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1、2019/7/16,1,今日国学,己所不欲，勿施于人。 -论语,2019/7/16,2,第十一章 低温液体的贮运,贮存： （1）集中生产，分散使用 （2）短时生产，长期使用 （3）长期生产，短时集中使用 （4）运输交接，海陆交接 运输： （1）低温容器常用方式，机动灵活，运输费用大，气化损失大 （2）低温管道；大流量，短距离 无效运输质量钢瓶等贮存设备自重所占比重,2019/7/16,3,随着低温液体的广泛应用，深入到各行各业，同时，随着制造技术的不断发展，低温液体贮槽容量越来越大 液氧，液氮，液空成千上万m3； 液氢2000m3 液氦数十立方米 LNG10万m3甚至更大 管道输送：管径可达5
2、00mm；液氧液氢输送长度150500m，LNG可达数公里。,2019/7/16,4,11-1贮运容器低温容器,LHe、 LH2、 LN2、LO2、LAr、LAir、 LNG,可燃、可爆 H2对金属有较强的渗透性，正仲转化等特性,温度低，跑冷损失大,70-100K,温度较高，可燃，有毒,容器可通用,温度越低，跑冷损失越大，保温越困难，绝热技术越高,2019/7/16,5,低温容器的绝热方式,真空粉末、真空纤维绝热 真空夹层内添加 粉末、纤维材料 LO2、LN2、LH2,真空多层绝热 即多层真空 LH2、LHe,高真空绝热容器 真空夹层 多用于小型 LO2、LN2、LAr,液氮保护屏 即冷屏 真
3、空粉末、真空多层 冷屏 LHe,普通绝热 采用一般绝热材料 LNG、LO2、LN2,一、低温容器的种类,2019/7/16,6,杜瓦：即杜瓦低温容器，一般由同心装置的球体或者圆筒形内胆以及外壳构成，内外2层形成密闭的夹层，或者在其中添加绝热材料，抽真空并保持 其内真空度。分玻璃杜瓦和金属杜瓦。,按照用途分 低温容器,固定式 地下贮槽、杜瓦,移动类 用于运输 铁路槽车、汽车槽车、航运,按照工作压力区分 低温容器,常压容器 敞开式 用于贮、运,高压容器 工作压力15-30atm 用于传输、消费管网,2019/7/16,7,二、低温容器的结构,（一）液氧、液氮杜瓦 特点：可互换，并可用于液氩，换用时
4、容器内需要清洗 1，小型容器杜瓦瓶（玻璃，金属）结构如图16-1 特点：内外胆，真空度0.001mmHg（0.133Pa）， 温度越低，杜瓦的颈部越长 2，固定式贮槽 几百升-几千立方米，趋势是越做越大，分立式和卧式2种，多为圆柱形，也有球形。 （1）真空粉末绝热100m3容量以下，表16-2 （2）普通绝热材料大型贮槽，绝热层厚度达1m,2019/7/16,8,2019/7/16,9,3，运输式贮槽,陆用、船用之分 船用考虑船体的晃动，蒸发等因素，跨海跨洋，长距离运输 公路槽车圆筒形，320m3，汽车或者专用拖车，真空粉末绝热 铁路槽车限于车厢长、宽、高，一般50m3，真空粉末绝热,2019
5、/7/16,10,（二）液氢、液氦容器,特点：低沸点，低的气化潜热，要求容器有优异的绝热性能；冷蒸气复温到室温的显热比较大 -分别约是气化潜热的9倍、76倍。 1，液氮冷屏容器 特点：夹层液氮冷屏，绝热效果良好 有效降低辐射换热量 气化率低，预冷贮槽时间短 结构复杂，较笨重，另外，需要LN2源 2，气体屏，传导屏容器 特点：正是利用其显热大的特点，一种方式为气化的蒸气通过蛇形管冷却保护屏（图16-4）；另一种是传导屏多屏绝热（图16-5）。 3，固定式，运输式贮槽 特点：与液氮、液氧贮槽类似，多用“多层真空绝热”，或真空粉末，大型LHe贮槽也有用液氮屏或气体屏的。,2019/7/16,11,2
6、019/7/16,12,2019/7/16,13,（三）其他低温容器,1，液氟容器 （图16-6） 性质活泼，易化合、燃烧、腐蚀，有毒 2，LNG贮槽 沸点高，储量大普通绝热方式的大型贮槽 车载储罐，加气站的固定式贮槽，LNG船 地下贮槽：造价低，占地面积小； 罐体地上部分高度不会太高； 保证安全有泄漏时，冻结土壤，不致继续扩散 p191，图16-7,2019/7/16,14,2019/7/16,15,2019/7/16,16,三、低温容器的设计要点,（一）形状、尺寸形状多用球状、圆筒状,特点：多用于100m3以下的贮槽 两端采用蝶形封头 多用于公路、铁路槽车 有立式、卧式2类，固定多立，运输
7、多卧。,特点：多用于杜瓦瓶和大型固定 式贮槽 容器壁厚较薄 同样容积，表面积最小，节省材料，降低冷损。,尺寸：一般预留5-10%气体体积，以保证安全即实际容积大于有效贮存容积； 高压容器的长度/直径较大细长形,2019/7/16,17,（二）绝热结构,原则：绝热性能、成本、坚固性、体积重量、加工方便等方面,低沸点液体容器 高效的绝热材料和型式,复杂形状的容器 不宜采用真空多层,短期或间歇使用的容器 容器热容量尽量小,运输型、移动型容器 主要考虑轻便材料和型式 以降低无效运输质量,大型容器 主要考虑低成本绝热,绝热层厚度随绝热结构、型式、容量大小而变： 普通绝热0.1-1m；真空粉末0.02-0
8、.5m；真空多层0.01-0.1m 气化率气化量/贮存总量，所以在移动式贮槽的外形尺寸一定时，存在最佳绝热层厚度值，此时气化率最小。当加大绝热厚度，增强绝热效果时，也降低了有效容积。,2019/7/16,18,（三）材料、结构,外胆工作在常温，用一般碳钢即可 内胆需要考虑低温下其机械性能，如强度、韧性、脆性等 1，一般容器铜、铝合金、奥氏体不锈钢 2，LNG铜、铝合金、奥氏体不锈钢、9%的镍钢 3，液氟多用不锈钢、蒙乃合金 4，内外连接拉杆、支撑结构形成热桥，不宜用铜、铝，应选用导热系数小的材料（钛合金、不锈钢），加绝热垫片，并可延长其长度，以增大接触导热热阻。 图16-8,2019/7/16
9、,19,2019/7/16,20,（四）管道布置,容器上的管道包括：进液、排液、放气、排污、卸压、仪表接口（压力，液位、安全阀等） 特点：内外胆温差大采取绝热层内管道U形，环形，螺旋形，或者加伸缩节，使管道具有较大的伸缩能力。 “穿透”现象容器内液体自行流入管道并气化，压力升高后，自行又压回内胆，无疑增加了冷损失。故要力求避免此类现象的发生。 P193,图16-9,2019/7/16,21,2019/7/16,22,（五）气体的回收,传热冷损蒸发气化排出容器（否则容器压力会升高）回收 回收方式1，直接利用压缩机压入气瓶作为用户用气 2，溢出气体小型液化器液化后返回容器，图16-10 船用LNG
10、，可将气化气体引入内燃机、锅炉中加以利用,2019/7/16,23,2019/7/16,24,11-2 低温液体的管道输送,一、低温液体管道的输送方法 短距离输送贮槽至槽车，槽车至贮槽，槽车之间，槽车/贮槽至实验容器 特点：短距离、间歇供应（传输） 长距离输送天然气采集-液化-管道-用户，液氧液氮管道-用户 特点：长距离，连续供应，需采取绝热措施和冷却措施 容器之间输送方法有三：p200，图16-18,依靠重力 图c,液体泵 图d,加压 图a、b,2019/7/16,25,2019/7/16,26,加压输送多用于市区内、厂内，短距离 液体泵长距离输送，加压站（泵站） 气塞现象：管道输送时，部分
11、液体出现气化后，管道内出现两相流导致流量减小，阻力增大。在实践中，要尽量避免发生气塞现象，即实现液态单相流动。 防止气塞现象发生的具体方法：高压输送。即保持管道内液体的压力始终在其临界压力之上，液体温度在临界温度之下。故长距离输送低温液体，加压站和冷却站是必不可少的。,2019/7/16,27,二、低温液体的输送管道,（一）种类,普通管 非绝热管 特点：结构简单 热容量小，成本低 冷损大,普通绝热管 绝热效果一般 热容量大 适用于液氧、液氮 LNG的输送 不适合液氢、液氦,真空绝热管 （高真空、真空粉末、真空多层） 适于液氧、液氮长时间 长距离持续输送,高真空 绝热性能稍差 热容量小 液氢液氦
12、 短时间输送,真空粉末 绝热性能较好 热容量大,真空多层 绝热性能最好 热容量较小 适用于液氢液氦 长时间输送,2019/7/16,28,真空绝热管道的结构特点,组成：同心装配的内、外管（多层真空需多层管束），管间支撑件，以及管间绝热材料（粉末结构） 支撑构件p202，图16-19（既要强度好，又要接触少） 真空度：13.3mPa以下， 1，静态真空 2，动态真空 3，低温泵方法 连接：法兰，需绝热处理图16-20,2019/7/16,29,2019/7/16,30,2019/7/16,31,（二） 输送管道设计中的几个问题,1，管道材料和焊接 材料的冷脆问题多选用紫铜管和不锈钢管 气密性足够
13、良好 2，涨缩问题紫铜管冲氮、充氢后会缩短0.3-0.38% 解决方法：伸缩弯管 伸缩接头 3，气塞问题传热气化后，两相流 解决方法：提高工作压力/减少冷损/放气阀 4，阀门主要问题是有效减少冷损 后果：气化量大，导致阀杆冻住 解决方法：阀杆加长 阀杆分为两段（图16-22）,2019/7/16,32,2019/7/16,33,三、低温液体输送泵,（一）往复式柱塞泵活塞泵 特点：压力高，小流量， 可作为充瓶泵（15MPa气化器充瓶） 操作安全、压力高，流量可调节 注意冷损问题（绝热结构+加长泵体） （二）离心泵 特点：低扬程，大流量 适用于大型空分的液体输送系统 压力要求高时，可用多级离心泵,
14、2019/7/16,34,11-3 低温液体贮运过程中的安全问题,与低温液体性质有关安全问题 压力升高，燃烧、爆炸，毒性等,自动释压,毒性,燃烧、爆炸,安全阀 1.1倍的工作压力,安全膜 破坏性 1.2倍工作压力,本身具有 燃烧/爆炸性 如氢/NG,有助燃作用 如氧/氟,毒性或 使人窒息,通风设备 吹除贮罐,措施：充液前将可燃物吹除干净 容器附近不放可燃物 可燃液态产品气化量大且无法回收时，设法燃烧之 防止可燃物和助燃物相互凝结 检修容器时，要排放/吹除干净,2019/7/16,35,与结构材料有关的安全问题 金属材料的强度、冷脆、缩涨,容器,管道,轴向缩胀 （伸缩管）,内外胆 应允许相对移动
15、,夹层中的连接/支撑 部件也应适应缩胀,内外管的相对位移,总的来说，在预冷、加热过程中，应该保持冷却和加热的均匀性，否则会出现局部热应力不平衡，发生变形，甚至断裂,2019/7/16,36,第十二章 低温装置的绝热技术,12-1 目的、方法 绝热就是为了有效减少容器内外的传热量，减少冷损。 1，可以提高运行经济性 2，减小气化损失，可实现长时间、长距离的贮存、输送 有效导热系数数值越小，绝热性能越好（图17-2）,多层,阻光 粉末、纤维,粉末、纤维,单层,真空,非真空,10-2,10-1,10-3,10-4,10-5,100,2019/7/16,37,从绝热方式可分为,普通绝热 在容器、管道外
16、部敷设 固体多孔绝热材料,真空绝热,真空多孔绝热,高真空,真空多层,特点：性能较差 结构简单，成本低廉,特点：结构简单，重量轻，热容量小，使用广泛,特点：更加有效减少辐射换热量，广泛使用于贮存、运输设备和管道,特点：绝热性能最优，多用于液氢、液氦容器。成本高，结构复杂,2019/7/16,38,2019/7/16,39,12-2 常用的绝热材料,绝热材料的种类,按照材质分,按照组织结构分,泡沫材料,矿物质 耐用,有机材料 易受潮、易燃 耐久性差,纤维材料,具体见p211，表17-1,粉末材料,2019/7/16,40,1，泡沫材料以聚合物、合成树脂做原料，加入发泡剂、稳定剂，经加热发泡而成。常用的如聚氯乙烯发泡、聚氨酯发泡等 特点：可现场发
