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低溫液體槽車容器
低溫容器是貯存與運(yùn)輸?shù)蜏匾后w的設(shè)備的統(tǒng)稱。習(xí)慣上又分成小型杜瓦瓶,貯槽,槽車、槽船等。在工業(yè)上貯運(yùn)的液化氣體有液化天然氣、液氧、、、液氦以及液氟等。
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中文名
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低溫容器
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外文名
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cryogenic vessel
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學(xué) 科
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機(jī)械工程
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作 用
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儲(chǔ)運(yùn)低溫液體
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設(shè)計(jì)要點(diǎn)
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絕熱形式、形狀和尺寸
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分 類
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固定式及運(yùn)輸式
目錄
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1 分類及應(yīng)用
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2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
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? 形狀和尺寸
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? 絕熱型式
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? 材料及結(jié)構(gòu)
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? 管道布置
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? 逃逸氣體回收
低溫液體的貯運(yùn)容器(簡稱低溫容器)通常是以所貯存或運(yùn)輸?shù)囊夯瘹怏w命名。在工業(yè)上貯運(yùn)的液化氣體有液化天然氣、液氧、、、液氦以及液氟等。
低溫容器按其絕熱的方法可以分為:
(1)普通絕熱結(jié)構(gòu)的容器,這種容器用于液化天然氣的貯運(yùn)及大量的液氧、的貯運(yùn)。
(2)高真空絕熱容器,這種容器一般僅做成小型,只用于液氧、及液氬的貯運(yùn)。
(3)真空粉末絕熱及真空纖維絕熱容器,這種容器可用于液氧、及的貯運(yùn)。
(4)真空多層絕熱容器以及帶屏或傳導(dǎo)屏的容器,用于及液氦的貯運(yùn),特別是液氦容器一般多帶有保護(hù)屏。上述后三種容器通常稱為杜瓦容器。杜瓦容器是由同心裝置的兩層或多層金屬殼構(gòu)成,最內(nèi)層的稱為內(nèi)膽,它是用來存放低溫液體,最外層的稱為外殼。內(nèi)膽與外殼之間即為絕熱夾層,內(nèi)裝絕熱材料,或者再裝入保護(hù)屏。除上述四種低溫容器之外,對于液化天然氣還可采用地下貯槽。地下貯槽可以采用混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)部加絕熱結(jié)構(gòu);也可以用凍土法將貯槽的周圍土壤凍結(jié)成一個(gè)絕熱殼體。地下貯槽的優(yōu)點(diǎn)是安全性好,經(jīng)濟(jì)性好,且可提高土地的利用率。
低溫容器可以分為固定式及運(yùn)輸式兩種,前者是為了貯存,后者用于運(yùn)輸。運(yùn)輸式容器有陸運(yùn)、水運(yùn)與空運(yùn)之分。陸運(yùn)容器與運(yùn)輸工具結(jié)合在一起稱為槽車,它有拖車(用汽車或電車牽引)及鐵路槽車兩種。
低溫容器按其工作壓力可分為兩類:一類是在接近大氣壓的壓力下工作,稱為低壓容器(或敞開式容器);一類是在1.5~3.0MPa的壓力下工作,稱為高壓容器。低壓容器用于一般的貯存和運(yùn)輸;高壓容器則是設(shè)置于消費(fèi)中心,通過管網(wǎng)向用戶供給低溫液體,或者經(jīng)汽化后供給氣體。無論供給液體或氣體,管網(wǎng)中需保持規(guī)定的最低壓力。
形狀和尺寸
低溫容器一般多做成球形或者圓筒形,當(dāng)然也可以做成其他形狀(如圓錐形),但較少見到。球形容器可使器壁較薄,且單位容積的表面積最小,故可以節(jié)省材料和減少冷量損失。但從制造工藝方面考慮,球形只適用于杜瓦瓶(器壁沖擊成型)和大型固定式貯槽,而容量在100m3以下的貯槽通常都做成圓筒形,且兩端用蝶形封頭。公路及鐵路運(yùn)輸式貯槽,因受運(yùn)輸工具的制約,也總是做成圓筒形。圓筒形容器可做成立式或者臥式,依具體條件而定。
容器的尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)容量確定。容器的實(shí)際容積應(yīng)大于有效貯存容積,一般應(yīng)留5%~10%的蒸氣空間,以保證安全。圓筒形容器的直徑與長度相等時(shí)與球形容器很接近,因而絕熱效果最好。但高壓容器應(yīng)選用較大的長徑比,而運(yùn)輸式貯槽的尺寸需和運(yùn)輸工具相適應(yīng)。
絕熱型式
選擇絕熱結(jié)構(gòu)的型式時(shí)應(yīng)從絕熱性能、經(jīng)濟(jì)性、堅(jiān)固性、重量、體積及制作方便等多方面考慮。目前還沒有一種絕熱型式在所有情況下都認(rèn)為是十全十美的。一般說來,低沸點(diǎn)液體采用高效的絕熱型式;大型容器應(yīng)選用成本低的絕熱型式而不必考慮重量和所占空間的大小,而運(yùn)輸式及輕便型容器就應(yīng)采用重量輕、體積小的絕熱型式;形狀復(fù)雜的容器一般不宜用真空多層絕熱。此外,對于短期使用或間歇使用的容器,絕熱結(jié)構(gòu)的熱容量應(yīng)盡可能小,這樣預(yù)冷時(shí)間較短,冷耗量較小。
材料及結(jié)構(gòu)
選用金屬材料時(shí)應(yīng)考慮材料在低溫下的力學(xué)性能,而對于內(nèi)膽還需考慮材料與低溫液體的相互作用。一般低溫容器的內(nèi)膽可用銅、鋁合金及奧氏體不銹鋼,液化天然氣貯槽還可用9%的鎳鋼;液氟容器的內(nèi)膽多用蒙乃爾金屬,也可使用不銹鋼、銅、鋁等材料,因熱導(dǎo)率較大,不宜用作管道及內(nèi)膽與外殼之間的支承構(gòu)件。至于容器的外殼,系在室溫下工作,故用普通碳素鋼即可。
容器的壁厚及支承構(gòu)件的尺寸是通過強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性計(jì)算確定。在強(qiáng)度計(jì)算中,除考慮工作壓力及液體的重力作用外,對于運(yùn)輸式貯槽還需考慮因運(yùn)輸加速及震動(dòng)而引起的加速度力,一般是按(3~4)g的加速度計(jì)算。如果考慮地震及核子爆炸震動(dòng),則需考慮(4~5)g的加速度。
內(nèi)膽與外殼之間的支承構(gòu)件構(gòu)成了熱量傳人的熱橋,是引起冷量損失的途徑之一。為了減小支承構(gòu)件的傳熱量,除采用熱導(dǎo)率小的材料(如不銹鋼、鈦合金)并在接觸處加絕熱墊之外,還可將構(gòu)件加長,以增大導(dǎo)熱熱阻。
管道布置
在低溫容器上要布置低溫液體的進(jìn)入及排出管、放氣管、排污管、儀表管以及其他必需的管道。這些管道同樣是使熱量傳人的熱橋。為了減小管道的傳熱量,除采用熱導(dǎo)率小的材料外,在滿足操作、流速及工作壓力要求的前提下,管道的數(shù)量應(yīng)盡可能少,管徑應(yīng)盡可能小,管壁應(yīng)盡可能?。欢荛L則希望長一些,其在絕熱層中一段的長度最好在1m以上。
管道的兩端分別焊接在內(nèi)膽和外殼上,當(dāng)其預(yù)冷到工作溫度時(shí),各個(gè)部分有不同程度的收縮(內(nèi)膽也要收縮)。因此管道在絕熱層內(nèi)應(yīng)彎成U形、環(huán)形或螺旋形,或在適當(dāng)?shù)牡胤郊由炜s節(jié),使具有較大的脹縮能力。
逃逸氣體回收
低溫液體在貯運(yùn)中因外部熱量的傳人而不斷汽化,故經(jīng)常有氣體向外逃逸(如果不讓逸出則壓力升高)。對于較貴重的氣體(如稀有氣體及天然氣)應(yīng)設(shè)法予以回收或利用,以減少損失。回收的方法有兩種,一種是用壓縮機(jī)壓入氣瓶中,一種是用小型液化器使之液化后再返回貯槽中。