簡析冷凍液化氣體罐箱的容積最大化設計

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用，冷凍液化氣體罐式集裝箱作為液化氣體的重要設備，有著廣闊的市場前景。如何通過各種技術手段將罐箱容積設計最大化，是提升罐箱產品競爭力的重點。

關鍵詞：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用，冷凍液化氣體罐式集裝箱作為液化氣體的重要設備，有著廣闊的市場前景。1990年至今，經歷了推廣和廣泛發展階段，目前罐式集裝箱已經成為歐美地區化學品陸運、多式聯運的主要載體，并在全球得到蓬勃發展。

冷凍液化氣體罐式集裝箱相對槽車、儲罐等其他儲運設備，具有如下等諸多優勢：（1）既可作運輸工具，在生產、使用場地也可用作儲存容器；（2）可實現門對門運輸，使運輸更加安全可靠；（3）可實現公路、鐵路、內河、洋聯運，大大縮短車、站碼頭的裝卸時間。箱子可堆碼6～9層，占有場地小；（4）由于罐式集裝箱可實現箱、車分離，擁有罐式集裝箱的企業，可不必同時擁有自備車或自備車實現一車多用。

冷凍液化氣體罐式集裝箱的結構隨著幾十年的技術發展已趨于成熟，而為了進一步的節能降耗，提高工業生產經濟效益，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的液體越多，即降低低溫冷凍液化氣體罐式集裝箱的自重、提高罐箱的總容積。本文主要分析了目前國內針對冷凍液化氣體罐箱容積最大化的幾種設計優化方案。

1 應變強化工藝

應變強化工藝，是指針對奧氏體不銹鋼內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，從而達到結構穩定的容器。以一臺40ft罐箱為例，其采用應變強化工藝的內容器可以降低自總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省兩頓左右的原材料費用，和多盛裝2t左右的介質。

2 無橫梁設計

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置4根橫梁，用以增加罐箱框架的穩定性。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為冷凍液化氣體，罐箱結構為內外兩層，中間設有夾層絕熱保溫，避免內膽介質吸熱過快而蒸發。早期罐箱一般采用真空粉末，為了達到絕熱效果，其夾層厚度一般要求在200mm左右。而罐箱的外容器可設計最大直徑是個定值，過厚的夾層空間壓縮其內容器的全容積。隨著高真空多層絕熱技術的到來，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，并在夾層中對內容器纏繞多層由鋁箔和玻纖紙復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、導熱、輻射等途徑流入內膽的熱量，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定性，通常罐箱的外容器均為設置角鋼加強圈，加強圈的間距使其結構與外容器壁厚設置在200-600mm不等。以前，加強圈一般設置在罐箱外容器的內側，為了預留加強圈的空間、復合絕熱紙的厚度以及內容器與外容器的套裝空間，所以罐箱的夾層空間一般設置在80-100mm左右，而現在，加強圈的外置設計已經在越來越多的應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上，將加強圈設計在外容器外側，并在外容器整圓的頂端與左右兩側超寬超高處打斷，并設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（如圖1所示）。

通過加強圈外置的設計，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。

隨著社會工業化的發展，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，運輸成本低等優勢，需求量不斷增加。罐箱容積最大化設計可降低運輸成本，達到節能減排的效果，提升產品競爭力。