鐵路運(yùn)輸?shù)蜏匾后w罐式集裝箱結(jié)構(gòu)與工藝分析

張旭平 宋超 謝淑賢 安宇龍 徐瑞峰

摘 要：在鐵路運(yùn)輸過程中，氧氣、氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w多以液體形式進(jìn)行運(yùn)輸，而為了確保運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，需借助低溫液體罐式集裝箱來承擔(dān)運(yùn)輸載體，究其原因，多與罐式集裝箱所具有的良好密封性和隔熱性有關(guān)。對此，通過分析鐵路運(yùn)輸?shù)蜏匾后w罐式集裝箱的基本特點(diǎn)和主要原理，深入研究該類集裝箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝特點(diǎn)，并指出其發(fā)展趨勢，進(jìn)而進(jìn)一步就罐式集裝箱進(jìn)行優(yōu)化，并促進(jìn)鐵路運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鐵路運(yùn)輸;低溫液體;罐式集裝箱;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);工藝特點(diǎn)

0 引言

氧氣、氮?dú)獾葰怏w，其廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)藥化工、軍事制造等多個領(lǐng)域之中，這些氣體運(yùn)輸過程中需要以液態(tài)形式存在，具有一定的危險性，因此在運(yùn)輸過程中需借助低溫液體儲存方式以保證其運(yùn)輸穩(wěn)定性和安全性。在此基礎(chǔ)上，低溫液體罐式集裝箱是一種十分常見的用于液態(tài)氣體儲存運(yùn)輸?shù)膲毫θ萜鳎粌H能夠滿足液態(tài)氣體的運(yùn)輸要求，同時因其較強(qiáng)的穩(wěn)定性和密封性也能夠適用于多種運(yùn)輸作業(yè)環(huán)境。對此，文章以目前較為先進(jìn)的低溫液體罐式集裝箱為例進(jìn)行了分析。

1 低溫液體罐式集裝箱的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)流程

現(xiàn)階段不同種類的低溫液體罐式集裝箱，雖然從使用方法及使用目的上來看其均存在較大差異，但其生產(chǎn)流程和所需要的生產(chǎn)技術(shù)則大同小異。低溫液體罐式集裝箱的生產(chǎn)主要包括罐體制造、框架制造及結(jié)構(gòu)總裝等三個環(huán)節(jié)。首先，圍繞罐體制造過程，筒體卷圓成型焊接以及封頭與筒體的組對焊接是罐體制造的關(guān)鍵，而針對此項，加工過程中會采用等離子/氬弧焊一體焊接設(shè)備來保證焊接質(zhì)量，單筒節(jié)用卷板機(jī)卷制成型，用長軸組對滾輪架進(jìn)行筒節(jié)組對以及筒體封頭組對，此外，加工過程中對筒體進(jìn)行酸洗及脫脂處理，保證筒體的整體潔靜，進(jìn)而為后續(xù)罐體安裝鋪墊基礎(chǔ);其次，圍繞框架制造過程，該階段關(guān)鍵要保證角柱與角件的焊接質(zhì)量，角柱角件焊接后要進(jìn)行拉力試驗來檢驗焊接質(zhì)量，而框架的最大作用在于支撐罐體，因此確保框架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性往往是該階段的關(guān)鍵所在;最后，圍繞結(jié)構(gòu)總裝制造過程，該階段主要針對罐體、框架及各種附件進(jìn)行組合安裝，尤其是應(yīng)注意管路系統(tǒng)的安裝。同時，在整個罐箱制作過程中，考慮到需始終確保罐體的密封性，需要對內(nèi)外筒體的A、B類焊縫進(jìn)行100%射線無損檢測，在X射線探傷設(shè)備的支撐下能及時發(fā)現(xiàn)罐式集裝箱存在的危險因素[1]。

2 低溫液體罐式集裝箱的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

低溫液體罐式集裝箱，早在1997年德國Babcock-Borsig公司便與瑞典ESAB公司合作開發(fā)了一臺大型龍門式全自動自適應(yīng)控制埋弧裝備，其中，該裝備用于環(huán)縫焊接方式焊接，投入至今依舊運(yùn)行良好，進(jìn)而為低溫液體罐式集裝箱的發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。同時，該裝置由計算機(jī)軟件控制的ABW系統(tǒng)和激光圖像傳感器組成，這意味著焊接精度得以充分保障，能夠基本滿足低溫液體罐式集裝箱的焊接需求。在此基礎(chǔ)上，低溫液體罐式集裝箱擁有了充足的生產(chǎn)技術(shù)支持，因此已經(jīng)受到了當(dāng)前交通運(yùn)輸行業(yè)的重視和認(rèn)可[2]。

此外，圍繞現(xiàn)階段低溫液體罐式集裝箱，其大多擁有以下特點(diǎn)：首先，低溫液體罐式集裝箱包括罐體、加強(qiáng)圈、真空絕熱層、框架、管路系統(tǒng)等多個組成部分，而由于加強(qiáng)圈的存在，低溫液體罐式集裝箱的整體抗壓性能相對較強(qiáng)，既能夠達(dá)到液態(tài)氣體的儲存要求，又可以滿足液態(tài)氣體的低溫高壓運(yùn)輸需求，有助于確保氣體運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性;其次，低溫液體罐式集裝箱在保證罐體容積的基礎(chǔ)上盡可能就罐體的整體重量進(jìn)行降低，且結(jié)構(gòu)要相對簡單，這樣不僅焊接難度較低，同時在開展清理、除銹、噴砂、涂漆等作業(yè)時也相對容易，能夠進(jìn)一步就工作人員工作量進(jìn)行降低，并提高實際生產(chǎn)的具體效率;最后，低溫液體罐式集裝箱對于任何氣體而言均具有較強(qiáng)的適用性，即能夠滿足絕大多數(shù)氣體的低溫運(yùn)輸儲存需求，這使得低溫液體罐式集裝箱具有較高的應(yīng)用價值，市場空間較為寬廣。

3 低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)分析

低溫液體罐式集裝箱，其由罐體、加強(qiáng)圈、框架、管路系統(tǒng)等幾部分組成，整體尺寸為長6056mm，寬2438mm，

高2591mm。罐體由內(nèi)層筒體、外層殼體、絕熱層組成，并且內(nèi)筒體以S30408作為筒體材料，碳鋼作為外層殼體材料。此外，在低溫液體罐式集裝箱所有結(jié)構(gòu)中，罐體的絕熱層始終占有舉足輕重的作用和地位，因此通常以絕熱層的隔絕程度來判定低溫液體罐式集裝箱的質(zhì)量優(yōu)劣。而對于絕熱層的隔絕程度來說，其在通常情況下會受到絕熱體熱量損失、框架支撐材料強(qiáng)度、絕熱材料傳導(dǎo)效率等多方面因素影響[3]。

4 低溫液體罐式集裝箱的工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)要求

4.1 隔熱層生產(chǎn)

針對低溫液體罐式集裝箱的罐體隔熱層，確保其清潔度往往是保障生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。首先，考慮到絕熱層的清潔程度會直接對整個集裝箱罐體的密封性和隔熱性造成影響，因此除了應(yīng)于生產(chǎn)過程中嚴(yán)格把關(guān)控制灰塵雜質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)入罐體內(nèi)外，還應(yīng)在階段性生產(chǎn)過程后系統(tǒng)的就罐體內(nèi)部進(jìn)行清潔，進(jìn)而及時排除污染物并保障隔熱層的清潔度。其次，除控制污染物外，針對絕熱材料所進(jìn)行的包扎組裝作業(yè)同樣十分重要，而在組裝隔熱層時，除了應(yīng)確保層與層之間絕熱材料均按照縱向或環(huán)向方向布置外，還應(yīng)始終于干燥的環(huán)境下開展相關(guān)作業(yè)，進(jìn)而一方面通過減少層與層之間的縫隙以在阻礙熱量損失的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳的隔熱效果，另一方面借助除濕機(jī)以規(guī)避絕熱材料與空氣長期接觸所產(chǎn)生的吸潮問題，并最終保障絕熱材料的使用質(zhì)量。此外，考慮到絕熱材料在抽真空時往往會放出過多的氣體而導(dǎo)致真空度難以達(dá)到，因此應(yīng)適當(dāng)就包扎的松緊度進(jìn)行調(diào)整，在確保隔熱層達(dá)到低溫液體罐式集裝箱生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上為后續(xù)作業(yè)流程奠定充實的基礎(chǔ)。

4.2 罐體生產(chǎn)

在罐體生產(chǎn)過程中，保證罐體的密封性和真空性往往尤為重要。首先，應(yīng)在罐體生產(chǎn)完成后系統(tǒng)就罐體的隔熱夾層進(jìn)行密封性能檢測，其中可在烘烤罐體的基礎(chǔ)上采取抽真空方式開展檢測作業(yè)，同時，可借助氦質(zhì)譜真空檢測手段就罐體進(jìn)行全方位漏點(diǎn)查找，進(jìn)而及時發(fā)現(xiàn)罐體的漏點(diǎn)，保障低溫液體罐式集裝箱的安全投產(chǎn);其次，在罐體焊接過程中，一般需使用環(huán)焊方式進(jìn)行焊接，且考慮到罐體整體尺寸較大，需用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行吊裝，以免給現(xiàn)場人員帶來危險，同時，采用反射屏材料，應(yīng)避免其與隔熱層接觸，進(jìn)而規(guī)避熱量傳導(dǎo)增加問題的出現(xiàn)[4]。

4.3 框架罐體總裝

在框架罐體總裝過程中，焊接是工作人員開展安裝作業(yè)的主要形式，而由于需要借助吊裝和定位工裝就框架及罐體進(jìn)行組裝，因此應(yīng)嚴(yán)格控制框架及連接件的尺寸，在以生產(chǎn)圖紙和生產(chǎn)工藝為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上保障組裝過程的準(zhǔn)確性。同時，應(yīng)確保各連接部件間的的焊接質(zhì)量，進(jìn)而從根本上防止集裝箱質(zhì)量問題出現(xiàn)。此外，在總裝過程中，應(yīng)就裝配間隙進(jìn)行合理控制，以免構(gòu)件于焊接中出現(xiàn)變形問題，并應(yīng)在總裝作業(yè)完成后詳細(xì)就集裝箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、低溫性能等進(jìn)行型式試驗，在滿足相關(guān)行業(yè)規(guī)范且取得《可移動罐柜認(rèn)可證書》的前提下方可允許投入使用。

5 結(jié)束語

綜上，圍繞低溫液體罐式集裝箱，我們詳細(xì)介紹了低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝要點(diǎn)，其中，需針對隔熱層、罐體、框架總裝等罐式集裝箱的要點(diǎn)進(jìn)行完善的質(zhì)量控制，在杜絕質(zhì)量隱患的基礎(chǔ)上保障罐式集裝箱的安全使用，最終促進(jìn)低溫液化氣體運(yùn)輸及儲存的正常進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓樂，真空絕熱低溫液體罐式集裝箱檢驗方法[Z].吉林省特種設(shè)備安全與節(jié)能促進(jìn)會，2018-07-30.

[2]俞志東.鐵路罐式箱LNG運(yùn)輸振動三分相蒸發(fā)計算模型及安全評估技術(shù)研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2017.

[3]毛海濤，液態(tài)CO2罐式集裝箱[Z].江西制氧機(jī)有限公司，2015-09-29.

[4]王琨博.20英尺低溫液體罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算[J].中國化工裝備，2014，16（05）：15-18.