簡析冷凍液化氣體罐箱的容積最大化設(shè)計

張炫

摘 要：隨著液化天然氣、液氮、液氧等冷凍液化氣體的廣泛應(yīng)用，冷凍液化氣體罐式集裝箱作為液化氣體的重要設(shè)備，有著廣闊的市場前景。如何通過各種技術(shù)手段將罐箱容積設(shè)計最大化，是提升罐箱產(chǎn)品競爭力的重點。

關(guān)鍵詞：冷凍液化氣體；容積最大化；夾層空間

隨著液化天然氣、液氮、液氧等冷凍液化氣體的廣泛應(yīng)用，冷凍液化氣體罐式集裝箱作為液化氣體的重要設(shè)備，有著廣闊的市場前景。1990年至今，經(jīng)歷了推廣和廣泛發(fā)展階段，目前罐式集裝箱已經(jīng)成為歐美地區(qū)化學(xué)品陸運、多式聯(lián)運的主要載體，并在全球得到蓬勃發(fā)展。

冷凍液化氣體罐式集裝箱相對槽車、儲罐等其他儲運設(shè)備，具有如下等諸多優(yōu)勢：（1）既可作運輸工具，在生產(chǎn)、使用場地也可用作儲存容器；（2）可實現(xiàn)門對門運輸，使運輸更加安全可靠；（3）可實現(xiàn)公路、鐵路、內(nèi)河、洋聯(lián)運，大大縮短車、站碼頭的裝卸時間。箱子可堆碼6～9層，占有場地?。唬?）由于罐式集裝箱可實現(xiàn)箱、車分離，擁有罐式集裝箱的企業(yè)，可不必同時擁有自備車或自備車實現(xiàn)一車多用。

冷凍液化氣體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)隨著幾十年的技術(shù)發(fā)展已趨于成熟，而為了進一步的節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，在確保安全的前提下，要求單位重量的冷凍液化氣體罐式集裝箱所運輸?shù)囊后w越多，即降低低溫冷凍液化氣體罐式集裝箱的自重、提高罐箱的總?cè)莘e。本文主要分析了目前國內(nèi)針對冷凍液化氣體罐箱容積最大化的幾種設(shè)計優(yōu)化方案。

1 應(yīng)變強化工藝

應(yīng)變強化工藝，是指針對奧氏體不銹鋼內(nèi)容器在室溫下施加強化壓力，拉伸到塑性變形，卸載后使殼體發(fā)生總體塑性變形，不銹鋼材料的屈服強度提高、塑性下降，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的容器。以一臺40ft罐箱為例，其采用應(yīng)變強化工藝的內(nèi)容器可以降低自總2噸左右，而不同箱型的罐箱對其總重是有要求的。這意味著一臺罐箱可以節(jié)省兩頓左右的原材料費用，和多盛裝2t左右的介質(zhì)。

2 無橫梁設(shè)計

早期的冷凍液化氣體罐箱一般都會在罐體軸向八個角件處設(shè)置4根橫梁，用以增加罐箱框架的穩(wěn)定性。但隨著市場對罐箱重容比要求的進一步提高，近年來已逐漸將這四根橫梁取消。這四根橫梁，一般由5mm以上壁厚的矩形碳鋼制作，以40ft罐箱為例，總重在650KG左右，無橫梁設(shè)計進一步降低了罐箱的自總，提升其可盛裝容積重量的上限值。

3 高真空多層絕熱

由于該罐箱的盛裝介質(zhì)為冷凍液化氣體，罐箱結(jié)構(gòu)為內(nèi)外兩層，中間設(shè)有夾層絕熱保溫，避免內(nèi)膽介質(zhì)吸熱過快而蒸發(fā)。早期罐箱一般采用真空粉末，為了達(dá)到絕熱效果，其夾層厚度一般要求在200mm左右。而罐箱的外容器可設(shè)計最大直徑是個定值，過厚的夾層空間壓縮其內(nèi)容器的全容積。隨著高真空多層絕熱技術(shù)的到來，對罐箱容積最大化有了突破性的進展，使其夾層厚度降低至80-100mm左右。高真空多層絕熱，是通過對夾層抽真空，并在夾層中對內(nèi)容器纏繞多層由鋁箔和玻纖紙復(fù)合而成的絕熱紙反射屏，從而大大降低冷凍液化氣體罐箱的外部通過對流、導(dǎo)熱、輻射等途徑流入內(nèi)膽的熱量，使其滿足對冷凍液化氣體正常儲運的作用。以一臺20ft罐箱為例，其夾層絕熱形式的改變，可使罐箱有效容積有原先的13m3左右增至18m3左右。而因為真空粉末復(fù)合絕熱紙的取代，其自重也可減少1.5噸左右。

4 加強圈外置

為了增加罐箱外容器的穩(wěn)定性，通常罐箱的外容器均為設(shè)置角鋼加強圈，加強圈的間距使其結(jié)構(gòu)與外容器壁厚設(shè)置在200-600mm不等。以前，加強圈一般設(shè)置在罐箱外容器的內(nèi)側(cè)，為了預(yù)留加強圈的空間、復(fù)合絕熱紙的厚度以及內(nèi)容器與外容器的套裝空間，所以罐箱的夾層空間一般設(shè)置在80-100mm左右，而現(xiàn)在，加強圈的外置設(shè)計已經(jīng)在越來越多的應(yīng)用在容器要求相對較高的案例中。其方案是在不改變外容器最大直徑的基礎(chǔ)上，將加強圈設(shè)計在外容器外側(cè)，并在外容器整圓的頂端與左右兩側(cè)超寬超高處打斷，并設(shè)置補強板與加強圈連接。是加強圈的外端面仍處于罐箱限定尺寸內(nèi)（如圖1所示）。

通過加強圈外置的設(shè)計，使得罐箱夾層容積進一步縮小到45-70mm左右，以20ft罐箱為例，可將罐箱全容積提升至20m3左右。

隨著社會工業(yè)化的發(fā)展，冷凍液化氣體需求的日益增加，冷凍液體氣體罐式集裝箱由于其運輸靈活，運輸成本低等優(yōu)勢，需求量不斷增加。罐箱容積最大化設(shè)計可降低運輸成本，達(dá)到節(jié)能減排的效果，提升產(chǎn)品競爭力。