低温容器结构与检测

低温容器检测国家低温容器质量监督检验中心1低温容器结构1.1常压容器1.1.1杜瓦瓶ab.玻璃纤维型d.铝合金1.1.2液氮生物容器液氮生物容器(液氮罐)是以液氮（-196度）为致冷剂的常压低温容器，主要用于对动物冷冻精液及疫苗、细胞、微生物等长期超低温贮存和运输，也可用于血桨、皮肤、内脏以及疫苗、微生物等的贮藏。也大量用于冷装配、冷处理、低温试验、金属的物理特性研究、空间技术和电子工业等方面，目前广泛应用于畜牧、医疗、国防、科研、机械、医疗、电子、冶金、能源等部门。a.产品主要特点：（1）采用高强度铝合金制造，产品质量轻。（2）可灵活转动的铰链式提把，易于携带。（3）可按用户需求，另配可锁扣的防护盖，以保护容器内贮存的样本的安全（限Φ30、Φ50和Φ80口径的容器）。（4）品种规格多，可从0.5升到（5）可编号的提筒，方便辨认和独立存取贮存的样本。（6）高真空多层绝热设计，提供不低于五年的真空质量保证。（7）容器采用高真空、多层绝热结构形式，真空腔内安装了吸附剂，可长期维持其真空度。（8）容器盖由帽盖和芯塞组成，芯塞由绝热性能良好的硬质泡沫塑料制成，具有降低液氮蒸发量和固定提筒的双作用。（9）提筒用不锈钢制成。提筒的提杆和杆筒组件之间用玻璃纤维增强塑料细管连接，提高了绝热性能。容器的上部装有定位环，提筒通过定位环上的槽和内胆底部的凸座及芯塞固定，工作状态稳定，可以安全的搬运和长途运输。b.容器的使用（1）一般只用于盛装液氮，不允许盛装其它液体。（2）使用前检查容器内部是否清洁干燥，外部有无凹陷及其它严重碰伤。（3）充氮要领：①充氮前要用少量液氮预冷；②充氮时要让容器内已蒸发的氮气顺利排出；③充填不要过量，不要使颈管浸在液氮里；（4）液氮补充，用于长期贮存时，则需要定期补充液氮。补充的时机一般应选在液氮残余量为总容量的三分之一时为宜。补充时提筒可不必取出。（5）取放提筒要轻、稳、迅速；不要带入杂质；同时尽量避免提筒与颈管的磨擦。（6）避免倾倒；运输和使用中避免过度冲击、振动与碰撞。（7）严禁在容器盖上放置物体和密封颈口。c.液氮的安全防护（1）液氮是超低温液体操作者必须遵守操作要领，注意劳动保护，严防冻伤。（2）充氮和存放容器的地方要通风良好，避免由于大量液氮的蒸发而引起的窒息事故。d.容器的维护(1)不可用硬物清洗颈管上的冰霜，以免损伤颈管，造成容器性能下降。清洗冰霜可按下条规定方法处理。（2）容器长期使用时，须清除内部积累的水分和其它杂质。清洗时先取出提筒和液氮，自然升温到0℃以上，然后以中性洗涤剂清洗内部，再用清水冲刷干净，最后干燥。可以自然干燥，也可以内部加温，温度不宜超过50e.液氮生物容器的种类液氮生物容器如图2液氮生物容器液氮生物容器可以较长期的在低温下贮存物品。氮生物容器运输液液氮生物容器液氮生物容器真空夹层内部增加了支承结构，加强了耐运输性能。在低温下贮存物品的同时可以运输。氮生物容器大口径液氮容器1.2自增压容器1.2.1自增压液氮容器a.种类，有立式、卧式、便携式等如图3所示图3a立式图3b卧式图3c便携式b.结构自增压液氮容器的结构如图4所示图4自增压液氮容器结构自增压液氮容器主要是用来运输贮存液氮的，不适用于装运液氧或液化天然气。1.2.2低温绝热气瓶用于金属焊接加工的装运氧或氩的液氧、液氩低温容器称低温绝热气瓶、焊接绝热气瓶、低温气瓶或绝热气瓶。结构见下图。图5.低温绝热气瓶结构图1.2.3近年来，随着液化天然气的开发利用，原来用压缩天然气作为汽车燃气动力的高压气瓶不断被液化天然气气瓶代替。采用液化天然气气瓶有着效率高、安全可靠的优点，成为城市绿色环保的发展趋势，受到越来越多的重视和发展。其绝热结构和低温气瓶相同，机械构造多采用卧式、内胆设置有液体缓冲板，降低运动产生的液体惯性力。面板装有液位计，可方便的观察液体剩余量。结构原理图见图6。图6.车载液化天然气气瓶结构原理图1.3低温液体贮槽1.3.1大型常压粉末绝热液体贮槽a.结构简介一般把容量≥300m3的叫做大型低温液体贮槽。这类贮槽型式分为多只内容器式和单只内容器式。多只内容器式适用于设计压力高于0.1MPa，单只内容器（即整体）式适用于设计压力≤0.1MPa7贮槽一般为常压平底双层金属罐，内胆由不锈钢制造，外壳由Q235-A制造，内胆装介质，内胆与外壳间的夹层形成一个保温空间，内胆外壳均为平底结构，罐顶为球缺形。内胆与外壳底部间用泡沫玻璃砖绝热，夹层用珠光砂绝热，同时充干氮气。绝热层厚度底部一般在1000mm左右，侧面和顶部在1000mm以上。外壳设有旋转盘梯，槽顶有操作平台和安全护栏。如图7所示。7大型常压粉末绝热液体贮槽采用的是b.设计、制造、安装、检验的主要标准和规程美国石油学会APl620《大型焊接低压储罐设计和施工》JB／T4735《钢制焊接常压容器》JB4730《压力容器无损检测》JB／W077《粉末普通绝热贮槽》杭氧标准HTCT2《大型常压低温液体贮槽安装技术要求》杭氧标准HTCT3《大型常压低温液体贮槽总体试验规程》杭氧标准HTCT4《大型常压低温液体贮槽清洗验收规程》杭氧标准HTCT5《大型常压低温液体贮槽预冷规程》PRAXAIR标准GS-33《低温液体贮槽》c.普通绝热贮槽检验大钢不锈钢母材的拉伸、低温冲击试验焊工考试预制件预制不锈钢零件脱脂现场组装方案土建交接绝热材料试验(泡沫玻璃板材及珠光砂)泡沫玻璃板材的现场组装均压板的制作内筒组装管道去油井组装、仪表安装内筒无损探伤检测内筒试压夹层气密性试验内筒脱脂珠光砂填装外筒油漆预冷试验1.3.2球形容器低温液体球罐的内外罐均为单只球罐。工作状态下，内罐为内压力容器，内外罐之间的夹层通常为真空粉末绝热，对于LH2容器，可采用真空多层绝热结构。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用加工工装保证成形，现场安装难度大，较少采用。国际上，美国和前苏联在航天火箭LH2、LO2地面贮罐采用过。我过1990年制造了200m3LO2球罐的优势在于在相同容积条件厂，球体具有最小的表面积，设备的净重最小。最小的表面积，则意味着传热面积最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的绝热保温效果。球罐的球形特性具有最佳的耐内外压力性能。1-内上极带2-绝热体3-内上温带4-内赤道带5-支柱6-外下温带7-外下极带8-管路系统9-内下极带动10-内下温带ll-外赤道带12-外上温带13-外上极带图8球罐的结构形式图8a.用于港口的液化天然气球罐图8b.用于槽船运输的液化天然气球罐1.3.3真空粉末绝热低温真空粉末绝热低温液体贮槽是国内制造和使用最多的低温容器，有立式的和卧式的。一般20m3以下多为立式，20m3图9真空粉末绝热低温液体贮槽结构示意图1.3.4固定式高真空多层绝热低温液体贮槽在我国制造和使用较少，但用于运输的贮槽大多是高真空多层绝热。其结构原理与真空粉末绝热低温液体贮槽结构类似，主要区别是真空粉末绝热低温液体贮槽采用的是珠光砂粉末绝热，这种绝热结构厚度一般200mm至300mm左右。而高真空多层绝热采用的是由高反射率的薄膜（镀铝涤纶薄膜或铝箔）低导热率的隔热物（玻璃纤维布、植物纤维纸等）交替叠放组合而成，一般在30层至60层不等。这种绝热结构的厚度在20mm至50mm1.4运输槽车公路和铁路上使用的低温贮存容器一般和地面固定式容器结构差别不太大，主要是对其内外容器间的支撑有更高的要求，除了考虑静止载荷外，还要考虑动载荷，因此其总负荷通常要大一倍。此外，还要考虑在运动中的冲击、振动问题，液体在运输中的晃动问题等。图10则是一个铁路液氧槽车，该车贮量仅50m3，长度相当于一个车厢大小，采用真空粉末绝热，内容器用不锈钢吊杆固定在外壳体上，轴向吊杆上装有弹簧补偿器，其余的重力通过缓冲器传至平板车上。对于盛装液氢、液氧的公路、铁路运输贮罐，容积从几方到上百方不等，由于受到隧道和桥梁等的限制，其尺寸一般都有规定，这些贮罐都采用多层绝热方式。有齐全附件的安全装置，特别是对于液氢罐车，要有严格的安全防护装置和出现问题的应急措施。高真空多层绝热与真空粉末绝热相比，其优势在于：保温效果好，日蒸发率低，一般小于真空粉末绝热的十几倍甚至几十倍，因而更适合长时间、长距离的低温液体运输；绝热结构的厚度小，整车重心低，行驶稳定性更高；有效容积大，运输率高，节约运输使用成本；使用寿命长，维护费用低。所以大多数运输槽车采用多层绝热低温液体贮槽。高真空多层绝热低温液体槽车结构主要由罐体、阀门仪表箱、增压器、输液管和车架等组成。1．罐体罐体由内胆和外套两大部件组成。内胆材质为低碳或超低碳不锈钢，外套材质为容器专用钢板。内胆封头的一侧设有吸附室，外筒上部设有一防爆装置。夹层为高真空多层绝热层。2．阀门仪表箱阀门仪表箱为箱式结构。设置在罐体外套封头的一侧(汽车尾部)。内装设压力表、液位计、安全阀、放空阀、增压阀、液体进出口阀及真空检测和封结阀等。3．增压器增压器为翅片管式结构。安装在阀门仪表箱底或车体的左侧，排放液体时作内胆升压之用。4．输液软管输液软管是由内径为DN40的不锈钢带编织软管、快速接头等组成。供液体灌充和排放时使用。灌充时软管一头接在本车液相进口，另一头接在贮配站的固定贮罐液相出口。反之亦然。5．车架选用低重心车架，使整车质心降低。本车行驶安全稳定，且具有双回路气制动系统，适宜大型运输车的使用。整体结构如图12所示图12高真空多层绝热低温液体运输槽车整体结构图1.5液化天然气运输槽车和罐式集装箱目前，我国LNG从生产地运往使用地是用槽车或罐式集装箱方式运输的，已有四川、江苏、河北和新疆等地的制造商在试制、生产，并投入运行。1.运输槽车一次可装运27m3或40m3LNG产品。考虑到LNG等介质的低温特性，采用真空纤维绝热或高真空多层绝热技术对槽车的贮槽进行绝热，贮槽内筒及管道材料选用0Crl8Ni9奥氏体不锈钢，外筒选用16MnR低合金钢钢板。内外筒支承选用耐低温的，且绝热性能较好的环氧玻璃钢。槽车包括进排液系统、进排汽系统、自增压系统、吹扫置换系统、仪控系统、紧急截断阀与气控系统、安全系统、抽空系统、测满分析取样系统。针对LNG1.5.2液化天然气罐式集装箱液化天然气罐式集装箱实际上就是将低温贮存容器按照国际通用公路、海运标准集装箱的标准设计，将其放入集装箱内，其强度、绝热性符合国际和国家的有关标准规定。由于其外形尺寸、强度和绝热性能是标准化的，可适用于公路、铁路、船舶运输。近年来，随着物流业的发展，发展十分迅速。液化天然气罐式集装箱采用高真空多层绝热，绝热性能好，无损贮存时间长，自重轻。罐式集装箱运输灵活机动，可公路、水路、铁路联运，也可直接作为贮存容器。内筒及管道材料选用0Crl8Ni9奥氏体不锈钢，外筒选用16MnR低合金钢钢板。由于在低温下金属材料制作的内容器和内部管道有较大的收缩率，内容器与外壳之间采用径向组合结构。即内容器与外壳之间的连接个端是固定的，另一端是滑动的，来补偿内容器的热胀冷缩。贮槽与集装箱框架的连接采用底部纵梁焊结构、端部圆弧连接板焊接结构，有较好的安全可靠性。在集装箱的一端设置有操作箱或操作间，安装了贮槽连通内部的各种仪表、管道阀门、真空阀门和安全附件。液化天然气罐式集装箱可以有单独的公路集装箱货运车运输，也可以集中堆码由槽船来运输，图13为液化天然气罐式集装箱实物图。图14.液化天然气集装箱流程示意图图13.液化天然气罐式集装箱1.6低温容器主要附件1.6.1压力计（表）1.6.2安全阀1.6.3液面计1.6.4紧急切断装置1.6.5温度计1.6.6其它附件1.7使用操作规范a.自增压液氮容器b.低温绝热气瓶c.车载液化天然气气瓶d.固定式低温液体贮槽e.低温液体槽车f.液化天然气槽车g.液化天然气罐式集装箱防爆盖图14.液化天然气集装箱流程示意图换向阀气源处理器Q气源阀阻火器超压排放阀气体排放阀残液排放阀残液排放阀安全阀2安全阀1组合安全系统阀真空规真空阀抽空阀液位计液相阀液位计LP压力表液位计气相阀液位计平衡阀溢流阀气相接口增压器液相接口液相接口增压器液相阀残液排放阀安全阀4安全阀3泄放阀紧急切断阀2止回阀顶部进液阀底部进液阀紧急切断阀1紧急切断阀3防爆盖图14.液化天然气集装箱流程示意图换向阀气源处理器Q气源阀阻火器超压排放阀气体排放阀残液排放阀残液排放阀安全阀2安全阀1组合安全系统阀真空规真空阀抽空阀液位计液相阀液位计LP压力表液位计气相阀液位计平衡阀溢流阀气相接口增压器液相接口液相接口增压器液相阀残液排放阀安全阀4安全阀3泄放阀紧急切断阀2止回阀顶部进液阀底部进液阀紧急切断阀1紧急切断阀32低温液体性质2.1液化天然气当天然气在大气压下，冷却至约-162℃时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（LiquefiedNaturalGas，缩写为LNG）。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108cal）。甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和水。CH4＋2O2→CO2＋2H2O所有与处理LNG有关的人员，不但应熟悉液态LNG的特性，而且应熟悉其产生气体的特性。其潜在的危险主要来源于其3个方面：a）LNG的温度极低。其沸点在大气压力下约为-160℃，并与其组分有关；在这一温度条件下，其蒸发气密度高于周围空气的密度（见表1b）极少量的LNG液体可以转变为很大体积的气体。1个体积的LNG可以转变为约600个体积的气体（见表1中的实例）；c）似于其他气态烃类化合物，天然气是易燃的。在大气环境下，与空气混合时，其体积约占5%～15%的情况下就是可燃的。表1中的实例常压下的性质LNG例1LNG例2LNG例3摩尔分数/％N2CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10C5H120.5---1.7993.93.260.690.3687.208.612.740.420.650.02相对分子质量/(kg/kmol)16.4117.0718.52沸点温度/℃-162.6-165.3-161.3密度/(kg/m3)431.6448.8468.70℃和101325Pa时单位体积液体生成的气体体积/(m3/m35905905680℃和101325Pa时单位质量液体生成的气体体积/(m3/101367131412112.1其他低温液体

3低温容器检测3.1低温容器的主要性能和参数3.2低温容器的法律法规及标准GB150-1998《钢制压力容器》GB24510-2009《低温压力容器用9％Ni钢板》JB/T4783-2007《低温液体汽车罐车》JB×××××-××××《低温绝热气瓶》TSGD0001-2009《压力管道安全技术监察规程-工业管道(管规)》TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0005-2010《移动式压力容器安全技术监察规程》TSGR7001-2004《压力容器定期检验规则》TSGZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》压力容器检验人员法规标准习题集3.3低温容器的安全操作低温容器被国家定为三类压力容器，这是由于它所盛装的低温液化气体，液化的气体在汽化之后，其体积会膨胀600～800倍。如果低温容器的绝热层突然破坏，环境的热量进入低温液体，使得液体迅速气化，在来不及排放的情况下，压力急剧升高，严重时会发生爆炸。因此，我们必须注意低温容器的安全使用维护。3.3低温容器在使用中，安全使用是十分重要的。低温容器要经历加注、排放、贮存或运输等过程，操作人员必须熟读使用说明书，要熟悉每个阀门及仪表的功能，并能熟练运用，防止误操作发生。在低温容器使用中，最危险的是低温液体向外泄漏。低温流体外泄可能引起的事故有：人体冻伤，窒息，毒害，爆炸和燃烧。3.3.低温容器被国家定为三类压力容器，这是由于它所盛装的低温液化气体，液化的气体在汽化之后，其体积会膨胀600～800倍。如果低温容器的绝热层突然破坏，环境的热量进入低温液体，使得液体迅速气化，在来不及排放的情况下，压力将急剧升高，严重时会发生爆炸。因此，我们必须注意低温容器的安全使用维护。低温容器在使用中，安全使用是十分重要的。低温容器要经历加注、排放、贮存或运输等过程，操作人员必须熟读使用说明书，要熟悉每个阀门及仪表的功能，并能熟练运用，防止误操作发生。在低温容器使用中，最危险的是低温液体向外泄漏。低温流体外泄可能引起的事故有：人体冻伤，窒息，毒害，爆炸和燃烧等。3.3当外漏出的低温液体直接接触到人的身体时，由于低温液体温度很低，会使操作人员受到冻伤。在加注和排放中，有时会发生连接管破裂，低温液体外泄现象，冻伤操作者。出现这种情况，首先要关闭排出的阀门，切断低温液体，及时将受伤人员送往医院救治。3.3窒息是由于人体吸入其它气体引起缺氧所致。窒息分为突然窒息和逐步窒息两大类。如果人突然吸入纯氮气或其它非氧气体，就会突然窒息，甚至死亡。逐步窒息是因氧含量过低造成的。若含氧量降到14%就会出现人体不适，呼吸加快，脉搏加速症状，注意力不易集中等。当氧含量降到10%时，会出现肌肉疲劳、乏力。当氧含量降到6%时，会出现恶心、呕吐，肌肉失去运动能力，并造成永久性脑损伤。因此室内作业，要特别防止大量低温液体溢出。发生这种情况，需打开门窗，加速空气流通。3.3有少数低温液化气体是有毒、有害的。例如液氟、液氯。这些气体对人伤害极大，现场工作人员要配备防毒面具。抢险救助人员也应配有氧气呼吸器，抢救现场受伤人员，关闭阀门，切断气源，使人员撤离现场。还有一些液化气体，虽然本身不具毒性，但具有麻醉作用，如乙烯、乙烷等有麻醉作用，有时会因吸入过量死亡。因此要及时注意通风和防护。3.3有些低温液体是易燃、易爆或助燃的，例如液氢、液化天然气。液氧虽然不燃，但它是一种助燃物，如果附近