LNG汽車罐車夾層真空度影響因素討論

趙 波 高小琦 李昳心

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院 陜西西安 710000）

引 言

汽車罐車作為一種移動式壓力容器,因其靈活、方便、快捷的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品重要的載體。LNG 作為清潔能源，符合國際和我國節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。近年來，我國LNG項(xiàng)目得到了迅猛發(fā)展并形成了一些發(fā)展LNG產(chǎn)業(yè)的有利條件。LNG汽車罐車絕熱方式基本都是高真空多層絕熱，又稱“超級絕熱”。絕熱夾層的真空度, 是保證真空絕熱低溫容器之絕熱性能的關(guān)鍵因素, 為了達(dá)到良好的絕熱目的, 在用LNG罐車在檢規(guī)中規(guī)定夾層真空度≤1.33 Pa。而夾層材料的放氣和外筒體的漏氣, 會導(dǎo)致夾層真空度逐漸升高, 從而直接影響容器的絕熱性能。因此, 夾層高真空度的維持直接關(guān)系到壓力容器的使用壽命。

1 LNG罐車基本特點(diǎn)

LNG罐車主要由罐體（內(nèi)筒體和外殼）、管路、行走機(jī)構(gòu)、牽引銷、支腿、防護(hù)欄等部分組成；內(nèi)筒體一般用S30408作為主體材料，外殼一般用Q345R作為主體材料，內(nèi)外罐之間通過環(huán)氧玻璃鋼材料的支撐進(jìn)行軸向和徑向的約束，其中夾層中填充有由絕熱紙和鋁箔組成的復(fù)合絕熱層，此外夾層中還會放置一定量的吸附劑。在夾層設(shè)置吸氫劑、吸濕劑對于有效保持夾層空間的真空度具有重要的作用。夾層的真空壽命很大程度上取決于吸附劑的特性、 裝入量以及能否充分發(fā)揮作用等。

2 在用LNG罐車夾層真空度影響因素分析

夾層真空度變化的主要原因是外筒體漏氣和夾層材料放氣。

圖1

圖2

LNG罐車在實(shí)際使用過程中，由于其使用的不確定性，及出廠制造時的遺留問題，外筒體漏氣在真空度超標(biāo)的車輛中比較常見。部分罐車在制造時將加強(qiáng)筋置于外筒體外部，這種設(shè)置由加強(qiáng)筋與外殼角焊縫開裂引起外筒體漏氣的情況時有發(fā)生（見圖1），

另一種是將加強(qiáng)筋置于外筒體內(nèi)部（圖2），該種設(shè)置若非外部機(jī)械損傷，一般不易產(chǎn)生加強(qiáng)筋與外筒體角焊縫撕裂性損傷。

在用LNG罐車其真空隔離閥處在測完真空度之后（見圖3），抽真空口在抽完真空之后如果密封不嚴(yán)（見圖4），會造成夾層真空度快速升高。

圖3

圖4

接管與外筒體連接部位焊縫若存在裂紋也會導(dǎo)致失真空現(xiàn)象（見圖5）；此外還有事故撞擊造成外筒體破損等，導(dǎo)致夾層快速失真空的情況。

圖5

圖6

另外一種就是夾層材料放氣。在-162 ℃環(huán)境下,分子篩能有效地吸附空氣中的主要組分N2、O2、Ar等, 但是對He、Ne、H2不能有效吸附。氫氣是夾層材料放氣的主要成分, 國內(nèi)外的大量測試表明,金屬材料和多層材料在100 ℃以上熱環(huán)境中真空放氣一段時間后, H2占其放氣組分的70%以上, 并且高真空多層絕熱容器的夾層內(nèi)的放氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的漏氣量。由于He、Ne所占的含量極小, 并且可以在夾層抽真空除氣過程中被N2有效地置換掉,所以H2是影響夾層真空度的主要原因。

兩類最常用的吸附劑:分子篩和一氧化鈀, 分之篩在低溫低壓下對氫氣的吸附效果并不明顯, 并且受到條件的限制。因?yàn)? 分子篩主要對極性分子和不飽和分子具有較高的親和力, 如對于水, 其具有很大吸附量, 但是對于非極性分子中的一部分和沸點(diǎn)低的物質(zhì), 其很難吸附。一氧化鈀是一種穩(wěn)定的化合物, 高溫時才會分解, 且不溶于包括王水在內(nèi)的任何酸。一氧化鈀是一種良好的吸氫劑, 它吸附量大、性質(zhì)穩(wěn)定的特性使其能應(yīng)用于大多數(shù)低溫液體儲罐中。

分子篩對于水分是通過物理吸附來完成的；一氧化鈀（分子式PdO）作為LNG罐車常用吸氫劑，其通過PdO粉末在吸附氫氣后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成Pd, 吸附后的物質(zhì)組分只有Pd和PdO。在用LNG罐車使用過程夾層中的兩種吸附劑會存在吸附飽和的情況，一旦吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)，在空載或是外筒體溫度升高時，其分子篩會釋放出已吸附的水分，這將致使夾層真空度繼續(xù)升高。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中一般選擇在每天溫度最高時對夾層真空度進(jìn)行測量。對于LNG罐車真空度偏高原因確實(shí)是因?yàn)槲絼╋柡偷那闆r，可通過對外筒體加溫＋抽真空處理，但此種方法具有一定的局限性，并且該方法真空度維持時間比較短。現(xiàn)在部分廠家的做法是在外筒體后封頭或前封頭上開孔并加裝常溫吸附室（見圖6），通過該方法可以有效地解決因吸附劑飽和而引起的真空度超標(biāo)問題。

LNG罐車的安全運(yùn)行受到多種因素影響，夾層真空度是罐車安全性能、低溫性能的一種直觀體現(xiàn)，其安全運(yùn)行的重點(diǎn)在于使用者，加強(qiáng)罐車使用者的安全意識及專業(yè)素質(zhì)對于保證安全運(yùn)行意義重大。本文從LNG罐車真空度影響因素出發(fā)，把檢驗(yàn)中影響夾層真空度的問題總結(jié)討論，如有不足之處望大家指正！