低溫絕熱壓力容器吊帶的設計

樊軍康

摘要：隨著經濟的發展和信息技術的進步，低溫絕熱技術在我國各個領域都取得了廣泛的應用，尤其在航天、科研、新能源的開發以及在環保等領域的貢獻尤為巨大。在工業生產過程中常見的低溫絕熱壓力容器正是低溫技術在工業領域的成功應用。同時，為了規范低溫絕熱壓力容器的制造、管理和使用，國家低溫容器質量監督管理部門已經制定了相關的管理條例，同時，也規范了低溫絕熱壓力容器吊帶的設計方案和技術水平，促進了低溫絕熱壓力容器的安全生產和運行，同時，為了進一步促進低溫絕熱壓力容器的發展和應用，本文將主要闡述低溫絕熱壓力容器的結構特征，以及低溫絕熱壓力容器吊帶的設計。

關鍵詞：低溫絕熱壓力容器;吊帶設計

引言

隨著國民經濟經濟的迅速發展和低溫技術的不斷提高，人們對低溫絕熱壓力容器的附加值也寄予厚望，為了能夠使低溫絕熱技術更廣泛的應用在生產生活中，就要不斷提高研究和探索精神，通過技術的更新和調整，生產出更具有實用價值的低溫絕熱壓力容器，同時，要提高低溫絕熱壓力容器的吊帶設計水平，從而促進低溫技術和低溫絕熱壓力容器在我國的發展與應用。

1.低溫絕熱壓力容器

低溫絕熱壓力容器也被稱之為低溫液體容器、低溫液體儲槽、低溫液體槽車等，主要被用于儲存和運輸低溫液體，如液氮、液氧等。隨著經濟的發展和低溫技術的不斷開發和應用，致使低溫絕熱壓力容器在各領域的制造和應用規模也逐漸擴大。與此同時，由于空氣分離設備具有大型化的特點，工業氣體也朝著集約化的方向發展，各類低溫液體和氣體的成本不斷降低，但是，各類低溫液體和氣體的產量卻不斷提高，這也在一定程度上促進了低溫氣體和各種氣體用量的增加以及低溫絕熱壓力容器應用領域的不斷拓展。從而促進了低溫絕熱壓力容器的生產和開發，同時，也激發了人們對低溫絕熱壓力容器吊帶的設計欲望和設計研究。

低溫絕熱壓力容器與傳統的高壓鋼瓶氣體儲運方式相比，前者具有一定的先進性和技術性，同時，低溫絕熱壓力容器相比于傳統的儲運方式更具安全性和時效性，并且，低溫絕熱壓力容器的儲運效率相對較高，同時，還能節約一定的人力和物力，在減輕勞動強度的同時降低運輸成本和經濟投入，總之，低溫絕熱壓力容器的合理使用能夠有效的提高工業生產的效率，從而促進企業的發展和國民經濟的提高。

如果用低溫絕熱壓力容器運輸一噸的液化氣體，液化氣體加上容器重量可以將總重量控制在三噸以下，但是如果用高壓鋼瓶運輸一噸的氣體，需要承擔附加運輸十噸左右的鋼材，也就是說氣體加上鋼材的重量一共在十一二噸左右，結果顯而易見，同時，使用低溫絕熱壓力容器不僅在運輸重量上占有絕對的優勢，在搬運方面也有顯著的優點，首先，使用低溫絕熱壓力容器不需要人為搬運，只需要利用容器上的各種操作閥門和管道就可以安全方便的使用低溫液體和氣體，便于操作和使用，從而能夠有效緩解工作人員的工作壓力。基于此，低溫絕熱壓力容器的制造行業迅猛發展，低溫絕熱壓力容器的發展是現代工業技術革命的開端[1]。

2.低溫絕熱壓力容器的結構特點

2.1低溫性

低溫性是低溫絕熱壓力容器的主要特點之一。低溫液體主要有以下幾個特征，首先，低溫液體的沸點極低，大約是從零下100到200度左右。同時，汽化潛熱小，低溫液體極容易汽化蒸發。其三，汽化產生的氣體是相同重量液所產生氣體的數百倍甚至上千倍，與此同時，還有一些低溫氣體是屬于易燃易爆的，如液化天然氣和液氫，還有一些有毒氣體和窒息氣體，如液氟和液氮等。所以針對低溫氣體的這幾種特性，制造低溫絕熱壓力容器的首要前提是其低溫容器材料的低溫韌性要好，尤其是接觸低溫氣體的容器內殼、管路、閥門等都要具有良好的低溫韌性和強度，以免發生冷脆的現象。其次，低溫絕熱壓力容器的絕熱性也是必須要考慮的因素之一，因為如果一點熱量傳入低溫絕熱壓力容器內部，就會導致低溫液體大量的汽化蒸發，同時，壓力會迅速升高，進而導致直接的經濟損失和安全隱患。因此，使用者要充分了解低溫液體的性質以及低溫容器的結構和運作流程，從而幫助使用者正確的使用低溫容器，提高安全系數的同時，避免經濟損失。

2.2絕熱性好

低溫容器與一般壓力容器的最大差別就是其絕熱性好，一般的低溫容器都是單層的，承壓相對較高，但是，低溫絕熱壓力容器是雙層的，夾層為真空絕熱。按照低溫絕熱壓力容器的絕熱結構來劃分，可以主要將其分為真空絕熱和非真空絕熱兩種類型，真空絕熱的一般是采用密封雙層金屬壁，并把內金屬壁做成真空絕熱體，目前較為常見的有真空粉末絕熱、高真空多層絕熱、真空纖維絕熱、高真空絕熱、高真空多層絕熱、高真空微球絕熱等，真空絕熱在制造絕熱體所采用的材料主要是能起到隔熱作用的類型，如玻璃、陶瓷、植物纖維等纖維類的材料，還有如硅藻土等粉末類的材料等[2]。非真空絕熱是指在低溫容器筒外包覆一定厚度的絕熱材料，或者在內外殼之間裝填絕熱材料，從而起到絕熱儲運低溫液體的目的，但是其效果相對一般，所以使用的不是很多。就目前來看，高空多層絕熱或真空纖維絕熱使用的較多，是比較適用的運輸型低溫容器，目前我國正大量制造和生產這一類的低溫絕熱壓力容器。

3.低溫絕熱壓力容器吊帶的設計

為了承受容器自身的質量以及儲存氣體質量所產生的重力載荷，需要在內外容器之間組焊若干條吊帶幫助低溫絕熱壓力容器承擔一部分質量，同時，吊帶對內容器和管道也能起到一定的附加約束作用，當低溫絕熱壓力容器充裝低溫液體后，吊帶和內容器以及管道會受冷收縮，從而在吊帶、內容器以及管道之間產生熱載荷。所以，要充分利用吊帶的作用，提出吊帶設計的相關方案。

3.1設計計算

3.1.1吊帶重力

與管道相比，內筒體的剛度可視為無窮大，因此，內筒體組件的剛度就相當于管道的剛度，如果有三根吊帶，那么吊帶所能承載的重量就會大大增加，從而起到相應的緩解低溫絕熱壓力容器壓力的作用。

3.1.2吊帶熱載荷

吊帶上端至容器下端的軸向長度主要由兩部分組成，低溫液體進入容器后，由于溫度會有不同程度的下降，吊帶上端至容器下端之間的構件也會有一定的收縮，并且軸向收縮量也會有所變化。同時，吊帶的總載荷和容器的總載荷都應被計算出來，使吊帶的設計具有一定的科學性和實用性。

3.2計算實例

《低溫絕熱壓力容器》中有相關的規定，對于由內容器引出的通過夾層的管路，應該充分考慮到在內外容器制造和使用過程中因溫度變化而引起的溫差應力，在必要時，為了容器使用的安全性，要有合適的溫度補償結構。由此，設計者應適當降低管道的剛度，當管道的剛度除以吊帶的剛度所得結果小于0.1時，就認為可以不計算管道的剛度。由于管道的剛度很難準確的計算出來，所以，除了可以通過試驗測定以外，一般是通過將管道設計成柔性的，從而提高吊帶的安全系數。通過相關的計算可說明了管道的剛度對于吊帶載荷的影響是不容忽視的，同時，管道的剛度對于吊帶的載荷也起著至關重要的作用[3]。

3.3制度保障

低溫絕熱壓力容器所涉及的技術相對較多，其中低溫絕熱壓力容器的吊帶設計就是其中的一項，由于低溫絕熱壓力容器屬于一種技術密集型產品，所以對生產技術的要求相對較高，但是，在使用低溫絕熱壓力容器過程中，還存在著諸多問題，當然，由吊帶設計失誤出現的問題也不在少數，所以，要嚴格規范和管理低溫絕熱壓力容器的生產技術和技術研發，完善現有的管理制度和法規，為產品的研發和使用提供安全性保障。通過調整吊帶的剛度，使管道的剛度除以吊帶的剛度所得結果小于0.1，確保生產和設計的安全性。

近年來，國家主管部門已經采取了一些相關的政策，在低溫絕熱壓力容器的質量管理和吊帶設計中起到了良好的作用，制度的保障和監管是我國低溫絕熱壓力容器發展的重要保障，同時也為其發展和吊帶的設計提供了一個良好的環境和開端。

4.結語

近年來，隨著各領域對低溫絕熱壓力容器吊帶設計的研究，充分發揮了低溫絕熱壓力容器的作用，不僅提高了其安全方面的性能，在工業生產和運輸低溫氣體的過程中，也起到了顯著的作用，同時，由于相關規定的陸續出臺，也進一步規范了各行各業對低溫絕熱壓力容器的使用和生產，在提高低溫絕熱壓力容器工作效率的同時，也提高了其應用的技術性和先進性，尤其是對低溫絕熱壓力容器吊帶的設計和研究，更是為低溫絕熱壓力容器的使用提供了安全和技術保障，同時也推動了低溫技術的發展和我國國民經濟水平的提高和進步。

參考文獻：

[1]黃宏，王麗紅，陳聯，葛瑞宏，孫冬花.低溫絕熱壓力容器檢漏系統分析[J].真空與低溫，2010，03：160-164.

[2]夏立榮，陳克，趙勇.低溫絕熱壓力容器定期檢驗技術的分析與研究[A].中國制冷學會低溫第一專業委員會、中國航天低溫專業信息網.第八屆全國低溫工程大會暨中國航天低溫專業信息網2007年度學術交流會論文集[C].中國制冷學會低溫第一專業委員會、中國航天低溫專業信息網：2013，，04：125-126.

[3]施昱，李業勤.立式低溫液體儲罐吊帶設計[J].石油化工設備，2011，06：37-39.