小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)結構現(xiàn)狀及優(yōu)化方向

惠阿玲+劉彬彬+楊帆

摘 要：概述了目前市場上1-5立方低溫供氣系統(tǒng)的結構現(xiàn)狀及主要特點，基于現(xiàn)有的小型立式低溫儲罐與低溫絕熱氣瓶[1]及焊接絕熱氣瓶等結構特點提出快易冷供氣系統(tǒng)結構的優(yōu)化方向，為產(chǎn)品的改進提供應用價值。

關鍵詞：低溫供氣系統(tǒng)；小型立式低溫儲罐；低溫絕熱氣瓶；優(yōu)化方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.225

1 小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)簡介

1～5 m?低溫儲罐作為一種低溫絕熱壓力容器，主要用于運輸和存儲液氧、液氮、液氬及LNG等低溫液態(tài)氣體，并能夠自動提供連續(xù)的氣體。低溫液體要保證其在儲罐內(nèi)不被汽化，需要從物理學的熱傳導、熱輻射、熱對流[2]三方面進行考慮，與低溫絕熱氣瓶相同的，小型低溫儲罐需設置雙層結構。其一，夾套內(nèi)被抽成高真空有效防止熱對流；其二，內(nèi)容器外壁纏有多層絕熱材料有效防止熱輻射；其三，內(nèi)容器與外殼之間相連的支撐部分設置有環(huán)氧玻璃鋼襯套有效阻止熱傳導，三者共同形成良好的絕熱系統(tǒng)。

該類儲罐外部設有自增壓系統(tǒng)與汽化系統(tǒng)，可直接安裝于水平面、置于用氣設備旁，輸氣距離短，供氣壓力穩(wěn)定，用戶可根據(jù)實際使用情況進行用氣壓力的調(diào)節(jié)；廣泛應用于切割、焊接、低溫實驗室、醫(yī)院等領域。該類產(chǎn)品存儲量是普通鋼瓶（210L）的5～24倍左右，可有效避免頻繁更換鋼瓶產(chǎn)生的時間耗費、液體損耗及操作風險。

2 小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)結構現(xiàn)狀

小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)是一種小型低溫供氣站，又稱快易冷裝置或速必達產(chǎn)品等，其立式結構主要分為三部分：支撐結構、夾層管路系統(tǒng)及外部閥門管路系統(tǒng)，以下就這幾個方面對其現(xiàn)有結構進行總結對比。

2.1 支撐結構

支撐結構包括頂端支撐結構及底端支撐結構，內(nèi)容器與外殼之間通過支撐結構相連，并對內(nèi)容器進行限位，其中一端為固定端，一端為自由端。

圖1所示頂端為固定端（又稱頂端吊拉結構），底端為自由端。圖1.1所示頂端支撐結構[3]，其一，在內(nèi)集管器下端設置一封蓋，阻隔了內(nèi)集管器與內(nèi)容積之間的大部分通道，使得內(nèi)容器中的低溫氣體無法大量的參與到外集管器與外界環(huán)境的熱交換中，有效降低了內(nèi)容器的冷損，抑制漏冷，提升了儲罐的保溫效果；其二，外集管器與內(nèi)集管器直接連接的頸管其外部纏繞絕熱層，近似認為與頸管無熱交換，為抑制頸管與內(nèi)集管器之間發(fā)生的熱交換，可以適當增加兩者之間的厚度差，在滿足強度要求的前提下，可減小頸管壁厚；兩者結合更有利于液體的存儲及運輸。圖1.2所示底端支撐結構[4]，其與圖1.1所示頂部支撐結構配套使用，應用于10m?以下的立式平底儲罐又稱快易冷立式平底儲罐，其底部支撐釘與軸套間隙配合，通過限位板限定內(nèi)容器沿徑向晃動，同時軸套采用環(huán)氧玻璃鋼材質(zhì)其熱導率較金屬大大減少，可有效減少熱量傳輸。

圖2所示頂端為自由端，底端為固定端。圖2.1所示頂端支撐結構，其頸管與內(nèi)容器不相通，可達到與圖1.1相似的作用，頸管在限位管的作用下可防止徑向晃動，但其無法控制軸向位移及周向轉動；圖2.2所示后端支撐結構[5]依靠重力作用使得內(nèi)容器與外殼之間軸線方向固定，下管座與支撐管采用間隙配合，同時設置有銷軸防止內(nèi)容器周向運動，同時支撐管采用環(huán)氧玻璃鋼材質(zhì)。圖2.1所示頂端支撐結構與圖2.2所示后端支撐結構需配套使用，方可達到固定內(nèi)容器的作用。此種支撐結構穩(wěn)定性較圖1所示結構較差。

2.2 夾層管路系統(tǒng)及外部閥門管路系統(tǒng)

圖3所示為現(xiàn)有夾層管路系統(tǒng)及外部閥門管路系統(tǒng)結構形式。圖3.1所示其內(nèi)容器與外殼連通的所用管線均經(jīng)過真空夾層，出液管路與底部進液管路集成為一體，設計加長“U型”熱橋，可有效降低熱導[6]；圖3.2所示外部閥門管路系統(tǒng)布置較為集成且合理，節(jié)省空間的同時可方便安裝及用戶操作。

另一種結構類似于大型立式儲罐，采用立式支座形式，所有閥門均安裝于儲罐底部進行操作，結構及生產(chǎn)制造工藝均較為復雜，圖1.1所示頂部支撐結構常出現(xiàn)在此類結構中。

3 小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)結構優(yōu)化方向

鑒于此類小型低溫儲罐供氣系統(tǒng)需求量日漸提升，并且相關技術日趨成熟，其內(nèi)部結構將會越來越傾向于焊接絕熱氣瓶及低溫絕熱氣瓶向制造便捷化方向發(fā)展，外部操作系統(tǒng)越來越傾向于智能化、人性化方向發(fā)展?；谝陨辖Y構的總結，提出以下結構優(yōu)化方向。

（1）夾層管線優(yōu)化：除液位計及增壓出液管線外的其余夾層管線可設置于頸管內(nèi)，同時可設計為直管，以便于彎制及焊接，同時頂部充裝管伸入內(nèi)容器端焊接封板，其側面鉆小孔，小孔累計面積不小于充裝管的截面積，在充裝液體時可使內(nèi)容器均勻冷卻。

（2）外集管器優(yōu)化：其可設計為上、下聯(lián)軸器，下聯(lián)軸器直接與外頂封頭連接，周向設置液位計液相出口、液位計氣相出口、經(jīng)濟回路口，上、下聯(lián)軸器之間通過螺紋連接，中間設置密封墊，下聯(lián)軸器周向設置頂部充裝口、底部充裝口、溢流口、出液口。

（3）外部閥門管路系統(tǒng)可在圖3.2基礎上增加智能化操作平臺，更有利操控、提高操作安全性。

參考文獻：

[1]區(qū)建霞.液化天然氣（LNG）車用瓶[J].廣東化工，2014（06）.

[2]陳國邦，張鵬.低溫傳熱與傳熱技術[M].北京：科學出版社，2004.

[3]張建.小型低溫容器[P].CN205372058U，2016（07）06.

[4]趙偉.立式平底罐底部限位裝置[P].CN103935654A，2014（07）23.

[5]朱國忠.低溫貯罐中內(nèi)容器的支撐裝置[P].CN101737623A，2010（06）16.

[6]尹忠浩.一種小型低溫儲罐[P].CN202791316U，2013（03）13.endprint