樊軍康

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和信息技術(shù)的進步，低溫絕熱技術(shù)在我國各個領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用，尤其在航天、科研、新能源的開發(fā)以及在環(huán)保等領(lǐng)域的貢獻尤為巨大。在工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的低溫絕熱壓力容器正是低溫技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用。同時，為了規(guī)范低溫絕熱壓力容器的制造、管理和使用，國家低溫容器質(zhì)量監(jiān)督管理部門已經(jīng)制定了相關(guān)的管理條例，同時，也規(guī)范了低溫絕熱壓力容器吊帶的設(shè)計方案和技術(shù)水平，促進了低溫絕熱壓力容器的安全生產(chǎn)和運行，同時，為了進一步促進低溫絕熱壓力容器的發(fā)展和應(yīng)用，本文將主要闡述低溫絕熱壓力容器的結(jié)構(gòu)特征，以及低溫絕熱壓力容器吊帶的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：低溫絕熱壓力容器;吊帶設(shè)計

引言

隨著國民經(jīng)濟經(jīng)濟的迅速發(fā)展和低溫技術(shù)的不斷提高，人們對低溫絕熱壓力容器的附加值也寄予厚望，為了能夠使低溫絕熱技術(shù)更廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)生活中，就要不斷提高研究和探索精神，通過技術(shù)的更新和調(diào)整，生產(chǎn)出更具有實用價值的低溫絕熱壓力容器，同時，要提高低溫絕熱壓力容器的吊帶設(shè)計水平，從而促進低溫技術(shù)和低溫絕熱壓力容器在我國的發(fā)展與應(yīng)用。

1.低溫絕熱壓力容器

低溫絕熱壓力容器也被稱之為低溫液體容器、低溫液體儲槽、低溫液體槽車等，主要被用于儲存和運輸?shù)蜏匾后w，如液氮、液氧等。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和低溫技術(shù)的不斷開發(fā)和應(yīng)用，致使低溫絕熱壓力容器在各領(lǐng)域的制造和應(yīng)用規(guī)模也逐漸擴大。與此同時，由于空氣分離設(shè)備具有大型化的特點，工業(yè)氣體也朝著集約化的方向發(fā)展，各類低溫液體和氣體的成本不斷降低，但是，各類低溫液體和氣體的產(chǎn)量卻不斷提高，這也在一定程度上促進了低溫氣體和各種氣體用量的增加以及低溫絕熱壓力容器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展。從而促進了低溫絕熱壓力容器的生產(chǎn)和開發(fā)，同時，也激發(fā)了人們對低溫絕熱壓力容器吊帶的設(shè)計欲望和設(shè)計研究。

低溫絕熱壓力容器與傳統(tǒng)的高壓鋼瓶氣體儲運方式相比，前者具有一定的先進性和技術(shù)性，同時，低溫絕熱壓力容器相比于傳統(tǒng)的儲運方式更具安全性和時效性，并且，低溫絕熱壓力容器的儲運效率相對較高，同時，還能節(jié)約一定的人力和物力，在減輕勞動強度的同時降低運輸成本和經(jīng)濟投入，總之，低溫絕熱壓力容器的合理使用能夠有效的提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，從而促進企業(yè)的發(fā)展和國民經(jīng)濟的提高。

如果用低溫絕熱壓力容器運輸一噸的液化氣體，液化氣體加上容器重量可以將總重量控制在三噸以下，但是如果用高壓鋼瓶運輸一噸的氣體，需要承擔附加運輸十噸左右的鋼材，也就是說氣體加上鋼材的重量一共在十一二噸左右，結(jié)果顯而易見，同時，使用低溫絕熱壓力容器不僅在運輸重量上占有絕對的優(yōu)勢，在搬運方面也有顯著的優(yōu)點，首先，使用低溫絕熱壓力容器不需要人為搬運，只需要利用容器上的各種操作閥門和管道就可以安全方便的使用低溫液體和氣體，便于操作和使用，從而能夠有效緩解工作人員的工作壓力?；诖?，低溫絕熱壓力容器的制造行業(yè)迅猛發(fā)展，低溫絕熱壓力容器的發(fā)展是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命的開端[1]。

2.低溫絕熱壓力容器的結(jié)構(gòu)特點

2.1低溫性

低溫性是低溫絕熱壓力容器的主要特點之一。低溫液體主要有以下幾個特征，首先，低溫液體的沸點極低，大約是從零下100到200度左右。同時，汽化潛熱小，低溫液體極容易汽化蒸發(fā)。其三，汽化產(chǎn)生的氣體是相同重量液所產(chǎn)生氣體的數(shù)百倍甚至上千倍，與此同時，還有一些低溫氣體是屬于易燃易爆的，如液化天然氣和液氫，還有一些有毒氣體和窒息氣體，如液氟和液氮等。所以針對低溫氣體的這幾種特性，制造低溫絕熱壓力容器的首要前提是其低溫容器材料的低溫韌性要好，尤其是接觸低溫氣體的容器內(nèi)殼、管路、閥門等都要具有良好的低溫韌性和強度，以免發(fā)生冷脆的現(xiàn)象。其次，低溫絕熱壓力容器的絕熱性也是必須要考慮的因素之一，因為如果一點熱量傳入低溫絕熱壓力容器內(nèi)部，就會導致低溫液體大量的汽化蒸發(fā)，同時，壓力會迅速升高，進而導致直接的經(jīng)濟損失和安全隱患。因此，使用者要充分了解低溫液體的性質(zhì)以及低溫容器的結(jié)構(gòu)和運作流程，從而幫助使用者正確的使用低溫容器，提高安全系數(shù)的同時，避免經(jīng)濟損失。

2.2絕熱性好

低溫容器與一般壓力容器的最大差別就是其絕熱性好，一般的低溫容器都是單層的，承壓相對較高，但是，低溫絕熱壓力容器是雙層的，夾層為真空絕熱。按照低溫絕熱壓力容器的絕熱結(jié)構(gòu)來劃分，可以主要將其分為真空絕熱和非真空絕熱兩種類型，真空絕熱的一般是采用密封雙層金屬壁，并把內(nèi)金屬壁做成真空絕熱體，目前較為常見的有真空粉末絕熱、高真空多層絕熱、真空纖維絕熱、高真空絕熱、高真空多層絕熱、高真空微球絕熱等，真空絕熱在制造絕熱體所采用的材料主要是能起到隔熱作用的類型，如玻璃、陶瓷、植物纖維等纖維類的材料，還有如硅藻土等粉末類的材料等[2]。非真空絕熱是指在低溫容器筒外包覆一定厚度的絕熱材料，或者在內(nèi)外殼之間裝填絕熱材料，從而起到絕熱儲運低溫液體的目的，但是其效果相對一般，所以使用的不是很多。就目前來看，高空多層絕熱或真空纖維絕熱使用的較多，是比較適用的運輸型低溫容器，目前我國正大量制造和生產(chǎn)這一類的低溫絕熱壓力容器。

3.低溫絕熱壓力容器吊帶的設(shè)計

為了承受容器自身的質(zhì)量以及儲存氣體質(zhì)量所產(chǎn)生的重力載荷，需要在內(nèi)外容器之間組焊若干條吊帶幫助低溫絕熱壓力容器承擔一部分質(zhì)量，同時，吊帶對內(nèi)容器和管道也能起到一定的附加約束作用，當?shù)蜏亟^熱壓力容器充裝低溫液體后，吊帶和內(nèi)容器以及管道會受冷收縮，從而在吊帶、內(nèi)容器以及管道之間產(chǎn)生熱載荷。所以，要充分利用吊帶的作用，提出吊帶設(shè)計的相關(guān)方案。

3.1設(shè)計計算

3.1.1吊帶重力

與管道相比，內(nèi)筒體的剛度可視為無窮大，因此，內(nèi)筒體組件的剛度就相當于管道的剛度，如果有三根吊帶，那么吊帶所能承載的重量就會大大增加，從而起到相應(yīng)的緩解低溫絕熱壓力容器壓力的作用。

3.1.2吊帶熱載荷

吊帶上端至容器下端的軸向長度主要由兩部分組成，低溫液體進入容器后，由于溫度會有不同程度的下降，吊帶上端至容器下端之間的構(gòu)件也會有一定的收縮，并且軸向收縮量也會有所變化。同時，吊帶的總載荷和容器的總載荷都應(yīng)被計算出來，使吊帶的設(shè)計具有一定的科學性和實用性。

3.2計算實例

《低溫絕熱壓力容器》中有相關(guān)的規(guī)定，對于由內(nèi)容器引出的通過夾層的管路，應(yīng)該充分考慮到在內(nèi)外容器制造和使用過程中因溫度變化而引起的溫差應(yīng)力，在必要時，為了容器使用的安全性，要有合適的溫度補償結(jié)構(gòu)。由此，設(shè)計者應(yīng)適當降低管道的剛度，當管道的剛度除以吊帶的剛度所得結(jié)果小于0.1時，就認為可以不計算管道的剛度。由于管道的剛度很難準確的計算出來，所以，除了可以通過試驗測定以外，一般是通過將管道設(shè)計成柔性的，從而提高吊帶的安全系數(shù)。通過相關(guān)的計算可說明了管道的剛度對于吊帶載荷的影響是不容忽視的，同時，管道的剛度對于吊帶的載荷也起著至關(guān)重要的作用[3]。

3.3制度保障

低溫絕熱壓力容器所涉及的技術(shù)相對較多，其中低溫絕熱壓力容器的吊帶設(shè)計就是其中的一項，由于低溫絕熱壓力容器屬于一種技術(shù)密集型產(chǎn)品，所以對生產(chǎn)技術(shù)的要求相對較高，但是，在使用低溫絕熱壓力容器過程中，還存在著諸多問題，當然，由吊帶設(shè)計失誤出現(xiàn)的問題也不在少數(shù)，所以，要嚴格規(guī)范和管理低溫絕熱壓力容器的生產(chǎn)技術(shù)和技術(shù)研發(fā)，完善現(xiàn)有的管理制度和法規(guī)，為產(chǎn)品的研發(fā)和使用提供安全性保障。通過調(diào)整吊帶的剛度，使管道的剛度除以吊帶的剛度所得結(jié)果小于0.1，確保生產(chǎn)和設(shè)計的安全性。

近年來，國家主管部門已經(jīng)采取了一些相關(guān)的政策，在低溫絕熱壓力容器的質(zhì)量管理和吊帶設(shè)計中起到了良好的作用，制度的保障和監(jiān)管是我國低溫絕熱壓力容器發(fā)展的重要保障，同時也為其發(fā)展和吊帶的設(shè)計提供了一個良好的環(huán)境和開端。

4.結(jié)語

近年來，隨著各領(lǐng)域?qū)Φ蜏亟^熱壓力容器吊帶設(shè)計的研究，充分發(fā)揮了低溫絕熱壓力容器的作用，不僅提高了其安全方面的性能，在工業(yè)生產(chǎn)和運輸?shù)蜏貧怏w的過程中，也起到了顯著的作用，同時，由于相關(guān)規(guī)定的陸續(xù)出臺，也進一步規(guī)范了各行各業(yè)對低溫絕熱壓力容器的使用和生產(chǎn)，在提高低溫絕熱壓力容器工作效率的同時，也提高了其應(yīng)用的技術(shù)性和先進性，尤其是對低溫絕熱壓力容器吊帶的設(shè)計和研究，更是為低溫絕熱壓力容器的使用提供了安全和技術(shù)保障，同時也推動了低溫技術(shù)的發(fā)展和我國國民經(jīng)濟水平的提高和進步。

參考文獻：

[1]黃宏，王麗紅，陳聯(lián)，葛瑞宏，孫冬花.低溫絕熱壓力容器檢漏系統(tǒng)分析[J].真空與低溫，2010，03：160-164.

[2]夏立榮，陳克，趙勇.低溫絕熱壓力容器定期檢驗技術(shù)的分析與研究[A].中國制冷學會低溫第一專業(yè)委員會、中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng).第八屆全國低溫工程大會暨中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)2007年度學術(shù)交流會論文集[C].中國制冷學會低溫第一專業(yè)委員會、中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)：2013，，04：125-126.

[3]施昱，李業(yè)勤.立式低溫液體儲罐吊帶設(shè)計[J].石油化工設(shè)備，2011，06：37-39.