徐亞玲

【摘 要】本文主要對真空絕熱深冷壓力容器的基本結(jié)構(gòu)及制造過程中的設(shè)計工藝要點進行了簡單明了的介紹，以使更多人能夠了解其結(jié)構(gòu)以及制造中的設(shè)計工藝要點。

【關(guān)鍵詞】真空絕熱深冷壓力容器；基本結(jié)構(gòu)；設(shè)計工藝要點

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：B

近幾年，真空絕熱深冷壓力容器市場需求旺盛，生產(chǎn)廠家越來越多，用于貯運的真空絕熱深冷壓力容器也越來越多，盡管不同的廠家對于該類容器的設(shè)計制造有所不同，但其基本結(jié)構(gòu)大致一樣。本文將簡單介紹真空絕熱深冷壓力容器的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計制造的工藝要點，以幫助更多的人了解真空絕熱深冷壓力容器。

一、真空絕熱深冷壓力容器的基本構(gòu)造

真空深冷絕熱壓力容器一般由內(nèi)容器、外殼、真空絕熱層、內(nèi)容器與外殼間支撐裝置以及管路附件裝置構(gòu)成。

（一）內(nèi)容器

用于盛裝深冷液體，主體材料一般為奧氏體不銹鋼（其中用于盛裝液態(tài)二氧化碳的主體材料使用的是低溫壓力容器用低合金板，如16MnDR板）。

（1）對于工藝人孔的設(shè)置，深冷容器允許不設(shè)置檢查孔及人孔，但實際大部分制造廠家為了提高制造質(zhì)量及檢查精度，還是設(shè)置了工藝人孔。

（2）對于內(nèi)容器相關(guān)附件，進液部分設(shè)置上進液噴頭（立式罐）、防沖管、噴淋管（臥式罐）以保證冷液均勻進入；下進液分布或攪拌器（一般僅LNG需要），以防止LNG分層；出液設(shè)置防渦器，以防止渦旋型蒸發(fā)和保護機械型抽液設(shè)備的使用安全；采用引管穿壁接頭、凸緣（即單雙面管接頭）以避免薄壁管與較厚的殼壁直接相焊，從而改善了結(jié)構(gòu)的焊接性能。

（二）外殼

用于密封維持真空絕熱層真空以及運輸安裝，主體材料一般為碳素鋼或低合金鋼。外殼上的重要結(jié)構(gòu)是防爆裝置、抽真空和側(cè)真空裝置以及從內(nèi)容器引出管路的固定。管路固定通常采用不銹鋼制的平封頭、橢圓封頭、管帽或大直徑不銹鋼管等，以保證流通低溫液、氣時管路不與外殼直接接觸，避免外殼被凍裂。

（三）真空絕熱夾層

用于保持內(nèi)容器低溫狀態(tài)，主要包括絕熱材料、吸附材料及吸附裝置等。

（四）內(nèi)外容器間的支撐結(jié)構(gòu)

常用的有拉帶帶支腿式（大型立式罐）、徑向直撐帶支腿式（小型立式罐）以及前后下支柱加前后上壓柱式（用于臥式罐）。

（五）管路系統(tǒng)

包括進出液管，增壓器進液、出氣管，安全泄放與放氣管，液位計引管，滿液指示管（溢流管、最高液位直觀取信管），分類閥門，壓力表，液位計，抽真空裝置，測真空裝置，阻火器以及靜電接地端子（一般貯運易燃介質(zhì)的容器設(shè)置）。

二、真空絕熱深冷壓力容器的設(shè)計制造工藝要點

（一）內(nèi)容器設(shè)計制造工藝要點

（1）內(nèi)容器設(shè)計中應(yīng)重視其從環(huán)境溫度冷卻到操作溫度過程中在支承點處承受的溫差載荷以及由于內(nèi)容器、管道及外殼之間不同的熱膨脹引起的管道反作用力，并分別考慮下列工況：

①進液冷卻過程：內(nèi)容器熱狀態(tài)，管道系統(tǒng)冷狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)；

②充裝及卸料過程：內(nèi)容器、管道系統(tǒng)均是冷狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)；

③儲存過程：內(nèi)容器冷狀態(tài)，管道系統(tǒng)熱狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)。

（2）操作時，壓力急劇波動引起的沖擊載荷及液體進入內(nèi)容器時，液體沖擊引起的作用力。

（3）由內(nèi)容器引出的管路系統(tǒng)應(yīng)加管接頭過渡，這是因為管道與殼壁厚度一般相差較大，兩者直接相焊不易保證焊接質(zhì)量，管道所受應(yīng)力也較大。

（4）殼體的圓度與直線度應(yīng)盡可能控制在最小范圍內(nèi)，因為罐體夾層空間?。ìF(xiàn)在的珍珠巖或珠光砂絕熱罐夾層空間一般為240mm左右，鋁箔纏繞罐的夾層空間可為140mm左右，而大型的深冷槽車夾層空間只有60mm左右），如果不控制圓度與直線度，對套合將造成很大的困難。

（二）外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（1）外壓筒體計算長度一般取決于加強圈的慣性矩，因此為減重，外殼一般設(shè)置密集低矮型加強圈。近年來，在低溫槽車的制造中，為擴大內(nèi)容器有效容積，而又不使外殼外部尺寸超過汽車相關(guān)標準要求，有的廠家使用了外加強圈，效果也很好（例如張家港圣達因公司生產(chǎn)的55.6m3低溫運輸半掛車）。

（2）夾層伸出的管道引自低溫端的內(nèi)容器，而外殼材料一般為碳鋼或低合金鋼，外殼難以承受管壁低溫，一般應(yīng)設(shè)不銹鋼過渡連接，使低溫管壁與外殼之間有足夠的熱阻，以防碳鋼或低合金鋼外殼材料承受深冷載荷，且應(yīng)充分考慮溫度補償。主要應(yīng)用以下結(jié)構(gòu)：

①彎管柔性補償，即在管道與外殼間加不銹鋼板、大直徑管、管帽或者平封頭（橢圓封頭）過渡。

②直管穿出時設(shè)波紋管補償（此結(jié)構(gòu)不常用）。

（3）對于夾層抽真空流道，一般采取將真空吸口延伸至絕熱材料內(nèi)部（甚至設(shè)置多個延伸吸口）的措施，以降低絕熱材料對抽真空產(chǎn)生的流阻。

（4）防爆裝置開啟壓力應(yīng)能夠防止內(nèi)容器失穩(wěn)，且不超過0.5bar；泄放面積應(yīng)不小于0.34mm2/L內(nèi)容器容積，且任何情況下不必超過5000mm2。

（三）內(nèi)容器與外殼、支撐連接的設(shè)計要點

內(nèi)容器與外殼之間支撐連接件，既要滿足承載強度、剛度的要求，又要有高的熱阻，防止產(chǎn)生隔熱性能差的熱橋。制造中常用的各種結(jié)構(gòu)如下：

（1）用柔性構(gòu)件吊、拉內(nèi)容器，使其懸置于外殼中心，比如吊帶、壓帶、拉帶組成支撐連接系統(tǒng)。其優(yōu)點是只承受拉力，故受力狀態(tài)簡單明確，易于計算掌握，可以充分利用夾層空間，加大構(gòu)件長度，從而加長熱橋，且不必擔(dān)心失穩(wěn)。其缺點是由于全截面承受拉應(yīng)力，安全系數(shù)不能低，且構(gòu)件材料多為不銹鋼，設(shè)備自重大，成本高，且因柔性吊、拉構(gòu)件要充分利用夾層空間，致使內(nèi)、外容器套合時施工難度大，不易控制位置尺寸。高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)夾層空間狹小，這種結(jié)構(gòu)基本無法使用。

（2）兩端封頭處采用固定支撐件，其優(yōu)點是支撐只有兩個，結(jié)構(gòu)簡單，熱橋少。其缺點是支撐件要抗彎、剪、拉、壓，應(yīng)力狀態(tài)不好，單位截面積承載能力低，一般只應(yīng)用于小容器。但據(jù)相關(guān)資料顯示，法國制造的40英尺液氫罐箱就采用這種結(jié)構(gòu)。

（3）用于立式容器的下支腿加橫拉帶結(jié)構(gòu)。下支腿承受工作狀態(tài)載荷，橫拉帶承受臥置運輸時的空罐運輸載荷，其優(yōu)點是承受工作狀態(tài)載荷的下支腿長度易于掌握，需要時加熱阻構(gòu)件也易于設(shè)置，設(shè)計自由度較大，橫拉帶只承受臥置運輸時的空罐運輸載荷，承載面不大，熱阻較大，結(jié)構(gòu)簡單，熱橋少，內(nèi)、外容器套合時施工容易。其缺點是下支腿承壓，需考慮軸向壓應(yīng)力和橫拉帶失穩(wěn)的聯(lián)合承載能力，致使熱橋加長時截面積也隨之加大，抵消了通過加長熱橋來加大熱阻的效果，往往需要設(shè)置輔助熱阻構(gòu)件。目前這種結(jié)構(gòu)在立式罐中應(yīng)用最廣。

（4）用于臥式容器的前后下支柱加前后上壓柱結(jié)構(gòu)，前（滑動端）下支柱、上壓柱承壓，后（固定端）下支柱、上壓柱承壓、剪、彎聯(lián)合載荷。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)外容器套合時施工容易，適應(yīng)性好，適用于包括夾層之間狹小的高真空多層絕熱容器在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)。其缺點是，支撐柱直線連接外殼，熱橋短，需要選用熱阻大的材料制造該類構(gòu)件，而熱阻大的材料往往是非金屬，不得不設(shè)計輔助結(jié)構(gòu)以防焊接熱可能對非金屬的傷害；外殼上開孔封焊點多，不利于防泄漏控制；支點處殼體上局部應(yīng)力大，需要加補償結(jié)構(gòu)。目前在臥式容器中此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣。

三、結(jié)束語

通過本文的介紹，希望能引起深冷容器制造業(yè)界的工程技術(shù)人員的共鳴，拋磚引玉，以期與同行業(yè)的專家探討，獲取更多的實踐知識，進一步提高自己。同時，使更多的深冷容器的使用者能更簡單明了地認識深冷容器的基本結(jié)構(gòu)及使用中應(yīng)注意的問題，提高該類容器在使用過程中的安全性。

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