冷凍液化氣體罐箱靜態(tài)蒸發(fā)率與維持時間關(guān)系

傅軍波　顧昊　魏國星 朱長浩

摘 要：靜態(tài)蒸發(fā)率和維持時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（以下簡稱低溫罐箱）憑借其安全可靠、運輸靈活、快捷方便、經(jīng)濟實用、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，越來越多的被用于國際間的水路、公路、鐵路運輸以及這些方式的聯(lián)運。為了保證低溫罐箱的安全運輸，其設(shè)計、制造必須滿足一系列的國內(nèi)、國際規(guī)范的要求，同時由于盛裝介質(zhì)為冷凍液化氣體，所以對整個低溫罐箱的絕熱性能有很高的要求，而靜態(tài)蒸發(fā)率和維持時間是反映低溫罐箱絕熱性能的重要參數(shù)，這兩個指標(biāo)都可以通過實驗實際測量得出。既然這兩個參數(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)，是否可以通過一個參數(shù)理論上推導(dǎo)出另一個參數(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存于運輸，就必須有優(yōu)良的絕熱性能，因此低溫罐箱通常設(shè)計成有內(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 維持時間與總熱流量的關(guān)系

維持時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℃）的狀況下的時間，單位為天。

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

HT=[（u2-u1）*w*1000]/[3600*Q總]

HT：計算維持時間，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)率和維持時間都與一個參數(shù)總熱流量Q總有關(guān)，不管是上面的哪個試驗，最終驗證的都是總的熱流量是多少。所以我們完全可以通過靜態(tài)蒸發(fā)率試驗來推導(dǎo)出總熱流量Q總，從而計算出維持時間。也可以反過來通過維持時間來計算出靜態(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)維持時間的換算關(guān)系。

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

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

再用通過以上試驗得出總熱流量（①方法實則為靜態(tài)蒸發(fā)率試驗方法），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)維持時間。

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

6 結(jié)束語

通過以上我們可以看出，靜態(tài)蒸發(fā)率與維持時間是絕熱系統(tǒng)有效性的不同表現(xiàn)形式，可以通過一個參數(shù)理論上推導(dǎo)出另一個參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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