiàn)狀以及目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)主流低溫絕熱氣瓶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型進(jìn)行了回顧和總結(jié)。隨著低溫液體在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色,可以預(yù)測(cè)低溫絕熱氣瓶將憑借其運(yùn)輸靈活、使用方便、性能可靠等多方面優(yōu)勢(shì),在國(guó)民生產(chǎn)中得到更為廣泛的應(yīng)用。