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LNG低溫儲罐絕熱技術以及真空應用大揭秘



發布時間:2019-08-08 10:12:19      本頁關鍵詞:低溫儲罐

一、 絕熱的目的和方法  

  低溫絕熱的目的主要是為了減少由環境與LNG的熱傳導,即減少冷損。對于低溫儲罐來說,可以減小氣化損失,或為長時間儲存及遠距離運送創造條件。特別是對于LNG液化裝置及LNG儲存容器,如果沒有良好的絕熱,液化和儲存都難以實現。因此,低溫絕熱不僅具有經濟意義,而且具有技術意義。除此之外,對設備、管道進行絕熱還可以避免在外表面上結露、結霜,也可以避免人的皮膚與之接觸時有冷的感覺甚至凍傷。這對改善工作條件及防止意外事故的發生都是有必要的。

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二、 絕熱方法的分類  

  低溫絕熱分為普通絕熱和真空絕熱。

1、 普通(堆積)絕熱

  普通絕熱是一種使用較早的傳統的絕熱方法,它是在設備、容器,管道的外側敷設固體的多孔性絕熱材料,而在絕熱材料的空隙中充滿著大氣壓力下的空氣(或其它氣體)。這種絕熱方法的絕熱性能較差,但其結構簡單、造價低廉,故在絕熱要求不高的情況下普遍使用,F在LNG加液站的管道多采用這種絕熱方法。

2、 真空絕熱

  真空絕熱是將絕熱結構做成密閉的夾層,內部空間抽至一定的真空度,以減少熱量的傳入。真空絕熱有三種基本類型:高真空絕熱、真空多孔絕熱及真空多層絕熱。

2.1、高真空絕熱 

  亦稱單純真空絕熱,它只是單純地將夾層空間抽至1.38*10-3Pa(1.0*10-5mmHg)1的真空。常見的真空保溫杯即采用這種絕熱方式。在真空夾層中,只有兩個壁面之間的輻射傳熱及夾層內殘余氣體的導熱。如果將夾層內表面拋光,或者涂上一層反射性物質,就形成反射性能良好的真空夾層,輻射傳熱量即可減小。這種絕熱結構因有輻射熱交換,故絕熱性能不是很好;但它的結構最簡單,重量輕,熱容量小,故自上世紀初以來它一直應用很普遍。

2.2、真空多孔絕熱

  它是在夾層中充填多孔性絕熱材料,然后再抽至一定的真空。從工藝的方便性考慮,一般都是充填粉末材料或纖維材料,故這種絕熱方式也稱為真空粉末絕熱或真空纖維絕熱。真空夾層中的絕熱材料削弱了壁面之間的輻射換熱,所以它的絕熱性能比高真空絕熱要好,對真空的要求可以降低,一般達1.33Pa(10-2mmHg)左右即可。如果向粉末或纖維材料中加入一定比例的反射性強的金屬粉末,例如鋁粉或銅粉,以減小材料內粉;蚶w維之間的輻射換熱稱為阻光作用,則可使絕熱性能大為提高。真空粉末及真空纖維絕熱現在廣泛用于LNG液體的貯存及運輸設備。

2.3、真空多層絕熱

  它是在真空夾層中裝入許多輻射屏,用來減少壁面之間的輻射換熱。多層絕熱有兩種基本形式,一種是用金屬箔作輻射屏,屏間填入導熱性能低的間隔材料;一種是用單面噴鋁的滌綸薄膜作輻射屏,且壓制成波紋形成凹凸形,以減少屏間的接觸傳熱。真空多層絕熱要求真空達1.3*10-2Pa左右(10-4mmHg)左右即可。真空多層絕熱是當前絕熱性能最好的絕熱方式之一,常稱為“超級絕熱”,多用于LNG/液氫及液氦儲運容器,現也用于小型液氧、液氮容器。真空多層絕熱的缺點是施工比較麻煩,造價比較高,且絕熱性能隨施工質量而變。

  美國蓋茨基金支持的生命之桶也是這種絕熱方式,只是真空度更高、隔斷輻射效果更好,成品為綠色桶,可以在酷熱的沙漠中以干冰保持0℃一個月之久!

三、 絕熱性能的評定分級

  絕熱結構的絕熱性能可用其有效導熱系數(或稱表觀導熱系數,包括對流及輻射換熱在內)來評定,它的數值越小,則絕熱性能越好。在圖4-2中示出各種絕熱方式有效導熱系數的變化范圍。由圖可以看出,多層絕熱比其它絕熱方式具有高得多的絕熱性能,而非真空絕熱方式的絕熱性能最差。

 四、 絕熱材料及LNG常用低溫絕熱技術

在各種絕熱方式中,除高真空絕熱外都要應用絕熱材料。絕熱材料是用來增強絕熱結構的絕熱性能,以減小通過絕熱結構的傳熱量。對絕熱材料性質的了解是設計絕熱結構的基礎。

1、 絕熱材料的種類及一般特性

  絕熱材料的品種較多,它們的性質相互差別也較大。絕熱材料按材質可分為礦物質材料及有機質材料兩類。在低溫裝置中多應用礦物質材料。絕熱材料按其組織結構可分為泡沫狀材料、粉末狀材料及纖維狀材料三類,它們的組織結構不同,在其中所進行的傳熱過程的機理不同,用它們構成的絕熱結構的型式也不完全一樣。

1.1  泡沫塑料

   以聚合物或合成樹脂為原料,加發泡劑和穩定劑經加熱發泡而成。泡沫塑料用作絕熱材料的優點是密度和導熱系數都較小,能適用于低溫,吸水性小,能抗酸堿的侵蝕,燃燒性差(離開火源后能自熄),易于切割和施工,因而它們的應用日益廣泛。

 

 1.2  礦棉

  礦棉或稱礦渣棉,是將熔鐵爐渣(也可用泥灰巖)在熔融狀態時用高壓水蒸汽吹成的礦質纖維(纖維中往往含有玻璃狀小球),它耐火耐凍、無味不霉、密度及導熱系數都較小,價格低廉,故是一種較好的絕熱材料。礦棉常用于空分裝置及運輸式設備。

礦棉

1.3  珠光砂

  珠光砂也稱膨脹珍珠巖。珍珠巖是一種火山噴出的酸性玻璃質熔巖,其主要成分為SiO2和AlO2。當巖漿流出地表時,由于急劇冷卻,水分來不及完全逸出,因而巖石中便含有一定量的結晶水。將巖石粉碎成細粒后,迅速加熱至700~1000°C,結晶水急速汽化,巖石體積可增大4~20倍,便得到色白質輕的珠光砂,其尺寸大部分在0.3~0.6mm之間。珠光砂的密度和導熱系數都很小,故是一種良好的絕熱材料。珠光砂不燃燒、不霉爛、無毒無味、不會腐蝕;它的流動性好,可用風壓輸送;此外,還具有隔音和防輻射線的性能,加之來源較廣,故應用較多。珠光砂主要用于空分裝置及氣體液化裝置中,其缺點是吸水率較高,且有下沉現象。珠光砂還具有吸附氣體的能力,當它吸附有可燃氣體時,在檢修施工前應予置換,以確保施工安全。

1.4  碳酸鎂

  粉末狀碳酸鎂的絕熱性能良好,價格較低,故以往多用于低溫裝置及設備的真空絕熱。但碳酸鎂在易結塊(且結塊后較難再生),又其中常含有一定量的水分,使抽真空較困難,因而逐漸被其他材料代替。

碳酸鎂

1.5  氣凝膠及硅膠粉

  氣凝膠也稱硅酸氣凝膠,它是用從硅酸凝膠中除去液體而不明顯壓縮其骨架的方法得到的材料,是目前已知的最有效的絕熱材料。氣凝膠的導熱系數小,流動性好,稍具有彈性,第一次裝填之后不會因震動而下沉,且在真空絕熱中易于抽空。但氣凝膠很貴,且浸入水中后即形成硅酸凝膠,密度增大將近十倍,不能用再作絕熱材料。硅膠粉是由二氧化硅構成的粉末,其密度及導熱系數均較氣凝膠大。

氣凝膠

2、 目前常用的LNG低溫絕熱技術

2.1  真空多孔絕熱,多采用珠光砂作為填充介質。

代表產品為LNG固定式儲罐,如下圖:

2.2  真空多層絕熱:

  多采用鋁箔復合材料纏繞內膽,夾層抽成高真空以獲得最優絕熱效果。代表產品為:杜瓦瓶,車載瓶,快易冷,低溫槽車,罐箱等。

 





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