冷凍液化氣體罐箱靜態(tài)蒸發(fā)率與維持時(shí)間關(guān)系

傅軍波　顧昊　魏國(guó)星 朱長(zhǎng)浩

摘 要：靜態(tài)蒸發(fā)率和維持時(shí)間是冷凍液化氣體罐箱絕熱性能的重要參數(shù)，本文探討了兩者之間的換算關(guān)系。

關(guān)鍵詞：冷凍液化氣體罐箱;靜態(tài)蒸發(fā)率;維持時(shí)間

1 前言

隨著液氧、液氬、液氮、液化天然氣等冷凍液化氣體的廣泛應(yīng)用，冷凍液化氣體罐箱（以下簡(jiǎn)稱低溫罐箱）憑借其安全可靠、運(yùn)輸靈活、快捷方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的被用于國(guó)際間的水路、公路、鐵路運(yùn)輸以及這些方式的聯(lián)運(yùn)。為了保證低溫罐箱的安全運(yùn)輸，其設(shè)計(jì)、制造必須滿足一系列的國(guó)內(nèi)、國(guó)際規(guī)范的要求，同時(shí)由于盛裝介質(zhì)為冷凍液化氣體，所以對(duì)整個(gè)低溫罐箱的絕熱性能有很高的要求，而靜態(tài)蒸發(fā)率和維持時(shí)間是反映低溫罐箱絕熱性能的重要參數(shù)，這兩個(gè)指標(biāo)都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)量得出。既然這兩個(gè)參數(shù)都是反映低溫罐箱的絕熱性能，那么兩者之間是否有關(guān)聯(lián)，是否可以通過(guò)一個(gè)參數(shù)理論上推導(dǎo)出另一個(gè)參數(shù)，答案是肯定的。

2 低溫罐箱的總熱流量

為了滿足冷凍液化氣體的儲(chǔ)存于運(yùn)輸，就必須有優(yōu)良的絕熱性能，因此低溫罐箱通常設(shè)計(jì)成有內(nèi)容器與外容器的雙層結(jié)構(gòu)。內(nèi)容器表面包扎由絕熱紙和鋁箔組成的絕熱材料，內(nèi)外容器之間采用合適的支撐結(jié)構(gòu)，并抽真空，以減少漏熱。所以我們可以看出低溫罐箱與外界的熱交換主要由以下幾個(gè)部分組成：由絕熱材料傳入的熱流量，與絕熱層的熱導(dǎo)率、面積等參數(shù)有關(guān);由內(nèi)外容器的支撐傳入的熱流量，與夾層支撐的截面積、長(zhǎng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)有關(guān);由夾層管道傳入的熱流量，與夾層管道的截面積、長(zhǎng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)有關(guān)。則：

Q總=Q1+Q2+Q3

Q總：由外殼傳入內(nèi)容器的總熱流量，單位W;Q1：由絕熱材料傳入的熱流量，單位W;Q2：由內(nèi)外容器的支撐傳入的熱流量，單位W;Q3：由夾層管道傳入的熱流量，單位W。

3 靜態(tài)蒸發(fā)率與總熱流量的關(guān)系

靜態(tài)蒸發(fā)率是指在額定充滿率下，靜置達(dá)到熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量和內(nèi)容器有效容積下低溫液體質(zhì)量的百分比，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.01325×105Pa）和環(huán)境溫度（20℃）的狀態(tài)下的蒸發(fā)率值，單位為百分比每天。

我們假設(shè)外界漏進(jìn)內(nèi)容器的熱量全部用于低溫液體的氣化，與低溫液體的氣化潛熱有關(guān)，則我們可以用以下公式求出靜態(tài)蒸發(fā)率：

NER=[Q總*24*3600]/[1000*H*ρ*ν]

Q總：由外殼傳入內(nèi)容器的總熱流量，單位W;H：裝載低溫液體的氣化潛熱，單位kJ/kg;ρ：裝載低溫液體的密度，單位kg/m3ν：罐箱的有效容積，單位m3。

4 維持時(shí)間與總熱流量的關(guān)系

維持時(shí)間是指按額定充滿率充裝低溫液體，內(nèi)部靜置的低溫液體在大氣壓力下與外界環(huán)境溫度達(dá)到熱平衡后，補(bǔ)液至額定充滿率，且關(guān)閉氣相閥后，內(nèi)容器從環(huán)境大氣壓力開始上升到安全泄放裝置開始泄放的經(jīng)歷時(shí)間，且換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.01325×105Pa）和環(huán)境平均溫度（30℃）的狀況下的時(shí)間，單位為天。

我們可以假設(shè)傳入的熱量全部用來(lái)使低溫液體的內(nèi)能增加，而忽略氣體部分的影響。我們可以用以下公式計(jì)算得出維持時(shí)間。

HT=[（u2-u1）*w*1000]/[3600*Q總]

HT：計(jì)算維持時(shí)間，單位h;u1：初始裝載壓力下低溫液體的單位內(nèi)能，單位kJ/kg;u2：安全閥整定壓力下低溫液體的單位內(nèi)能，單位kJ/kg;w：低溫液體的總質(zhì)量，單位kg;Q總：由外殼傳入內(nèi)容器的總熱流量，單位W。

5 靜態(tài)蒸發(fā)率與維持時(shí)間的關(guān)系

從第3段和第4段的公式中，我們可以看出，靜態(tài)蒸發(fā)率和維持時(shí)間都與一個(gè)參數(shù)總熱流量Q總有關(guān)，不管是上面的哪個(gè)試驗(yàn)，最終驗(yàn)證的都是總的熱流量是多少。所以我們完全可以通過(guò)靜態(tài)蒸發(fā)率試驗(yàn)來(lái)推導(dǎo)出總熱流量Q總，從而計(jì)算出維持時(shí)間。也可以反過(guò)來(lái)通過(guò)維持時(shí)間來(lái)計(jì)算出靜態(tài)蒸發(fā)率。在GB/T18443.7-2010附錄A中也給出了靜態(tài)蒸發(fā)率和標(biāo)態(tài)維持時(shí)間的換算關(guān)系。

另外從《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》IMDG CODE的要求中也可以看出兩者試驗(yàn)之間是可以互相換算的。在《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》IMDG CODE的6.7.4章中要求對(duì)絕熱系統(tǒng)的有效性（總熱流量）進(jìn)行試驗(yàn)得出，可以采用以下兩種方法：

①持續(xù)壓力試驗(yàn)（例如在大氣壓下），測(cè)出一段時(shí)間內(nèi)低溫液體的損失量;②關(guān)閉系統(tǒng)的試驗(yàn)，在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)出罐內(nèi)壓力上升。

再用通過(guò)以上試驗(yàn)得出總熱流量（①方法實(shí)則為靜態(tài)蒸發(fā)率試驗(yàn)方法），結(jié)合初始充灌條件，安全閥整定壓力、環(huán)境溫度、充裝介質(zhì)的物理性質(zhì)，確定標(biāo)態(tài)維持時(shí)間。

需要注意的是，在低溫罐箱的實(shí)際運(yùn)輸中，需要對(duì)于每一航次的實(shí)際情況來(lái)確定所運(yùn)介質(zhì)的實(shí)際維持時(shí)間，該時(shí)間可以根據(jù)標(biāo)態(tài)維持時(shí)間、實(shí)際充灌密度、實(shí)際充灌壓力、安全閥整定壓力來(lái)確定。并且絕熱系統(tǒng)的有效性會(huì)隨著罐箱使用時(shí)間的增加會(huì)逐漸變差，這一點(diǎn)也需注意。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上我們可以看出，靜態(tài)蒸發(fā)率與維持時(shí)間是絕熱系統(tǒng)有效性的不同表現(xiàn)形式，可以通過(guò)一個(gè)參數(shù)理論上推導(dǎo)出另一個(gè)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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