小型低溫儲(chǔ)罐供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(chǎng)上1-5立方低溫供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及主要特點(diǎn)，基于現(xiàn)有的小型立式低溫儲(chǔ)罐與低溫絕熱氣瓶[1]及焊接絕熱氣瓶等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出快易冷供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方向，為產(chǎn)品的改進(jìn)提供應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：低溫供氣系統(tǒng)；小型立式低溫儲(chǔ)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(chǔ)罐供氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1～5 m?低溫儲(chǔ)罐作為一種低溫絕熱壓力容器，主要用于運(yùn)輸和存儲(chǔ)液氧、液氮、液氬及LNG等低溫液態(tài)氣體，并能夠自動(dòng)提供連續(xù)的氣體。低溫液體要保證其在儲(chǔ)罐內(nèi)不被汽化，需要從物理學(xué)的熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流[2]三方面進(jìn)行考慮，與低溫絕熱氣瓶相同的，小型低溫儲(chǔ)罐需設(shè)置雙層結(jié)構(gòu)。其一，夾套內(nèi)被抽成高真空有效防止熱對(duì)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(shè)置有環(huán)氧玻璃鋼襯套有效阻止熱傳導(dǎo)，三者共同形成良好的絕熱系統(tǒng)。

該類儲(chǔ)罐外部設(shè)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(shè)備旁，輸氣距離短，供氣壓力穩(wěn)定，用戶可根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行用氣壓力的調(diào)節(jié)；廣泛應(yīng)用于切割、焊接、低溫實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院等領(lǐng)域。該類產(chǎn)品存儲(chǔ)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(shí)間耗費(fèi)、液體損耗及操作風(fēng)險(xiǎn)。

2 小型低溫儲(chǔ)罐供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

小型低溫儲(chǔ)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(dá)產(chǎn)品等，其立式結(jié)構(gòu)主要分為三部分：支撐結(jié)構(gòu)、夾層管路系統(tǒng)及外部閥門管路系統(tǒng)，以下就這幾個(gè)方面對(duì)其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)對(duì)比。

2.1 支撐結(jié)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)包括頂端支撐結(jié)構(gòu)及底端支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)容器與外殼之間通過支撐結(jié)構(gòu)相連，并對(duì)內(nèi)容器進(jìn)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(jié)構(gòu)），底端為自由端。圖1.1所示頂端支撐結(jié)構(gòu)[3]，其一，在內(nèi)集管器下端設(shè)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(chǔ)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(rèn)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(dāng)增加兩者之間的厚度差，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，可減小頸管壁厚；兩者結(jié)合更有利于液體的存儲(chǔ)及運(yùn)輸。圖1.2所示底端支撐結(jié)構(gòu)[4]，其與圖1.1所示頂部支撐結(jié)構(gòu)配套使用，應(yīng)用于10m?以下的立式平底儲(chǔ)罐又稱快易冷立式平底儲(chǔ)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(dòng)，同時(shí)軸套采用環(huán)氧玻璃鋼材質(zhì)其熱導(dǎo)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(jié)構(gòu)，其頸管與內(nèi)容器不相通，可達(dá)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(dòng)，但其無法控制軸向位移及周向轉(zhuǎn)動(dòng)；圖2.2所示后端支撐結(jié)構(gòu)[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(shí)設(shè)置有銷軸防止內(nèi)容器周向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)支撐管采用環(huán)氧玻璃鋼材質(zhì)。圖2.1所示頂端支撐結(jié)構(gòu)與圖2.2所示后端支撐結(jié)構(gòu)需配套使用，方可達(dá)到固定內(nèi)容器的作用。此種支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較圖1所示結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)液管路集成為一體，設(shè)計(jì)加長“U型”熱橋，可有效降低熱導(dǎo)[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(shí)可方便安裝及用戶操作。

另一種結(jié)構(gòu)類似于大型立式儲(chǔ)罐，采用立式支座形式，所有閥門均安裝于儲(chǔ)罐底部進(jìn)行操作，結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)制造工藝均較為復(fù)雜，圖1.1所示頂部支撐結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在此類結(jié)構(gòu)中。

3 小型低溫儲(chǔ)罐供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向

鑒于此類小型低溫儲(chǔ)罐供氣系統(tǒng)需求量日漸提升，并且相關(guān)技術(shù)日趨成熟，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會(huì)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(jié)構(gòu)的總結(jié)，提出以下結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向。

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

（2）外集管器優(yōu)化：其可設(shè)計(jì)為上、下聯(lián)軸器，下聯(lián)軸器直接與外頂封頭連接，周向設(shè)置液位計(jì)液相出口、液位計(jì)氣相出口、經(jīng)濟(jì)回路口，上、下聯(lián)軸器之間通過螺紋連接，中間設(shè)置密封墊，下聯(lián)軸器周向設(shè)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(chǔ)上增加智能化操作平臺(tái)，更有利操控、提高操作安全性。

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