張旭平 宋超 謝淑賢 安宇龍 徐瑞峰

摘 要：在鐵路運(yùn)輸過程中，氧氣、氮?dú)?、二氧化碳等氣體多以液體形式進(jìn)行運(yùn)輸，而為了確保運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，需借助低溫液體罐式集裝箱來承擔(dān)運(yùn)輸載體，究其原因，多與罐式集裝箱所具有的良好密封性和隔熱性有關(guān)。對此，通過分析鐵路運(yùn)輸?shù)蜏匾后w罐式集裝箱的基本特點(diǎn)和主要原理，深入研究該類集裝箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝特點(diǎn)，并指出其發(fā)展趨勢，進(jìn)而進(jìn)一步就罐式集裝箱進(jìn)行優(yōu)化，并促進(jìn)鐵路運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鐵路運(yùn)輸;低溫液體;罐式集裝箱;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);工藝特點(diǎn)

0 引言

氧氣、氮?dú)獾葰怏w，其廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)藥化工、軍事制造等多個(gè)領(lǐng)域之中，這些氣體運(yùn)輸過程中需要以液態(tài)形式存在，具有一定的危險(xiǎn)性，因此在運(yùn)輸過程中需借助低溫液體儲(chǔ)存方式以保證其運(yùn)輸穩(wěn)定性和安全性。在此基礎(chǔ)上，低溫液體罐式集裝箱是一種十分常見的用于液態(tài)氣體儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)膲毫θ萜?，不僅能夠滿足液態(tài)氣體的運(yùn)輸要求，同時(shí)因其較強(qiáng)的穩(wěn)定性和密封性也能夠適用于多種運(yùn)輸作業(yè)環(huán)境。對此，文章以目前較為先進(jìn)的低溫液體罐式集裝箱為例進(jìn)行了分析。

1 低溫液體罐式集裝箱的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)流程

現(xiàn)階段不同種類的低溫液體罐式集裝箱，雖然從使用方法及使用目的上來看其均存在較大差異，但其生產(chǎn)流程和所需要的生產(chǎn)技術(shù)則大同小異。低溫液體罐式集裝箱的生產(chǎn)主要包括罐體制造、框架制造及結(jié)構(gòu)總裝等三個(gè)環(huán)節(jié)。首先，圍繞罐體制造過程，筒體卷圓成型焊接以及封頭與筒體的組對焊接是罐體制造的關(guān)鍵，而針對此項(xiàng)，加工過程中會(huì)采用等離子/氬弧焊一體焊接設(shè)備來保證焊接質(zhì)量，單筒節(jié)用卷板機(jī)卷制成型，用長軸組對滾輪架進(jìn)行筒節(jié)組對以及筒體封頭組對，此外，加工過程中對筒體進(jìn)行酸洗及脫脂處理，保證筒體的整體潔靜，進(jìn)而為后續(xù)罐體安裝鋪墊基礎(chǔ);其次，圍繞框架制造過程，該階段關(guān)鍵要保證角柱與角件的焊接質(zhì)量，角柱角件焊接后要進(jìn)行拉力試驗(yàn)來檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，而框架的最大作用在于支撐罐體，因此確?？蚣艿膹?qiáng)度和穩(wěn)定性往往是該階段的關(guān)鍵所在;最后，圍繞結(jié)構(gòu)總裝制造過程，該階段主要針對罐體、框架及各種附件進(jìn)行組合安裝，尤其是應(yīng)注意管路系統(tǒng)的安裝。同時(shí)，在整個(gè)罐箱制作過程中，考慮到需始終確保罐體的密封性，需要對內(nèi)外筒體的A、B類焊縫進(jìn)行100%射線無損檢測，在X射線探傷設(shè)備的支撐下能及時(shí)發(fā)現(xiàn)罐式集裝箱存在的危險(xiǎn)因素[1]。

2 低溫液體罐式集裝箱的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

低溫液體罐式集裝箱，早在1997年德國Babcock-Borsig公司便與瑞典ESAB公司合作開發(fā)了一臺(tái)大型龍門式全自動(dòng)自適應(yīng)控制埋弧裝備，其中，該裝備用于環(huán)縫焊接方式焊接，投入至今依舊運(yùn)行良好，進(jìn)而為低溫液體罐式集裝箱的發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，該裝置由計(jì)算機(jī)軟件控制的ABW系統(tǒng)和激光圖像傳感器組成，這意味著焊接精度得以充分保障，能夠基本滿足低溫液體罐式集裝箱的焊接需求。在此基礎(chǔ)上，低溫液體罐式集裝箱擁有了充足的生產(chǎn)技術(shù)支持，因此已經(jīng)受到了當(dāng)前交通運(yùn)輸行業(yè)的重視和認(rèn)可[2]。

此外，圍繞現(xiàn)階段低溫液體罐式集裝箱，其大多擁有以下特點(diǎn)：首先，低溫液體罐式集裝箱包括罐體、加強(qiáng)圈、真空絕熱層、框架、管路系統(tǒng)等多個(gè)組成部分，而由于加強(qiáng)圈的存在，低溫液體罐式集裝箱的整體抗壓性能相對較強(qiáng)，既能夠達(dá)到液態(tài)氣體的儲(chǔ)存要求，又可以滿足液態(tài)氣體的低溫高壓運(yùn)輸需求，有助于確保氣體運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性;其次，低溫液體罐式集裝箱在保證罐體容積的基礎(chǔ)上盡可能就罐體的整體重量進(jìn)行降低，且結(jié)構(gòu)要相對簡單，這樣不僅焊接難度較低，同時(shí)在開展清理、除銹、噴砂、涂漆等作業(yè)時(shí)也相對容易，能夠進(jìn)一步就工作人員工作量進(jìn)行降低，并提高實(shí)際生產(chǎn)的具體效率;最后，低溫液體罐式集裝箱對于任何氣體而言均具有較強(qiáng)的適用性，即能夠滿足絕大多數(shù)氣體的低溫運(yùn)輸儲(chǔ)存需求，這使得低溫液體罐式集裝箱具有較高的應(yīng)用價(jià)值，市場空間較為寬廣。

3 低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)分析

低溫液體罐式集裝箱，其由罐體、加強(qiáng)圈、框架、管路系統(tǒng)等幾部分組成，整體尺寸為長6056mm，寬2438mm，

高2591mm。罐體由內(nèi)層筒體、外層殼體、絕熱層組成，并且內(nèi)筒體以S30408作為筒體材料，碳鋼作為外層殼體材料。此外，在低溫液體罐式集裝箱所有結(jié)構(gòu)中，罐體的絕熱層始終占有舉足輕重的作用和地位，因此通常以絕熱層的隔絕程度來判定低溫液體罐式集裝箱的質(zhì)量優(yōu)劣。而對于絕熱層的隔絕程度來說，其在通常情況下會(huì)受到絕熱體熱量損失、框架支撐材料強(qiáng)度、絕熱材料傳導(dǎo)效率等多方面因素影響[3]。

4 低溫液體罐式集裝箱的工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)要求

4.1 隔熱層生產(chǎn)

針對低溫液體罐式集裝箱的罐體隔熱層，確保其清潔度往往是保障生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。首先，考慮到絕熱層的清潔程度會(huì)直接對整個(gè)集裝箱罐體的密封性和隔熱性造成影響，因此除了應(yīng)于生產(chǎn)過程中嚴(yán)格把關(guān)控制灰塵雜質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)入罐體內(nèi)外，還應(yīng)在階段性生產(chǎn)過程后系統(tǒng)的就罐體內(nèi)部進(jìn)行清潔，進(jìn)而及時(shí)排除污染物并保障隔熱層的清潔度。其次，除控制污染物外，針對絕熱材料所進(jìn)行的包扎組裝作業(yè)同樣十分重要，而在組裝隔熱層時(shí)，除了應(yīng)確保層與層之間絕熱材料均按照縱向或環(huán)向方向布置外，還應(yīng)始終于干燥的環(huán)境下開展相關(guān)作業(yè)，進(jìn)而一方面通過減少層與層之間的縫隙以在阻礙熱量損失的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳的隔熱效果，另一方面借助除濕機(jī)以規(guī)避絕熱材料與空氣長期接觸所產(chǎn)生的吸潮問題，并最終保障絕熱材料的使用質(zhì)量。此外，考慮到絕熱材料在抽真空時(shí)往往會(huì)放出過多的氣體而導(dǎo)致真空度難以達(dá)到，因此應(yīng)適當(dāng)就包扎的松緊度進(jìn)行調(diào)整，在確保隔熱層達(dá)到低溫液體罐式集裝箱生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上為后續(xù)作業(yè)流程奠定充實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 罐體生產(chǎn)

在罐體生產(chǎn)過程中，保證罐體的密封性和真空性往往尤為重要。首先，應(yīng)在罐體生產(chǎn)完成后系統(tǒng)就罐體的隔熱夾層進(jìn)行密封性能檢測，其中可在烘烤罐體的基礎(chǔ)上采取抽真空方式開展檢測作業(yè)，同時(shí)，可借助氦質(zhì)譜真空檢測手段就罐體進(jìn)行全方位漏點(diǎn)查找，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)罐體的漏點(diǎn)，保障低溫液體罐式集裝箱的安全投產(chǎn);其次，在罐體焊接過程中，一般需使用環(huán)焊方式進(jìn)行焊接，且考慮到罐體整體尺寸較大，需用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行吊裝，以免給現(xiàn)場人員帶來危險(xiǎn)，同時(shí)，采用反射屏材料，應(yīng)避免其與隔熱層接觸，進(jìn)而規(guī)避熱量傳導(dǎo)增加問題的出現(xiàn)[4]。

4.3 框架罐體總裝

在框架罐體總裝過程中，焊接是工作人員開展安裝作業(yè)的主要形式，而由于需要借助吊裝和定位工裝就框架及罐體進(jìn)行組裝，因此應(yīng)嚴(yán)格控制框架及連接件的尺寸，在以生產(chǎn)圖紙和生產(chǎn)工藝為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上保障組裝過程的準(zhǔn)確性。同時(shí)，應(yīng)確保各連接部件間的的焊接質(zhì)量，進(jìn)而從根本上防止集裝箱質(zhì)量問題出現(xiàn)。此外，在總裝過程中，應(yīng)就裝配間隙進(jìn)行合理控制，以免構(gòu)件于焊接中出現(xiàn)變形問題，并應(yīng)在總裝作業(yè)完成后詳細(xì)就集裝箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、低溫性能等進(jìn)行型式試驗(yàn)，在滿足相關(guān)行業(yè)規(guī)范且取得《可移動(dòng)罐柜認(rèn)可證書》的前提下方可允許投入使用。

5 結(jié)束語

綜上，圍繞低溫液體罐式集裝箱，我們詳細(xì)介紹了低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝要點(diǎn)，其中，需針對隔熱層、罐體、框架總裝等罐式集裝箱的要點(diǎn)進(jìn)行完善的質(zhì)量控制，在杜絕質(zhì)量隱患的基礎(chǔ)上保障罐式集裝箱的安全使用，最終促進(jìn)低溫液化氣體運(yùn)輸及儲(chǔ)存的正常進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]俞志東.鐵路罐式箱LNG運(yùn)輸振動(dòng)三分相蒸發(fā)計(jì)算模型及安全評估技術(shù)研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2017.

[3]毛海濤，液態(tài)CO2罐式集裝箱[Z].江西制氧機(jī)有限公司，2015-09-29.

[4]王琨博.20英尺低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算[J].中國化工裝備，2014，16（05）：15-18.