真空絕熱深冷壓力容器結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)及制造工藝要點(diǎn)簡(jiǎn)介

1、PAGE PAGE 30真空絕熱深冷壓力容器結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)及制造工藝要點(diǎn)簡(jiǎn)介 目錄一，真空絕熱深冷壓力容器的基本構(gòu)造二、內(nèi)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)三、外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)四、內(nèi)容器與外殼支承連接設(shè)計(jì)要點(diǎn)五、儀表及管路結(jié)構(gòu)的特殊性六、關(guān)于吸附劑和吸附裝置七、涉及安全的結(jié)構(gòu)、計(jì)算核查及關(guān)鍵制造工藝保證要點(diǎn) 立式粉末真空絕熱罐 高真空多層絕熱罐一，真空絕熱深冷壓力容器的基本構(gòu)造1.1，內(nèi)容器（材質(zhì)一般為奧氏體不銹鋼）設(shè)計(jì)用于盛裝深冷液體，一般包括： 筒體、封頭旋轉(zhuǎn)形承壓主殼體； 工藝人孔（非必備）因深冷容器允許不設(shè)置人孔，不設(shè)置人孔時(shí)，如工序需要兩封頭裝焊后再裝焊內(nèi)件、或穿壁接頭需內(nèi)側(cè)施焊，就需設(shè)置工藝人孔。工

2、序需要完成后永久封閉；深冷容器允許不設(shè)置檢查孔及人孔允許不設(shè)置是因?yàn)椋篴、深冷容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要抓絕熱這個(gè)主要矛盾、檢查孔及人孔必然加大漏熱；b、大部分深冷液體對(duì)金屬無(wú)腐蝕或僅輕微腐蝕、無(wú)需進(jìn)罐檢查和清理內(nèi)壁，確可以不設(shè)置檢查孔及人孔；c、深冷容器內(nèi)容器100%RT檢測(cè)、經(jīng)耐壓試驗(yàn)和最嚴(yán)格的氦致密檢測(cè)、奧氏體不銹鋼（包括焊接接頭及焊縫）在低溫下強(qiáng)度不降反升、韌性也下降不多，有條件不設(shè)置檢查孔及人孔；d、“允許”不等于禁止，不等于不要慎重考察，對(duì)于腐蝕性介質(zhì)（如CO2配低合金鋼內(nèi)容器的深冷容器），還是應(yīng)考慮設(shè)置檢查孔或人孔。 工藝吊耳內(nèi)外殼體裝配需要； 抗外壓加強(qiáng)環(huán)內(nèi)容器因氦致密檢測(cè)需要工藝性抽真空

3、操作，當(dāng)圖樣規(guī)定真空夾層要進(jìn)行氣壓或氣密試驗(yàn)時(shí)內(nèi)容器也受外壓； 抗支承反力的局部加強(qiáng)環(huán)或板殼體受支承作用之局部應(yīng)力較大，一般需設(shè)置強(qiáng)環(huán)或板； 上進(jìn)液噴淋頭、下進(jìn)液分布或攪拌器（一般僅LNG需要）、溢流管咀、差壓液位計(jì)引管特殊管咀、出液防渦器等管系內(nèi)件設(shè)上進(jìn)液噴淋頭是為了冷液均勻進(jìn)入、設(shè)下進(jìn)液分布或攪拌器是為了防LNG分層，設(shè)溢流管咀是為了直光控制充滿率，設(shè)防渦器是為了防渦旋型蒸發(fā)和保護(hù)機(jī)械型抽液設(shè)備使用安全； 引管穿壁接頭（凸緣）為改善結(jié)構(gòu)的焊接性能而設(shè)，避免薄壁管與較厚殼壁直接相焊；1.2，外殼（材質(zhì)一般為碳素鋼或低合金鋼）用于密封維持真空絕熱層真空，一般包括： 筒體、封頭旋轉(zhuǎn)形承外壓主殼體

4、； 抗外壓加強(qiáng)環(huán)外殼在真空工況下工作； 抗支承反力的局部加強(qiáng)環(huán)或板殼體受支承作用之局部應(yīng)力較大，一般需設(shè)置強(qiáng)環(huán)或板； 引管穿壁接頭為改善結(jié)構(gòu)的焊接性能而設(shè)，避免薄壁管與較厚殼壁直接相焊； 防爆裝置座； 吊耳； 支座；1.3，真空絕熱夾層，一般包括： 絕熱材料純真空型、粉末真空型、纖維真空型、反輻射真空型；絕熱材料的護(hù)持材料防沉降、防松、防脫； 引管功能管線需穿越真空絕熱夾層；吸附材料及其吸附裝置為延長(zhǎng)真空壽命而設(shè)吸附材料，為吸附材料發(fā)揮效能而設(shè)吸附裝置； 內(nèi)容器與外殼相互連接、支撐的構(gòu)件內(nèi)容器不可能懸浮于外殼中，必有連接、支撐的構(gòu)件； 抽真空流道管為加大抽吸速度而設(shè)；1.4，管路系統(tǒng)，一般包括

5、： 安全泄放與放空管； 差壓液位計(jì)引管；滿液指示管（溢流管、最高液位直觀取信管）； 上、下進(jìn)液管； 增壓器進(jìn)液、出氣管深冷液體卸液特殊需要，取自容器本身液體汽化反饋給氣相空間，產(chǎn)生氣壓擠壓出液。即使用機(jī)械抽吸出液也需一定氣壓維持吸入口的防氣蝕壓頭； 抽真空引管； 吸附材料破空管吸附裝置中零件，為吸附材料發(fā)揮效能而設(shè)吸附裝置；1.5，閥門(mén)、附件、儀表 控制各管路開(kāi)、閉的控制閥門(mén)； 緊急切斷閥（一般易燃、有毒介質(zhì)者設(shè)）防手動(dòng)閥失靈和火災(zāi)情況無(wú)法操作手動(dòng)閥； 真空封結(jié)閥抽空結(jié)束后維持夾層真空； 真空檢測(cè)閥抽空結(jié)束后夾層真空就開(kāi)始下降，投用后需掌握在用期間實(shí)際真空度； 儀表控制閥； 安全泄放裝置切換或

6、三通閥如下述需雙設(shè)安全泄放裝置； 內(nèi)容器安全閥（一般兩件，一件在線“值班”，另一件待崗或離崗校檢）； 內(nèi)容器防爆片裝置（一般兩件，一件在線“值班”，另一件待崗）；外殼防爆裝置萬(wàn)一內(nèi)容器中液體漏入夾層時(shí)，外殼需防超壓爆裂； 壓力表； 液位計(jì)； 真空檢測(cè)規(guī)管；阻火器（一般易燃介質(zhì)者設(shè)）排放（包括主動(dòng)排放和超壓泄放）易燃介質(zhì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)阻火器排放，以防回火；靜電接地端子（一般易燃介質(zhì)者設(shè)）。二、內(nèi)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)象是設(shè)計(jì)載荷，內(nèi)容器結(jié)構(gòu)承受的基本載荷有：2.1.1設(shè)計(jì)壓力（P，單位MPa，表壓）。2.1.2儲(chǔ)液量達(dá)到額定充滿率時(shí)，介質(zhì)產(chǎn)生的液柱靜壓力。液柱靜壓力按照介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)大氣

7、壓下沸點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。如果其值低于5P時(shí)，可以忽略不計(jì)。2.1.3操作工況下，內(nèi)容器支承處的反力。這種反力應(yīng)由最大介質(zhì)重量、內(nèi)容器重量以及必要時(shí)的地震載荷共同決定。2.1.4溫差載荷內(nèi)容器從環(huán)境溫度冷卻到操作溫度過(guò)程中，內(nèi)容器在支承點(diǎn)處承受的溫差載荷。由于內(nèi)容器、管道及外殼之間不同的熱膨脹引起的管道反作用力。并分別考慮下列工況：進(jìn)液冷卻過(guò)程：內(nèi)容器熱狀態(tài)，管道系統(tǒng)冷狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)；充裝及卸料過(guò)程：內(nèi)容器、管道系統(tǒng)均是冷狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)；儲(chǔ)存過(guò)程：內(nèi)容器冷狀態(tài)，管道系統(tǒng)熱狀態(tài)，外殼熱狀態(tài)。容器制造過(guò)程中夾層抽真空時(shí)，由于內(nèi)、外殼體不同溫度載荷，應(yīng)考慮下列連接處的載荷：內(nèi)容器在支撐點(diǎn)處的溫差

8、載荷；內(nèi)、外容器之間的管道以及與內(nèi)容器連接處的載荷。2.1.5 耐壓試驗(yàn)時(shí)的壓力載荷及在內(nèi)容器支承處產(chǎn)生的反力。2.1.6空罐承受的載荷：空罐運(yùn)輸時(shí)內(nèi)容器、夾層支承及連接處至少承受下列慣性載荷：運(yùn)輸方向2g加速度；向上方向1g加速度；向下方向1.7g2g加速度；與運(yùn)輸方向垂直的水平方向至少1g加速度。吊裝時(shí)的載荷按照具體起吊工況確定，如對(duì)內(nèi)容器及夾層支承連接處、吊耳連接部位產(chǎn)生的載荷等。對(duì)立式容器應(yīng)考慮在制造、運(yùn)輸、吊裝等臥置狀態(tài)時(shí)，內(nèi)容器及夾層支承承受的載荷。2.1.7 內(nèi)容器承受夾層空間施加的外壓載荷，其值取外殼防爆裝置的排放壓力，且不小于0.1MPa。2.1.8 操作時(shí), 壓力急劇波動(dòng)引

9、起的沖擊載荷。2.1.9 液體進(jìn)入內(nèi)容器時(shí)，由液體沖擊引起的作用力。2.2、內(nèi)容器承載結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：針對(duì)內(nèi)容器承受的載荷特點(diǎn)，相應(yīng)地應(yīng)有其承載結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。主要應(yīng)考慮到如下各方面：2.2.1、盡量避免結(jié)構(gòu)突變，這是所有低溫容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的通理；2.2.2、管壁與殼壁厚度一般相差較大，兩者直接插焊不易保證焊接質(zhì)量，管道穿壁宜加過(guò)渡接頭；如圖：2.2.3、穿壁過(guò)渡接頭與殼體焊縫、內(nèi)伸邊角倒鈍，這是所有低溫容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的通理；2.2.4、一般不用外加強(qiáng)圈抵抗外壓，一是外加強(qiáng)圈焊接量大、不利于控制焊接變形，再者外加強(qiáng)圈占用夾層空間、加大該空間內(nèi)結(jié)構(gòu)件裝配難度，三則使冷熱界面靠近、不利于絕熱；2.2.5、為簡(jiǎn)化結(jié)

10、構(gòu)、減少漏點(diǎn)、減少導(dǎo)熱通道，如無(wú)腐蝕性檢查必要，一般不設(shè)檢查孔，為方便內(nèi)件安裝一般設(shè)工藝人孔。 需要設(shè)檢查孔時(shí)，要充分考慮溫度補(bǔ)償，典型結(jié)構(gòu)如圖：2.3、夾層真空建立前后耐壓試驗(yàn)：耐壓試驗(yàn)?zāi)康氖轻槍?duì)容器的設(shè)計(jì)運(yùn)行載荷以一定的超載系數(shù)考驗(yàn)容器結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度、抗變形能力、接頭密封性能。由于夾層真空建立前后內(nèi)容器的設(shè)計(jì)運(yùn)行載荷不同即對(duì)象載荷不同，故而：夾層真空建立前后內(nèi)容器的耐壓試驗(yàn)值應(yīng)有區(qū)別：內(nèi)容器與外殼組裝前，內(nèi)容器的耐壓試驗(yàn)壓力至少按下列計(jì)算確定:a)液壓試驗(yàn):PT=y（P0.1）b) 氣壓試驗(yàn):PT=g（P0.1）式中：y-液壓試驗(yàn)超載系數(shù)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定y=1.25g-氣壓試驗(yàn)超載系數(shù)，我國(guó)

11、規(guī)范規(guī)定g =1.15（99版容規(guī)）；g =1.10（2008版固規(guī)）；PT試驗(yàn)壓力，單位為兆帕（MPa）；當(dāng)立式容器臥置液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)記入立式時(shí)液柱靜壓力。P設(shè)計(jì)壓力，單位為兆帕（MPa）。內(nèi)容器與外殼組裝完成，且形成真空夾層后，內(nèi)容器的耐壓試驗(yàn)壓力取上式中耐壓試驗(yàn)壓力值減去0.1MPa. 在用容器之內(nèi)容器耐壓試驗(yàn)也不能一概按“形成真空夾層后”的情況處理，如果真空已完全喪失，還是應(yīng)按夾層真空建立前的情況處理，如真空部分喪失，理論上應(yīng)是剩余多少、耐壓試驗(yàn)壓力減多少。三、外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1、承外壓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為減重一般設(shè)置密集低矮型內(nèi)加強(qiáng)圈，外壓筒體計(jì)算長(zhǎng)度一般取決于加強(qiáng)圈的慣性矩、

12、而非筒體許用長(zhǎng)度；3.2、管道穿壁的特殊考慮：管道引自低溫端的內(nèi)容器，而外殼材料一般為碳鋼或低合金鋼，外殼難以耐受管壁低溫，一般應(yīng)設(shè)不銹鋼過(guò)渡連接，使低溫管壁與外殼之間有足夠熱阻。以防碳鋼或低合金鋼外殼材料遭受深冷載荷。且應(yīng)充分考慮溫度補(bǔ)償。典型結(jié)構(gòu)1：彎管柔性補(bǔ)償：典型結(jié)構(gòu)2：直管穿出時(shí)波紋管補(bǔ)償：3.3、抽真空流道的特殊考慮：內(nèi)容器外壁與外容器內(nèi)壁構(gòu)成密閉腔，真空絕熱需要對(duì)此腔抽真空。抽真空是關(guān)鍵制作工藝之一。此腔中填滿絕熱材料，絕熱材料的存在會(huì)加大抽真空難度，這就需要合理設(shè)置抽真空流道。為此一般采取將真空吸口延伸至絕熱材料內(nèi)部（甚至設(shè)置多個(gè)延伸吸口）的措施以降低流阻。 3.4、外殼防爆裝

13、置要點(diǎn)概述：3.4.1、開(kāi)啟壓力開(kāi)啟壓力應(yīng)能夠防止內(nèi)容器失穩(wěn)，且不超過(guò)0.5bar；3.4.2、泄放面積裝置的泄放面積應(yīng)不小于0.34mm2/L內(nèi)容器容積，且任何情況下不必超過(guò)5000mm2。 這是國(guó)外成熟、公開(kāi)研究成果。即：A =340 V ，A爆破裝置的排放面積，mm2；V內(nèi)容器的幾何容積，m3，且Di=80足矣！3.4.3、常態(tài)可靠密封 外殼防爆裝置與真空腔連通，密封可靠關(guān)系到能否有效維持絕熱所需真空度。3.4.4、機(jī)械性安全 主要應(yīng)考慮主動(dòng)預(yù)防泄放起跳件或爆破件飛濺傷人。四、內(nèi)容器與外殼支承連接設(shè)計(jì)要點(diǎn)4.1、解決連接件強(qiáng)度要求與熱阻要求矛盾的種種措施簡(jiǎn)介真空絕熱深冷壓力容器有載液內(nèi)容

14、器和與內(nèi)容器外壁構(gòu)成絕熱真空腔（真空夾層）的外容器，內(nèi)外容器之間需要支撐、連接。設(shè)計(jì)的支撐、連接件必須滿足承載強(qiáng)度、剛度要求。滿足承載強(qiáng)度、剛度要求需要結(jié)構(gòu)件有足夠的壁厚和盡可能短的長(zhǎng)度。但內(nèi)外容器之間溫差大（一般內(nèi)容器設(shè)計(jì)溫度為196，外容器設(shè)計(jì)溫度為50），較大的壁厚和較短的長(zhǎng)度導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件熱阻小，從導(dǎo)致容器的隔熱性能差。妥善處理該矛盾是真空絕熱深冷壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)將目前處理該矛盾的種種措施扼要介紹如下：4.1.1、用柔性構(gòu)件吊、拉內(nèi)容器，使其懸置于外殼中心。比如吊帶、壓帶、拉帶組成支撐、連接系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是：柔性吊、拉構(gòu)件只承拉力，故受力狀態(tài)簡(jiǎn)單明確、易于計(jì)算掌握；柔性吊、

15、拉構(gòu)件可以充分利用夾層空間，加大構(gòu)件長(zhǎng)度，從而加長(zhǎng)熱橋，且不必?fù)?dān)心失穩(wěn)。其缺點(diǎn)是：柔性吊、拉構(gòu)件全截面承拉應(yīng)力，安全系數(shù)不能低，且構(gòu)件材料一般為不銹鋼，設(shè)備自重大、成本高；因柔性吊、拉構(gòu)件充分利用夾層空間，致使內(nèi)、外容器套合時(shí)施工難度大、不易控制位置尺寸；高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)夾層空間狹小，不允許“充分利用”，柔性吊、拉構(gòu)件基本無(wú)法采用。4.1.2、兩端封頭處設(shè)抗彎、剪、拉壓支撐件。其優(yōu)點(diǎn)是：支撐點(diǎn)少至兩個(gè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱橋少；其缺點(diǎn)是：支撐件抗彎、剪、拉、壓，應(yīng)力狀態(tài)不好、單位截面積承載能力低，一般只應(yīng)用于小型容器。但法國(guó)40英尺液氫罐箱敢于用此結(jié)構(gòu)！4.1.3、穿越內(nèi)容器的交叉抗彎、剪桿系。弊嚴(yán)

16、重大于利，目前已極少見(jiàn)！其優(yōu)點(diǎn)是：充分利用內(nèi)容器的內(nèi)腔空間，加大構(gòu)件長(zhǎng)度，從而加長(zhǎng)熱橋，又不多占用夾層空間；其缺點(diǎn)是：桿系要穿越內(nèi)容器，內(nèi)容器需加密封套管，增加了內(nèi)容器上的密封焊點(diǎn)；剛性密封套管的存在惡化了內(nèi)容器熱脹冷縮適應(yīng)性；增加了內(nèi)容器上的結(jié)構(gòu)不連續(xù)點(diǎn)、有多處局部應(yīng)力、惡化了內(nèi)容器受力狀態(tài)。4.1.4、用于立式容器的下支柱加橫壓結(jié)構(gòu)。下支柱承受工作狀態(tài)載荷，橫壓結(jié)構(gòu)承受臥置運(yùn)輸時(shí)的空罐運(yùn)輸載荷。目前該結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣。其優(yōu)點(diǎn)是：承受工作狀態(tài)載荷之下支柱長(zhǎng)度易于掌控、需要時(shí)輔加熱阻構(gòu)件也易于設(shè)置，設(shè)計(jì)自由度較大；橫壓結(jié)構(gòu)只承受臥置運(yùn)輸時(shí)的空罐運(yùn)輸載荷，承截面不大，熱阻較大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱橋少、內(nèi)、

17、外容器套合時(shí)施工容易。其缺點(diǎn)是：下支柱承壓，需考慮軸向壓應(yīng)力和壓桿失穩(wěn)的聯(lián)合承載能力，致使熱橋加長(zhǎng)時(shí)截面積也隨之加大，抵消了通過(guò)加長(zhǎng)熱橋來(lái)加大熱阻的效果，往往需要設(shè)置輔加熱阻構(gòu)件。4.1.5、用于臥式容器前后下支柱加前后上壓柱結(jié)構(gòu)。 前（指滑端）下支柱、上壓柱（或僅前上壓柱）承壓，后（指固端）下支柱（或包括后上壓柱）承壓、剪、彎聯(lián)合載荷，目前該結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)、外容器套合時(shí)施工容易；適應(yīng)性好、適用于包括夾層空間狹小的高真空多層絕熱在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)；其缺點(diǎn)是：承壓柱狀構(gòu)件直線連接內(nèi)外殼，熱橋短，需選用熱阻大的材料制造該類(lèi)構(gòu)件，而熱阻大的材料往往是非金屬，不得不設(shè)計(jì)輔助結(jié)構(gòu)以防焊

18、接熱流可能對(duì)非金屬的傷害；外殼上開(kāi)孔封焊點(diǎn)多，不利于防泄漏控制；支點(diǎn)處殼體上局部應(yīng)力大，需加補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。4.2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)特別注意的內(nèi)容。4.2.1、應(yīng)特別注意熱應(yīng)力的存在。4.2.2、內(nèi)、外容器間總存在支承結(jié)構(gòu)，不可忽視由此產(chǎn)生的殼體局部應(yīng)力核算。4.2.3、內(nèi)、外容器間支承構(gòu)件的可靠性與內(nèi)容器強(qiáng)度、剛度同樣重要，安全系數(shù)宜同等采用。4.2.4、特別注意，不可忽視細(xì)長(zhǎng)形抗壓、彎構(gòu)件的失穩(wěn)核算。4.2.5、各個(gè)構(gòu)件、即使形狀相同，其所在方位不同應(yīng)力狀態(tài)也可能大異，應(yīng)特別注意。五、儀表及管路結(jié)構(gòu)的特殊性5.1、關(guān)于氣封液結(jié)構(gòu)概要。 為滿足進(jìn)、出料等使用功能要求，內(nèi)外容器之間總是需要有管道連通。

19、這些連通管也是熱橋，我們希望它們熱阻大些。有意加長(zhǎng)管道長(zhǎng)度固然是加大熱阻的措施之一。但影響最大的卻是“穿透”與否，所謂“穿透”這里指的是內(nèi)外容器之間連通管中常存液體。如果這些連通管中不存液體、即未“穿透”，那么導(dǎo)熱僅僅是管壁導(dǎo)熱，如果這些連通管中存在液體、即“穿透”，那么導(dǎo)熱不僅僅是管壁導(dǎo)熱、而存在嚴(yán)重得多的液體導(dǎo)熱。兩者區(qū)別是巨大的、對(duì)容器的隔熱性能影響巨大。設(shè)計(jì)氣封液結(jié)構(gòu)就是要防止“穿透”。所謂氣封液結(jié)構(gòu)類(lèi)似于生活水系統(tǒng)中的液封氣結(jié)構(gòu)，所不同的是，液封氣結(jié)構(gòu)是為了封住難聞氣體冒出，液封氣結(jié)構(gòu)是液在下“U”形彎管中封氣，反之氣封液結(jié)構(gòu)是氣在上“U”形彎管中封液。氣封液結(jié)構(gòu)之所以能達(dá)到氣封液的

20、目的，道理是外部空氣對(duì)管內(nèi)介質(zhì)加熱在上“U”形彎管中形成帶壓氣體腔、其壓力與氣相壓力與液柱靜壓力之和平衡，液體將被此帶壓氣體腔封堵不能上行通過(guò)。5.2、液位測(cè)量的特殊困難及目前普遍做法。 因?yàn)榻^熱真空夾層的存在，且內(nèi)容器儲(chǔ)存的液體溫度低，使得液位測(cè)量器件的選用大受限制。目前尚未找到理想的解決辦法，行業(yè)普遍做法是選用差壓式液位計(jì)。差壓式液位計(jì)需要?dú)庖合喔饕桓B管。又由于所測(cè)液體溫度低，液相引出連管中如通過(guò)液體，則不但“穿透”，而且出外殼后的管段中的液體受空氣加熱立即汽化，于是某一管段中氣液共存、界面不清，液位計(jì)量將無(wú)準(zhǔn)信可言。故液相引出連管需要設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)，避免“穿透”和界面不清的現(xiàn)象。普通容

21、器用的浮子式液位計(jì)用在此處需穿越真空夾層安裝，會(huì)大大增加漏熱量并增加真空泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，且難以維修更換，故難以采用。電容式、電阻式、界面反射式等液位計(jì)因電感元件需在深冷級(jí)低溫下工作，對(duì)其可靠性難以信任，而且穿越真空夾層安裝，難以維修更換，故亦難以采用。震蕩感應(yīng)式液位計(jì)目前只在液氦級(jí)低溫下工作，其精度才有實(shí)際意義。氣液相感溫直觀結(jié)霜界面式液位計(jì)安裝簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度低，且只適用于CO2級(jí)低溫，在深冷級(jí)低溫下已無(wú)可辨界面，亦不可用。目前普遍做法是采用差壓式液位計(jì)。5.3、差壓式液位計(jì)上、下連管的特殊性。差壓式液位計(jì)需要上、下連管引取氣、液相壓力，感應(yīng)元件感知?dú)?、液相壓力之差，顯示儀表將其轉(zhuǎn)換成液位高度信

22、號(hào)。原理與普通容器所用差壓式液位計(jì)相同。但在深冷級(jí)低溫下使用的不同之處是：5.3.1、深冷液體液面不平靜（尤其是裝卸過(guò)程），要注意盡量提高上連管末口，使其遠(yuǎn)離液體液面從而避免可能的液體沖擊，確保取到穩(wěn)定的氣相壓力。5.3.2、由于所測(cè)液體溫度為深冷級(jí)低溫，下連管即液相引出連管中如有液體通過(guò)，則不但“穿透”，而且出外殼后的管段中的液體受空氣加熱立即汽化，于是某一管段中汽液共存、界面不清，液位計(jì)量將無(wú)準(zhǔn)信可言。故液相引出連管也需要設(shè)計(jì)氣封液結(jié)構(gòu)，并且此處的氣封液結(jié)構(gòu)要盡量靠近內(nèi)容器器壁設(shè)置（即液相最低點(diǎn)），避免“穿透”和界面不清的現(xiàn)象。5.4、滿足預(yù)冷操作要求的噴淋管結(jié)構(gòu)。真空絕熱深冷壓力容器新投

23、入使用或停用復(fù)溫后重新投入使用時(shí)，其整個(gè)容器與環(huán)境溫度平衡、即處于所謂熱態(tài)。 如果在熱態(tài)下向罐內(nèi)以集注方式注入（如下進(jìn)液口注入）深冷液體，那么注入口附近構(gòu)件的冷卻速度與遠(yuǎn)離注入口構(gòu)件的冷卻速度相差大，容器將遭受較大的熱應(yīng)力沖擊。故在熱態(tài)下向罐內(nèi)注入深冷液體時(shí)應(yīng)設(shè)法使各部位冷卻速度相近。簡(jiǎn)單易行的辦法就是設(shè)置噴淋充液管路（或裝置），使液體從頂部噴淋注入，使得充液時(shí)內(nèi)容器能被均勻冷卻。噴淋頭上噴淋孔的通過(guò)總面積應(yīng)不小于噴淋管截面積。噴淋頭上噴淋孔的布置與出口角應(yīng)使得充液時(shí)內(nèi)容器能被均勻冷卻。5.5、液氧介質(zhì)及腐蝕性介質(zhì)的排盡安全；排盡口應(yīng)能使容器內(nèi)的液體及可能存在于深冷液體中的固體顆粒雜物完全排盡

24、。這對(duì)于液氧容器的使用安全尤為重要。對(duì)于液氧容器，液氧中往往存在固體顆粒狀碳?xì)浠衔?。比如乙炔（C2H2），在空氣中的的含量約0.2PPM，空分產(chǎn)液氧時(shí)分離不盡會(huì)有部分進(jìn)入液氧中，乙炔在液氧中的溶解極限是5.9cm3/L,超過(guò)此濃度時(shí)，乙炔呈白色固體顆粒析出懸浮于液氧中。懸浮于液氧中的乙炔固體顆粒相互碰撞、滿足燃燒條件就將爆炸。（有多次惡性事故報(bào)道?。┮貉跞萜髦写嬖谝胰不蚱渌?xì)浠衔锕腆w顆粒是十分危險(xiǎn)的。多次注入液氧的容器，如不及時(shí)排污，底部（每次使用輸出可能用不到底部部分的液體）液體中碳?xì)浠衔锖坎粩喾e累可能超溶解極限而析出懸浮固體顆粒。故對(duì)于液氧容器與腐蝕性介質(zhì)容器來(lái)說(shuō)，排污是關(guān)乎安全

25、使用的大事。GB16912-2008氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程規(guī)定：液氧儲(chǔ)罐液氧中乙炔含量每周至少化驗(yàn)一次，控制其值不超過(guò)百萬(wàn)分之0.1。用戶需要根據(jù)分析數(shù)據(jù)排污或據(jù)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)定期排污。設(shè)計(jì)者當(dāng)然應(yīng)提供能夠排盡的排污接口。腐蝕性介質(zhì)排不盡則將加重局部腐蝕。排盡口結(jié)構(gòu)與普通容器排盡口結(jié)構(gòu)無(wú)甚差異。5.6、準(zhǔn)確控制充裝率的滿液指示管設(shè)計(jì)。深冷容器應(yīng)嚴(yán)格控制充滿率，以避免容器遭受液體膨脹壓力。一般規(guī)定：盛裝深冷介質(zhì)的容器，在初始充裝狀態(tài)下，充裝非易爆介質(zhì)的液相容積應(yīng)不大于內(nèi)容器幾何容積的95%，充裝易爆介質(zhì)的液相容積應(yīng)不大于內(nèi)容器幾何容積的90%。前面說(shuō)到過(guò)液位測(cè)量的特殊困難。目前普遍做法是采用差

26、壓式液位計(jì)。但差壓式液位計(jì)也非理想之選、而是無(wú)耐何的現(xiàn)實(shí)選擇。完全依賴它來(lái)指示深冷容器中液面是否到達(dá)規(guī)定最高液位，尚難充分信任。因此，一般要加設(shè)滿液指示管，此管進(jìn)口設(shè)在最高液位處，充液時(shí)打開(kāi)閥門(mén)，當(dāng)液面到達(dá)規(guī)定最高液位時(shí)，此管出口處溢出液體，可以直觀、可靠地得知容器中液面是否到達(dá)規(guī)定最高液位。5.7、其他注意事項(xiàng)。5.7.1、包括閥門(mén)、零件和支撐件的管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮下列載荷：不低于系統(tǒng)安全泄放裝置的開(kāi)啟壓力；溫度變化產(chǎn)生的載荷；安全泄放裝置泄放過(guò)程中產(chǎn)生的載荷（泄放反力）。5.7.2、應(yīng)清楚標(biāo)明各個(gè)接口和附件的用途，防止被意外開(kāi)啟。5.7.3、管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和安裝應(yīng)避免熱脹冷縮、

27、機(jī)械顫動(dòng)或振動(dòng)等所引起的損壞，必要時(shí)應(yīng)考慮補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)。5.7.4、在允許使用銅管的地方，應(yīng)采用銅鋅焊接或具有相同強(qiáng)度的金屬接頭，銅鋅焊料的熔點(diǎn)不應(yīng)低于525，且在任何情況下，都不應(yīng)降低銅管的強(qiáng)度；5.7.5、所有管路應(yīng)在承受4倍內(nèi)容器工作壓力時(shí)不會(huì)破裂。5.7.6、兩端均可關(guān)閉且有可能存留液體的管路，應(yīng)設(shè)置超壓泄放裝置，其設(shè)定壓力不宜超過(guò)1.5倍管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，且滿足管路系統(tǒng)壓力等級(jí)要求。5.7.7、管路系統(tǒng)閥門(mén)宜標(biāo)明介質(zhì)流向，并且截止閥應(yīng)標(biāo)明開(kāi)啟和關(guān)閉方向。5.7.8、設(shè)置抽真空與真空度檢測(cè)裝置真空閥門(mén)和真空接頭的漏氣速率應(yīng)小于510-7（Pam3/s）。真空閥門(mén)和真空接頭應(yīng)采用保

28、護(hù)裝置，出廠檢驗(yàn)后應(yīng)鉛封。貯存易燃介質(zhì)的容器，應(yīng)采用不會(huì)產(chǎn)生火花的真空規(guī)管，并設(shè)置保護(hù)罩。5.7.9、自增壓汽化器的設(shè)計(jì)自增壓汽化器的壓力等級(jí)應(yīng)與內(nèi)容器的設(shè)計(jì)壓力相匹配，所選用的材料應(yīng)與裝運(yùn)介質(zhì)相容，且考慮使用工況中材料的熱脹冷縮影響。自增壓汽化器的汽化量應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)排液速率和升壓速率的要求。六、關(guān)于吸附劑和吸附裝置6.1、因維持真空壽命的需要，需設(shè)計(jì)吸附裝置。 世上不存在絕對(duì)不泄漏的密封，或者說(shuō)泄漏、滲漏是無(wú)時(shí)無(wú)處不存在的，即使用鋼板制成使象蛋殼一樣不開(kāi)孔的容器，也存在滲漏過(guò)程。那么，初始獲得的真空能維持多久呢？或者說(shuō)真空壽命能有多長(zhǎng)呢？這可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供的方法計(jì)算。計(jì)算和實(shí)踐證明，在真空

29、夾層加入吸附劑可數(shù)倍延長(zhǎng)真空壽命。但為達(dá)效果，吸附劑的加入是有位置性與工藝性講究的，為滿足所加吸附劑的位置性與工藝性要求，需要設(shè)置吸附劑和吸附裝置。6.2、關(guān)于吸附劑的選用要求。真空夾層用分子篩吸附劑應(yīng)符合GB/T 13550、HG/T 2690的規(guī)定。真空夾層中冷側(cè)放置的深冷吸附劑應(yīng)采用在深冷、真空狀態(tài)下吸附性能好的吸附劑（5A分子篩）。儲(chǔ)存液氧介質(zhì)的深冷容器應(yīng)使用在富氧環(huán)境下不會(huì)發(fā)生爆炸的吸附劑。真空夾層熱側(cè)可放置適量的吸氫劑。真空夾層內(nèi)放置的常溫與深冷吸附劑的吸附量，一般應(yīng)能滿足5年真空壽命的要求。深冷作用型吸附劑應(yīng)進(jìn)行活化處理。6.3、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)吸氫材料尚無(wú)規(guī)定，但應(yīng)無(wú)毒、非易燃，有鎳、鋯

30、、鉑、鈀等及其氧化物，目前多用PDO。6.4、高低溫型吸附劑的設(shè)置目的及用法要點(diǎn)。所謂低溫型吸附劑是指吸附劑在冷態(tài)下起吸附氣體作用的吸附劑，分子篩即屬此類(lèi)。設(shè)置此類(lèi)吸附劑的目的是吸附與真空夾層接觸的各種材料的放氣，以延長(zhǎng)真空壽命。正因?yàn)槠湓诶鋺B(tài)下起吸附氣體作用的特點(diǎn)，此類(lèi)吸附劑應(yīng)緊貼內(nèi)容器設(shè)置，利用內(nèi)容器壁溫冷卻之。所謂“高溫”型吸附劑是指吸附劑在常溫下起吸附氣體作用的吸附劑，PDO等吸氫材料即屬此類(lèi)。設(shè)置此類(lèi)吸附劑的目的是吸附以溶入鋼板晶界、再于另一側(cè)釋放的方式穿透外殼滲入真空夾層的氫氣，以延長(zhǎng)真空壽命。正因?yàn)槠湓诔叵缕鹞綒怏w作用的特點(diǎn)，此類(lèi)吸附劑應(yīng)緊貼外殼設(shè)置，利用接近環(huán)境溫度的外殼“

31、溫暖”之。6.5、低溫型吸附裝置的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。 如上述，低溫型吸附劑應(yīng)緊貼內(nèi)容器設(shè)置。這還只是針對(duì)其在冷態(tài)下起吸附氣體作用的特點(diǎn)所采取的措施。此外，低溫型吸附劑還有即使在常溫下也有很強(qiáng)的吸收水分的能力。吸附劑打開(kāi)包裝后如與空氣接觸，必然會(huì)吸收空氣中水分，吸收了多少水分就意味著它失去了多少“在崗履職”的能力，故裝填前應(yīng)進(jìn)行活化處理，即加熱吐氣，令它吐出氣吸收的水分“空腹饑餓上崗”。還有問(wèn)題：活化處理后必須置于密封吸附裝置中，并將此裝置裝入真空夾層，不允許再與空氣接觸，即必須“閉口上崗”，而“上崗”后必須開(kāi)口才能“吃氣”。問(wèn)題是“上崗”后吸附裝置已處于真空夾層，與外界不相通，如何打開(kāi)吸附裝置的密封讓

32、它開(kāi)口呢？前提是不可破壞真空夾層的密封性。這就是低溫型吸附裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。具體應(yīng)如何設(shè)計(jì)，限于時(shí)間，不能贅述。有興趣的朋友可參閱拙作“真空絕熱容器夾層吸附劑盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”（低溫工程2003.3）。七、涉及安全的結(jié)構(gòu)、計(jì)算核查及關(guān)鍵制造工藝保證要點(diǎn)作為檢查方，重點(diǎn)要關(guān)注的是安全。7.1、計(jì)算核查要點(diǎn)7.1.1、受壓元件計(jì)算7.1.1.1、核查輸入載荷條件： 不可遺漏溫度、溫差、內(nèi)壓，外壓，局部拉、壓、彎、扭、剪等各種可能的載荷；移動(dòng)式容器還應(yīng)考慮動(dòng)載。7.1.1.2、核查計(jì)算依據(jù)、如用軟件計(jì)算應(yīng)核查軟件時(shí)效性；7.1.1.3、計(jì)算項(xiàng)目不可漏項(xiàng)，至少包括如下項(xiàng)目： 所有受壓元件都應(yīng)計(jì)算； 計(jì)算

33、內(nèi)容齊全（各種可能的載荷下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性）； 容易疏忽的是：反置工藝人孔外壓計(jì)算，輸入的外壓應(yīng)是耐壓試驗(yàn)壓力。7.1.2、支承元件計(jì)算7.1.2.1、核查輸入載荷條件：溫度、溫差、本體重、介質(zhì)重、操作與檢修附加重、雪載等；固定容器還應(yīng)考慮地震、風(fēng)載等；移動(dòng)式容器還應(yīng)考慮動(dòng)載；7.1.2.2、核查計(jì)算依據(jù)、如用軟件計(jì)算應(yīng)核查軟件時(shí)效性；7.1.2.3、計(jì)算項(xiàng)目不可漏項(xiàng)，至少包括如下項(xiàng)目： 所有支承元件都應(yīng)計(jì)算； 計(jì)算內(nèi)容齊全（各種可能的載荷下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性）；支承元件計(jì)算容易疏忽的是桿狀元件的穩(wěn)定性計(jì)算。7.1.3、安全泄放裝置的計(jì)算與設(shè)置7.1.3.1、計(jì)算項(xiàng)目不可漏項(xiàng)，至少包括如

34、下項(xiàng)目：泄放裝量起排壓力、全開(kāi)壓力、回座壓力；內(nèi)容器安全泄放裝量；外殼安全泄放裝量； 泄放通道最小口徑處面積。7.2、涉及安全的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)7.2.1、安全泄放裝置設(shè)置要點(diǎn) 安全閥應(yīng)鉛垂安裝； 泄放通道進(jìn)口安排在氣相空間（注意最大允許充裝率）； 固定容器的內(nèi)容器僅設(shè)安全閥不可靠（有冰堵疑慮），應(yīng)并裝防爆片裝置，且安全閥與防爆片裝置之并裝裝置應(yīng)為雙份（一份在線“值班”，另一份待崗或離崗校檢）； 泄放出口不能對(duì)向外殼和可能的操作方位； 外殼安全泄放裝置起跳件要有防飛跳傷人的防護(hù)措施。7.2.2、管路系統(tǒng)7.2.2.1、管件應(yīng)承4倍內(nèi)容器工作壓力時(shí)不會(huì)破裂，防“水錘”效應(yīng)；7.2.2.2、管路系統(tǒng)安排考

35、慮溫差效應(yīng)（熱脹冷縮）；7.2.2.3、防運(yùn)輸振動(dòng)、沖擊措施；7.2.2.4、易燃、有毒介質(zhì)加裝緊急切斷裝置，防手動(dòng)閥失靈及火災(zāi)下無(wú)法操作手動(dòng)閥；7.2.2.5、管件與容器殼體不可用螺紋連接。7.2.2.6、防管路安全泄放裝置排放反力的措施。7.2.2.7、氧系統(tǒng)壓力表應(yīng)為氧壓表，移動(dòng)容器壓力表應(yīng)為防震壓力表。7.2.3、排放阻火與靜電防護(hù)7.2.3.1、易燃介質(zhì)容器有集中、通過(guò)阻火器排放的安排；7.2.3.2、易燃介質(zhì)容器應(yīng)設(shè)靜電導(dǎo)通與接地裝置。7.2.4、焊接接頭7.2.4.1、內(nèi)容器焊接接頭是保證強(qiáng)度要求的焊接接頭須為焊透結(jié)構(gòu)，外觀檢查、NDT檢測(cè)符合規(guī)范合格。7.2.4.2、外殼焊接接

36、頭是保證真空密封的焊接接頭，外殼主要載荷是外壓，焊接接頭質(zhì)量對(duì)抗外壓剛度無(wú)甚影響，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)一般不要求NDT檢測(cè)，只要求氦檢漏，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一般也只要求局部NDT檢測(cè)。外殼焊接接頭的關(guān)鍵質(zhì)量要求是密封。7.2.5、開(kāi)孔插入結(jié)構(gòu) 內(nèi)伸端避免尖角； 補(bǔ)強(qiáng)方法規(guī)范、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算合格。7.2.6、局部應(yīng)力疊加防范內(nèi)容器焊接接頭盡量錯(cuò)開(kāi)（max2,100）；開(kāi)孔盡量錯(cuò)開(kāi)（盡量避免需聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)的近距安排）；形狀突變位盡量錯(cuò)開(kāi)（距離盡量大于局部應(yīng)力衰減范圍）；焊接接頭、開(kāi)孔、形狀突變位相互盡量錯(cuò)開(kāi)（距離盡量大于局部應(yīng)力衰減范圍）。7.2.7、液氧容器與腐蝕性介質(zhì)容器排凈安全對(duì)于液氧容器與腐蝕性介質(zhì)容器來(lái)說(shuō)，排污是關(guān)乎安

37、全使用的大事。GB16912-2008氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程規(guī)定：液氧儲(chǔ)罐液氧中乙炔含量每周至少化驗(yàn)一次，控制其值不超過(guò)0.1ppm。用戶需要根據(jù)分析數(shù)據(jù)排污或據(jù)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)定期排污。設(shè)計(jì)者當(dāng)然應(yīng)提供能夠排盡的排污接口。（有多次惡性事故報(bào)道?。?.2.8、避免容器遭受液體膨脹的滿液指示管深冷容器應(yīng)嚴(yán)格控制充滿率，以避免容器遭受液體膨脹壓力。完全依賴液位計(jì)來(lái)指示深冷容器中液面是否到達(dá)規(guī)定最高液位，尚難充分信任。要加設(shè)滿液指示管，當(dāng)液面到達(dá)規(guī)定最高液位時(shí)，此管出口處溢出液體，可以直觀、可靠地得知容器中液面是否到達(dá)規(guī)定最高液位。7.2.9、防“穿透”安排?！按┩浮辈坏珖?yán)重影響容器絕熱性能，“穿透”造成的局部低溫還可能給碳鋼外殼帶來(lái)安全隱患：碳鋼外殼經(jīng)不起“穿透”造成的局部低溫可能脆裂。7.3、關(guān)鍵工藝保證要點(diǎn)7.3.1、壓力試驗(yàn)7.3.1.1、試驗(yàn)壓力取值正確性，注