低溫容器結構與檢測

低溫容器檢測國家低溫容器質量監(jiān)督檢驗中心1低溫容器結構1.1常壓容器1.1.1杜瓦瓶ab.玻璃纖維型d.鋁合金1.1.2液氮生物容器液氮生物容器(液氮罐)是以液氮（-196度）為致冷劑的常壓低溫容器，主要用于對動物冷凍精液及疫苗、細胞、微生物等長期超低溫貯存和運輸，也可用于血槳、皮膚、內臟以及疫苗、微生物等的貯藏。也大量用于冷裝配、冷處理、低溫試驗、金屬的物理特性研究、空間技術和電子工業(yè)等方面，目前廣泛應用于畜牧、醫(yī)療、國防、科研、機械、醫(yī)療、電子、冶金、能源等部門。a.產品主要特點：（1）采用高強度鋁合金制造，產品質量輕。（2）可靈活轉動的鉸鏈式提把，易于攜帶。（3）可按用戶需求，另配可鎖扣的防護蓋，以保護容器內貯存的樣本的安全（限Φ30、Φ50和Φ80口徑的容器）。（4）品種規(guī)格多，可從0.5升到（5）可編號的提筒，方便辨認和獨立存取貯存的樣本。（6）高真空多層絕熱設計，提供不低于五年的真空質量保證。（7）容器采用高真空、多層絕熱結構形式，真空腔內安裝了吸附劑，可長期維持其真空度。（8）容器蓋由帽蓋和芯塞組成，芯塞由絕熱性能良好的硬質泡沫塑料制成，具有降低液氮蒸發(fā)量和固定提筒的雙作用。（9）提筒用不銹鋼制成。提筒的提桿和桿筒組件之間用玻璃纖維增強塑料細管連接，提高了絕熱性能。容器的上部裝有定位環(huán)，提筒通過定位環(huán)上的槽和內膽底部的凸座及芯塞固定，工作狀態(tài)穩(wěn)定，可以安全的搬運和長途運輸。b.容器的使用（1）一般只用于盛裝液氮，不允許盛裝其它液體。（2）使用前檢查容器內部是否清潔干燥，外部有無凹陷及其它嚴重碰傷。（3）充氮要領：①充氮前要用少量液氮預冷；②充氮時要讓容器內已蒸發(fā)的氮氣順利排出；③充填不要過量，不要使頸管浸在液氮里；（4）液氮補充，用于長期貯存時，則需要定期補充液氮。補充的時機一般應選在液氮殘余量為總容量的三分之一時為宜。補充時提筒可不必取出。（5）取放提筒要輕、穩(wěn)、迅速；不要帶入雜質；同時盡量避免提筒與頸管的磨擦。（6）避免傾倒；運輸和使用中避免過度沖擊、振動與碰撞。（7）嚴禁在容器蓋上放置物體和密封頸口。c.液氮的安全防護（1）液氮是超低溫液體操作者必須遵守操作要領，注意勞動保護，嚴防凍傷。（2）充氮和存放容器的地方要通風良好，避免由于大量液氮的蒸發(fā)而引起的窒息事故。d.容器的維護(1)不可用硬物清洗頸管上的冰霜，以免損傷頸管，造成容器性能下降。清洗冰霜可按下條規(guī)定方法處理。（2）容器長期使用時，須清除內部積累的水分和其它雜質。清洗時先取出提筒和液氮，自然升溫到0℃以上，然后以中性洗滌劑清洗內部，再用清水沖刷干凈，最后干燥?？梢宰匀桓稍?，也可以內部加溫，溫度不宜超過50e.液氮生物容器的種類液氮生物容器如圖2液氮生物容器液氮生物容器可以較長期的在低溫下貯存物品。氮生物容器運輸液液氮生物容器液氮生物容器真空夾層內部增加了支承結構，加強了耐運輸性能。在低溫下貯存物品的同時可以運輸。氮生物容器大口徑液氮容器1.2自增壓容器1.2.1自增壓液氮容器a.種類，有立式、臥式、便攜式等如圖3所示圖3a立式圖3b臥式圖3c便攜式b.結構自增壓液氮容器的結構如圖4所示圖4自增壓液氮容器結構自增壓液氮容器主要是用來運輸貯存液氮的，不適用于裝運液氧或液化天然氣。1.2.2低溫絕熱氣瓶用于金屬焊接加工的裝運氧或氬的液氧、液氬低溫容器稱低溫絕熱氣瓶、焊接絕熱氣瓶、低溫氣瓶或絕熱氣瓶。結構見下圖。圖5.低溫絕熱氣瓶結構圖1.2.3近年來，隨著液化天然氣的開發(fā)利用，原來用壓縮天然氣作為汽車燃氣動力的高壓氣瓶不斷被液化天然氣氣瓶代替。采用液化天然氣氣瓶有著效率高、安全可靠的優(yōu)點，成為城市綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢，受到越來越多的重視和發(fā)展。其絕熱結構和低溫氣瓶相同，機械構造多采用臥式、內膽設置有液體緩沖板，降低運動產生的液體慣性力。面板裝有液位計，可方便的觀察液體剩余量。結構原理圖見圖6。圖6.車載液化天然氣氣瓶結構原理圖1.3低溫液體貯槽1.3.1大型常壓粉末絕熱液體貯槽a.結構簡介一般把容量≥300m3的叫做大型低溫液體貯槽。這類貯槽型式分為多只內容器式和單只內容器式。多只內容器式適用于設計壓力高于0.1MPa，單只內容器（即整體）式適用于設計壓力≤0.1MPa7貯槽一般為常壓平底雙層金屬罐，內膽由不銹鋼制造，外殼由Q235-A制造，內膽裝介質，內膽與外殼間的夾層形成一個保溫空間，內膽外殼均為平底結構，罐頂為球缺形。內膽與外殼底部間用泡沫玻璃磚絕熱，夾層用珠光砂絕熱，同時充干氮氣。絕熱層厚度底部一般在1000mm左右，側面和頂部在1000mm以上。外殼設有旋轉盤梯，槽頂有操作平臺和安全護欄。如圖7所示。7大型常壓粉末絕熱液體貯槽采用的是b.設計、制造、安裝、檢驗的主要標準和規(guī)程美國石油學會APl620《大型焊接低壓儲罐設計和施工》JB／T4735《鋼制焊接常壓容器》JB4730《壓力容器無損檢測》JB／W077《粉末普通絕熱貯槽》杭氧標準HTCT2《大型常壓低溫液體貯槽安裝技術要求》杭氧標準HTCT3《大型常壓低溫液體貯槽總體試驗規(guī)程》杭氧標準HTCT4《大型常壓低溫液體貯槽清洗驗收規(guī)程》杭氧標準HTCT5《大型常壓低溫液體貯槽預冷規(guī)程》PRAXAIR標準GS-33《低溫液體貯槽》c.普通絕熱貯槽檢驗大鋼不銹鋼母材的拉伸、低溫沖擊試驗焊工考試預制件預制不銹鋼零件脫脂現(xiàn)場組裝方案土建交接絕熱材料試驗(泡沫玻璃板材及珠光砂)泡沫玻璃板材的現(xiàn)場組裝均壓板的制作內筒組裝管道去油井組裝、儀表安裝內筒無損探傷檢測內筒試壓夾層氣密性試驗內筒脫脂珠光砂填裝外筒油漆預冷試驗1.3.2球形容器低溫液體球罐的內外罐均為單只球罐。工作狀態(tài)下，內罐為內壓力容器，內外罐之間的夾層通常為真空粉末絕熱，對于LH2容器，可采用真空多層絕熱結構。球罐的內外球殼板在壓力容器制造廠加工成形后，在安裝現(xiàn)場組裝。球殼板的成形需要專用加工工裝保證成形，現(xiàn)場安裝難度大，較少采用。國際上，美國和前蘇聯(lián)在航天火箭LH2、LO2地面貯罐采用過。我過1990年制造了200m3LO2球罐的優(yōu)勢在于在相同容積條件廠，球體具有最小的表面積，設備的凈重最小。最小的表面積，則意味著傳熱面積最小，加之夾層可以抽真空，有利于獲得最佳的絕熱保溫效果。球罐的球形特性具有最佳的耐內外壓力性能。1-內上極帶2-絕熱體3-內上溫帶4-內赤道帶5-支柱6-外下溫帶7-外下極帶8-管路系統(tǒng)9-內下極帶動10-內下溫帶ll-外赤道帶12-外上溫帶13-外上極帶圖8球罐的結構形式圖8a.用于港口的液化天然氣球罐圖8b.用于槽船運輸?shù)囊夯烊粴馇蚬?.3.3真空粉末絕熱低溫真空粉末絕熱低溫液體貯槽是國內制造和使用最多的低溫容器，有立式的和臥式的。一般20m3以下多為立式，20m3圖9真空粉末絕熱低溫液體貯槽結構示意圖1.3.4固定式高真空多層絕熱低溫液體貯槽在我國制造和使用較少，但用于運輸?shù)馁A槽大多是高真空多層絕熱。其結構原理與真空粉末絕熱低溫液體貯槽結構類似，主要區(qū)別是真空粉末絕熱低溫液體貯槽采用的是珠光砂粉末絕熱，這種絕熱結構厚度一般200mm至300mm左右。而高真空多層絕熱采用的是由高反射率的薄膜（鍍鋁滌綸薄膜或鋁箔）低導熱率的隔熱物（玻璃纖維布、植物纖維紙等）交替疊放組合而成，一般在30層至60層不等。這種絕熱結構的厚度在20mm至50mm1.4運輸槽車公路和鐵路上使用的低溫貯存容器一般和地面固定式容器結構差別不太大，主要是對其內外容器間的支撐有更高的要求，除了考慮靜止載荷外，還要考慮動載荷，因此其總負荷通常要大一倍。此外，還要考慮在運動中的沖擊、振動問題，液體在運輸中的晃動問題等。圖10則是一個鐵路液氧槽車，該車貯量僅50m3，長度相當于一個車廂大小，采用真空粉末絕熱，內容器用不銹鋼吊桿固定在外殼體上，軸向吊桿上裝有彈簧補償器，其余的重力通過緩沖器傳至平板車上。對于盛裝液氫、液氧的公路、鐵路運輸貯罐，容積從幾方到上百方不等，由于受到隧道和橋梁等的限制，其尺寸一般都有規(guī)定，這些貯罐都采用多層絕熱方式。有齊全附件的安全裝置，特別是對于液氫罐車，要有嚴格的安全防護裝置和出現(xiàn)問題的應急措施。高真空多層絕熱與真空粉末絕熱相比，其優(yōu)勢在于：保溫效果好，日蒸發(fā)率低，一般小于真空粉末絕熱的十幾倍甚至幾十倍，因而更適合長時間、長距離的低溫液體運輸；絕熱結構的厚度小，整車重心低，行駛穩(wěn)定性更高；有效容積大，運輸率高，節(jié)約運輸使用成本；使用壽命長，維護費用低。所以大多數(shù)運輸槽車采用多層絕熱低溫液體貯槽。高真空多層絕熱低溫液體槽車結構主要由罐體、閥門儀表箱、增壓器、輸液管和車架等組成。1．罐體罐體由內膽和外套兩大部件組成。內膽材質為低碳或超低碳不銹鋼，外套材質為容器專用鋼板。內膽封頭的一側設有吸附室，外筒上部設有一防爆裝置。夾層為高真空多層絕熱層。2．閥門儀表箱閥門儀表箱為箱式結構。設置在罐體外套封頭的一側(汽車尾部)。內裝設壓力表、液位計、安全閥、放空閥、增壓閥、液體進出口閥及真空檢測和封結閥等。3．增壓器增壓器為翅片管式結構。安裝在閥門儀表箱底或車體的左側，排放液體時作內膽升壓之用。4．輸液軟管輸液軟管是由內徑為DN40的不銹鋼帶編織軟管、快速接頭等組成。供液體灌充和排放時使用。灌充時軟管一頭接在本車液相進口，另一頭接在貯配站的固定貯罐液相出口。反之亦然。5．車架選用低重心車架，使整車質心降低。本車行駛安全穩(wěn)定，且具有雙回路氣制動系統(tǒng)，適宜大型運輸車的使用。整體結構如圖12所示圖12高真空多層絕熱低溫液體運輸槽車整體結構圖1.5液化天然氣運輸槽車和罐式集裝箱目前，我國LNG從生產地運往使用地是用槽車或罐式集裝箱方式運輸?shù)?，已有四川、江蘇、河北和新疆等地的制造商在試制、生產，并投入運行。1.運輸槽車一次可裝運27m3或40m3LNG產品?？紤]到LNG等介質的低溫特性，采用真空纖維絕熱或高真空多層絕熱技術對槽車的貯槽進行絕熱，貯槽內筒及管道材料選用0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼，外筒選用16MnR低合金鋼鋼板。內外筒支承選用耐低溫的，且絕熱性能較好的環(huán)氧玻璃鋼。槽車包括進排液系統(tǒng)、進排汽系統(tǒng)、自增壓系統(tǒng)、吹掃置換系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、緊急截斷閥與氣控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、抽空系統(tǒng)、測滿分析取樣系統(tǒng)。針對LNG1.5.2液化天然氣罐式集裝箱液化天然氣罐式集裝箱實際上就是將低溫貯存容器按照國際通用公路、海運標準集裝箱的標準設計，將其放入集裝箱內，其強度、絕熱性符合國際和國家的有關標準規(guī)定。由于其外形尺寸、強度和絕熱性能是標準化的，可適用于公路、鐵路、船舶運輸。近年來，隨著物流業(yè)的發(fā)展，發(fā)展十分迅速。液化天然氣罐式集裝箱采用高真空多層絕熱，絕熱性能好，無損貯存時間長，自重輕。罐式集裝箱運輸靈活機動，可公路、水路、鐵路聯(lián)運，也可直接作為貯存容器。內筒及管道材料選用0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼，外筒選用16MnR低合金鋼鋼板。由于在低溫下金屬材料制作的內容器和內部管道有較大的收縮率，內容器與外殼之間采用徑向組合結構。即內容器與外殼之間的連接個端是固定的，另一端是滑動的，來補償內容器的熱脹冷縮。貯槽與集裝箱框架的連接采用底部縱梁焊結構、端部圓弧連接板焊接結構，有較好的安全可靠性。在集裝箱的一端設置有操作箱或操作間，安裝了貯槽連通內部的各種儀表、管道閥門、真空閥門和安全附件。液化天然氣罐式集裝箱可以有單獨的公路集裝箱貨運車運輸，也可以集中堆碼由槽船來運輸，圖13為液化天然氣罐式集裝箱實物圖。圖14.液化天然氣集裝箱流程示意圖圖13.液化天然氣罐式集裝箱1.6低溫容器主要附件1.6.1壓力計（表）1.6.2安全閥1.6.3液面計1.6.4緊急切斷裝置1.6.5溫度計1.6.6其它附件1.7使用操作規(guī)范a.自增壓液氮容器b.低溫絕熱氣瓶c.車載液化天然氣氣瓶d.固定式低溫液體貯槽e.低溫液體槽車f.液化天然氣槽車g.液化天然氣罐式集裝箱防爆蓋圖14.液化天然氣集裝箱流程示意圖換向閥氣源處理器Q氣源閥阻火器超壓排放閥氣體排放閥殘液排放閥殘液排放閥安全閥2安全閥1組合安全系統(tǒng)閥真空規(guī)真空閥抽空閥液位計液相閥液位計LP壓力表液位計氣相閥液位計平衡閥溢流閥氣相接口增壓器液相接口液相接口增壓器液相閥殘液排放閥安全閥4安全閥3泄放閥緊急切斷閥2止回閥頂部進液閥底部進液閥緊急切斷閥1緊急切斷閥3防爆蓋圖14.液化天然氣集裝箱流程示意圖換向閥氣源處理器Q氣源閥阻火器超壓排放閥氣體排放閥殘液排放閥殘液排放閥安全閥2安全閥1組合安全系統(tǒng)閥真空規(guī)真空閥抽空閥液位計液相閥液位計LP壓力表液位計氣相閥液位計平衡閥溢流閥氣相接口增壓器液相接口液相接口增壓器液相閥殘液排放閥安全閥4安全閥3泄放閥緊急切斷閥2止回閥頂部進液閥底部進液閥緊急切斷閥1緊急切斷閥32低溫液體性質2.1液化天然氣當天然氣在大氣壓下，冷卻至約-162℃時，天然氣由氣態(tài)轉變成液態(tài)，稱為液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，縮寫為LNG）。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，LNG的重量僅為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108cal）。甲烷的分子結構是由一個碳原子和四個氫原子組成，燃燒產物主要是二氧化碳和水。CH4＋2O2→CO2＋2H2O所有與處理LNG有關的人員，不但應熟悉液態(tài)LNG的特性，而且應熟悉其產生氣體的特性。其潛在的危險主要來源于其3個方面：a）LNG的溫度極低。其沸點在大氣壓力下約為-160℃，并與其組分有關；在這一溫度條件下，其蒸發(fā)氣密度高于周圍空氣的密度（見表1b）極少量的LNG液體可以轉變?yōu)楹艽篌w積的氣體。1個體積的LNG可以轉變?yōu)榧s600個體積的氣體（見表1中的實例）；c）似于其他氣態(tài)烴類化合物，天然氣是易燃的。在大氣環(huán)境下，與空氣混合時，其體積約占5%～15%的情況下就是可燃的。表1中的實例常壓下的性質LNG例1LNG例2LNG例3摩爾分數(shù)/％N2CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10C5H120.5---1.7993.93.260.690.3687.208.612.740.420.650.02相對分子質量/(kg/kmol)16.4117.0718.52沸點溫度/℃-162.6-165.3-161.3密度/(kg/m3)431.6448.8468.70℃和101325Pa時單位體積液體生成的氣體體積/(m3/m35905905680℃和101325Pa時單位質量液體生成的氣體體積/(m3/101367131412112.1其他低溫液體

3低溫容器檢測3.1低溫容器的主要性能和參數(shù)3.2低溫容器的法律法規(guī)及標準GB150-1998《鋼制壓力容器》GB24510-2009《低溫壓力容器用9％Ni鋼板》JB/T4783-2007《低溫液體汽車罐車》JB×××××-××××《低溫絕熱氣瓶》TSGD0001-2009《壓力管道安全技術監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道(管規(guī))》TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0005-2010《移動式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR7001-2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》TSGZF001-2006《安全閥安全技術監(jiān)察規(guī)程》壓力容器檢驗人員法規(guī)標準習題集3.3低溫容器的安全操作低溫容器被國家定為三類壓力容器，這是由于它所盛裝的低溫液化氣體，液化的氣體在汽化之后，其體積會膨脹600～800倍。如果低溫容器的絕熱層突然破壞，環(huán)境的熱量進入低溫液體，使得液體迅速氣化，在來不及排放的情況下，壓力急劇升高，嚴重時會發(fā)生爆炸。因此，我們必須注意低溫容器的安全使用維護。3.3低溫容器在使用中，安全使用是十分重要的。低溫容器要經歷加注、排放、貯存或運輸?shù)冗^程，操作人員必須熟讀使用說明書，要熟悉每個閥門及儀表的功能，并能熟練運用，防止誤操作發(fā)生。在低溫容器使用中，最危險的是低溫液體向外泄漏。低溫流體外泄可能引起的事故有：人體凍傷，窒息，毒害，爆炸和燃燒。3.3.低溫容器被國家定為三類壓力容器，這是由于它所盛裝的低溫液化氣體，液化的氣體在汽化之后，其體積會膨脹600～800倍。如果低溫容器的絕熱層突然破壞，環(huán)境的熱量進入低溫液體，使得液體迅速氣化，在來不及排放的情況下，壓力將急劇升高，嚴重時會發(fā)生爆炸。因此，我們必須注意低溫容器的安全使用維護。低溫容器在使用中，安全使用是十分重要的。低溫容器要經歷加注、排放、貯存或運輸?shù)冗^程，操作人員必須熟讀使用說明書，要熟悉每個閥門及儀表的功能，并能熟練運用，防止誤操作發(fā)生。在低溫容器使用中，最危險的是低溫液體向外泄漏。低溫流體外泄可能引起的事故有：人體凍傷，窒息，毒害，爆炸和燃燒等。3.3當外漏出的低溫液體直接接觸到人的身體時，由于低溫液體溫度很低，會使操作人員受到凍傷。在加注和排放中，有時會發(fā)生連接管破裂，低溫液體外泄現(xiàn)象，凍傷操作者。出現(xiàn)這種情況，首先要關閉排出的閥門，切斷低溫液體，及時將受傷人員送往醫(yī)院救治。3.3窒息是由于人體吸入其它氣體引起缺氧所致。窒息分為突然窒息和逐步窒息兩大類。如果人突然吸入純氮氣或其它非氧氣體，就會突然窒息，甚至死亡。逐步窒息是因氧含量過低造成的。若含氧量降到14%就會出現(xiàn)人體不適，呼吸加快，脈搏加速癥狀，注意力不易集中等。當氧含量降到10%時，會出現(xiàn)肌肉疲勞、乏力。當氧含量降到6%時，會出現(xiàn)惡心、嘔吐，肌肉失去運動能力，并造成永久性腦損傷。因此室內作業(yè)，要特別防止大量低溫液體溢出。發(fā)生這種情況，需打開門窗，加速空氣流通。3.3有少數(shù)低溫液化氣體是有毒、有害的。例如液氟、液氯。這些氣體對人傷害極大，現(xiàn)場工作人員要配備防毒面具。搶險救助人員也應配有氧氣呼吸器，搶救現(xiàn)場受傷人員，關閉閥門，切斷氣源，使人員撤離現(xiàn)場。還有一些液化氣體，雖然本身不具毒性，但具有麻醉作用，如乙烯、乙烷等有麻醉作用，有時會因吸入過量死亡。因此要及時注意通風和防護。3.3有些低溫液體是易燃、易爆或助燃的，例如液氫、液化天然氣。液氧雖然不燃，但它是一種助燃物，如果附近