第 7章：低温贮运设备 要求掌握的内容： ? 1 掌握各种绝热结构的定义、优缺点。 ? 2 影响高真空绝热性能的因素有哪些，应采取什么措 施。 ? 3 高真空绝热和真空粉末绝热性能的比较。 ? 4 高真空多层绝热中多层材料的作用是什么？高真空 多层绝热中为 什么层间压强高于真空空间压强？为了 达到并保持绝热层内的高真空，应采取什么措施？ ? 5 按绝热型式分类，低温容器可分成哪几类，各自适 用于哪些低温液体的储运？ ? 6 低温容器绝热型式的选用原则有哪些？ ? 7 低温容器的材料有什么要求？内外壳体和支承一般 使用什么材料？ ? 8 低温液体有哪几种输送方法。输液管道有几种？ ? 1 定义 ：选用导热系数小的绝热材料装填在需 要绝热的部位上以达到绝热的目的。 ? 3 主要漏热：导热 ? 4 适用场合： 大型低温装置或对绝热性能要求不高 的场合。 7.1、低温绝热技术 - ①堆积绝热 ? 1 定义 ： 高真空绝热是一种将绝热空间抽至 1mpa的 真空度，以消除绝热空间的气体对流换热和绝大部分 气体导热的一种绝热型式。 ? 2 主要漏热： 辐射 ? 3 影响其性能的因素及采取的措施 – 真空度：（影响导热和传热）防漏，夹层中安放 低温吸附剂、活性炭或分子筛以吸附水分等以保 持真空度 – 辐射传热量：表面镀银 ? 4 适用场合 – 实验室规模的小型杜瓦容器中 ? 5 优缺点 – 优点：易于对形状复杂的表面绝热，预冷损失 小，真空夹层可做得很小 – 缺点：需持久的高真空，要求辐射率小 7.1、低温绝热技术 - ②高真空绝热 ? 1 定义 – 在绝热空间填充多孔性绝热材料 (粉末或纤维 )，再将绝热空间 抽到一定真空度 (1~0.1Pa)的绝热型式 ? 2 主要漏热 – 从常温→液氮温区，辐射传热是主要的漏热。此辐 射漏热 <高真空绝热中的辐射漏热，所以此温区绝 热性能优于高真空绝热。 – 从液氮温区→液氦温区，固体热导是主要漏热。此 漏热大于高真空绝热。所以此温区绝热性能不如高 真空绝热。 ? 3 适用场合： 大中型低温贮槽及设备中。 ? 4 优点 – 不需要太高的真空度，易于对形状复杂的表面绝 热。 ? 5 缺点 – 振动负荷和反复热循环后易沉降压实，抽真空时必 7.1、低温绝热技术 - ③真空粉末(或纤维)绝热 ? 1 定义 ：在高真空( 真空度达10 -2 Pa以上) 绝热空间内 交替装有许多 具有高反射能力的辐射与具有低热导率 的间隔物 的一种绝热型式。 这种绝热型式绝热性能非常好，常被称为 “超级绝 热 ” ? 2 主要漏热： 导热 7.1、低温绝热技术 - ④高真空多层绝热 ? 3 影响高真空多层绝热性能的因素 7.1、低温绝热技术 - ④高真空多层绝热 (1)多 层材 料及 其组 合 辐射屏 种类：铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜 作用 ：降低辐射漏热，在多层中设置 n层辐射屏， 则辐射漏热仅为原先的 1/(n+1)倍 屏数量：单位厚度中屏的数量：数量增加，则辐 射传热降低；但会使接触热阻降低，从而固体导 热增加。最佳层密度为 20~40层 /cm 间隔物 种类：玻璃纤维、纤维纸、尼龙布、涤纶膜、填 炭纸等 作用：起反射屏之间的间隔作用、及抑制固体热 导 (这是由于间隔物的导热系小 且与辐射屏间以点 接触形式接触 ) 组合 P241表 7.6 几种多层绝热表观热导率 (2)真 空度 真空度 要求 真空度应保持在 0.01Pa以上 层间 压强 由于(1) 多层材料层间抽气阻力大 (2)多层材料本身 又要放气。所以层间压强》真空空间压强，如不采 取措施，就不能满足真空度0.01Pa的要求 措施 (1)在多层材料上打许多小孔以利多层层间压力平 衡，保证里层的残余气体能被充分抽走。 (2)采用填炭纸作为间隔物材料可有效地利用活性炭 在低温下的高吸附能力，吸附真空夹层中的放气， 因而能长时间地保证容器的高真空。 (3)其 它 温度、机械负荷、杂质等 7.1、低温绝热技术 - ④高真空多层绝热 7.1、低温绝热技术 - ④高真空多层绝热 ? 4 适用场合：液氧、液氢、液氦的贮存容器 ? 5 优缺点 – 优点：绝热性能优越，重量轻，与粉末绝热比相 对预冷损失小，稳定性好； – 缺点：费用较大，难以对形状复杂绝热，抽成高 真空不容易，抽空工艺复杂 ? 1 定义： 是一种多层防辐射屏与传热屏相结合的绝 热结构 ? 2 机理： 用不多的传热屏与容器内冷蒸发气体逸出 管相连接，利 用冷蒸汽吸收的显热来冷却辐射，降低 热壁( 传热屏和辐射屏 )的温度，抑制了辐射传热，从 而提高绝热效果。 ? 3 传热屏： 有限个屏就能得到高效绝热效 果。 ? 4 适用场合： 液氢和液氦容器 ? 5 优缺点 – 优点：绝热性能最优； – 缺点：仅对于液氦或液氢容器有较显著的 效果 ， 结构复杂 ， 成本较高 。 7.1、低温绝热技术 - ⑤高真空多屏绝热 7.1、低温绝热技术 -5种绝热方法比较 类型 真空/Pa 夹层材料 主要漏热 应用场合 堆积绝热 常压或微 正压 泡沫 /粉末 /纤 维 导热 大型储罐 ,要 求不高的场合 高真空绝 热 10 -3 无 辐射 实验室规模小 型杜瓦瓶 真空粉末 绝热 1~0.1 粉末 /纤维 常温 -77K,辐射 77~4.2K固体 热导 大中型储槽 / 设备 高真空多 层绝热 10 -2 辐射屏 +间隔 物的多层材料 导热 LO 2 ,LH 2 ,Lhe 储罐 高真空多 屏绝热 高真空 10 -3 多层10 -2 辐射屏 +间隔 物的多层材料 导热 LH 2 ,Lhe储罐 ? 低温容器：用于贮存和运输液化气体的设备 ? 常见的低温液化气体： LNG、 LO 2 、 LN 2 、 LH 2 、 LHe ? 1、按绝热类型分类 7.2、低温容器 -低温容器种类 普通绝热结构的容器 适于大量的 LNG、 LN 2 、 LO 2 贮运 高真空绝热容器 通常做成小型，用于 LO 2 、 LN 2 贮运 真空粉末绝热容器 适于 LO 2 、 LN 2 、 LH 2 贮运 高真空多层绝热容器 适于 LH 2 、 LHe贮运 高真空多屏绝热容器 适于 LHe贮运 7.2、低温容器 -绝热型式 选用绝热型式的一般原则： ? 从经济性角度考虑 – 低沸点液体应采用高效的绝热型式 – 大型容器选用成本低的绝热型式，而不必过多考虑重 量和所占空间的大小 – 中小型的液氦容器尽可能采用高真空多屏绝热结构 ? 从可操作性角度考虑 – 运输式及轻便型容器应采用重量轻，体积小的绝热型 式 – 形状复杂的容器一般不宜选用高真空多层( 多屏) 绝热 – 对于短期或间歇使用的容器，宜采用高真空绝热以使 预冷时间短，冷耗少。 7.2、低温容器 -内外罐材料 ? 1 选用材料需考虑以下两点： – 材料在低温下必须满足低温下的性能要求：如压 缩强度、拉伸、层间剪切、冲击韧性、导热系 数、线膨胀系数 (特别是对支承件材料) – 存放低温的介质与内胆材料不发生化学反应 ? 2 内胆材料 – 奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金 – 对于LNG ：用 9%Ni钢 – 对于液氟：用蒙乃尔合金 ? 3 外壳 – 碳钢，预应力混凝土 ? 4 连接内外壳的构件材料 – 选用导热系数小的材料，如不锈钢、蒙乃尔合金 7.2、低温容器 -支撑构件 ? 1 要求 – 有一定的强度； – 低漏热 ? 2 材料 – 玻璃钢、不锈钢等 ? 3 结构 – 受拉伸的构件两固定端应保留有一定的活 动间隙。否则，内胆的冷收缩使拉杆受力 太大，会在两固定端产生很大的应力。 输送方式 ? 1 内胆的自增压 ? 2 外部气体对内胆的加压 ? 3 液泵输送 7.3、低温容器输液方式和输液管道 低温液体输送管道 ? 1 裸管 – 非绝热管，结构简单，造价低，但冷量损 失大；常用于短距离短时间内的液氧或液 氮输送。 ? 2 堆积绝热管 ? 3 真空绝热管 – 高真空绝热管、真空粉末绝热管、高真空 多层绝热管 7.3、低温容器输液方式和输液管道