LNG槽車儲罐絕熱結構及施工方法設計

1、 中國石油大學（北京）本科生畢業(yè)設計 第IV頁LNG槽車儲罐絕熱結構及施工方法設計摘要隨著液化天然氣（LNG）技術的迅速發(fā)展，LNG槽車得到廣泛的應用。本文對有效容積為40m3的槽車儲罐絕熱結構進行了設計。在詳細分析LNG槽車儲罐絕熱方式的基礎上，提出槽車儲罐適宜的絕熱方式，并進行了絕熱傳熱計算。針對高真空多層絕熱結構設計了一套纏繞施工方案，最后，對施工方法進行了詳細的說明。關鍵詞：液化天然氣；槽車儲罐；絕熱；施工Design of Thermal Insulation and Wrapping Process of Tank for LNG Road TankerAbstractAs the

2、 rapid development of LNG, LNG tankers were widely applied. The insulation structure of the tank volume 40m3 for LNG road tanker was designed. Base on the analysis of some kinds of thermal insulation, high vacuum multilayers thermal insulation was selected and calculated. Then, a set of technology s

3、cheme to wrap the insulation layers was presented. The sketch of the technology scheme was drawn and the operation was introduced in this paper. Key words: LNG; Tanker; Thermal Insulation; Wrap目錄第1章 緒論11.1概論11.1.1天然氣11.1.2液化天然氣11.2低溫容器31.3 LNG車運發(fā)展趨勢41.4 本論文主要研究內容4第2章 LNG槽車儲罐的絕熱方式62.1 低溫絕熱的類型62.2 高真空

4、多層絕熱優(yōu)勢7第3章 高真空多層絕熱傳熱機理及影響因素83.1 高真空多層絕熱傳熱機理83.1.1 高真空多層絕熱中的輻射傳熱83.1.2 高真空多層絕熱中的固體導熱93.1.3 高真空多層絕熱中的殘余氣體導熱103.2 高真空多層絕熱的影響因素123.2.1 不同絕熱材料對絕熱效果影響123.2.2 通過提高層間真空度改善絕熱效果133.2.3 多層反射屏的層數及密度對絕熱效果影響163.2.4 層間壓緊力對絕熱效果的影響16第4章 高真空多層絕熱傳熱計算174.1 40m3槽車儲罐計算參數174.2 支撐構件漏熱量的計算174.2 絕熱體漏熱量的計算194.3 絕熱層厚度的計算19第5章

5、多層絕熱結構施工方法215.1施工工藝設備初步設計215.1.1 主要設備215.1.2 附件215.2施工前的準備工作215.2.1衛(wèi)生要求初步設計215.2.2絕熱材料的選擇225.2.3鋁箔的處理225.2.4玻璃絲布的處理225.2.5分子篩的選擇及處理225.3 多層絕熱纏繞施工方案235.3.1固定罐體235.3.2纏繞過程235.4 層密度的控制235.5 纏繞過程中的注意事項24第6章 結論25致謝26參考文獻27附文（外文翻譯原文及中文譯文）第1章 緒論 第4頁第1章 緒論1.1概論目前，國內外天然氣的需求空前增長，但國內外天然氣資源與用戶分布極不均衡。世界上已探明的天然氣儲

6、量大多位于俄羅斯境內的西伯利亞西部與波斯灣，中國天然氣資源則多分布在中西部地區(qū)，很多天然氣用戶市場卻嚴重缺乏資源供應，要合理利用天然氣資源，首先必須根本解決利用與運輸之間的矛盾。1.1.1天然氣天然氣與煤炭，石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊藏量和開采量都很大，天然氣的基本成分是甲烷。天然氣除了是一種廉價的化工原料之外，還是一種清潔能源，主要作為燃料使用。由于天然氣的熱值高，燃燒產物對環(huán)境污染少，是一種公認的優(yōu)質清潔燃料。隨著世界經濟的發(fā)展，石油危機的沖擊和煤、石油所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴重，使能源結構逐步發(fā)生變化，天然氣的消費量急劇增長。天然氣用于聯合發(fā)電、供冷和供熱、燃料電池

7、等方面都具有十分誘人的前途，發(fā)達國家都在競相進行應用開發(fā)。 我國的天然氣資源比較豐富，據不完全統(tǒng)計，資源量約為3.8×1013m3。近年來，我國在勘探、開發(fā)和利用方面均有較大的進展。1.1.2液化天然氣 1 液化天然氣（liquefied natural gas，簡稱LNG），是指天然氣原料經過預處理，脫除其中的雜質后，再通過低溫冷凍工藝在-162下形成的低溫液體混合物。不同LNG工廠生產的產品組成不同，這主要取決于生產工藝和氣源氣組成。按照歐洲標準EN1160的規(guī)定，LNG的甲烷含量應高于75%，氮含量應低于5%。一般商業(yè)LNG產品的組成如表1-1所示。由表1-1可見，LNG的主要

8、成分為甲烷，其中還有少量的乙烷、丙烷、丁烷及N2等惰性組分。表1-1 商業(yè)LNG的基本組成組分/%組分/%甲烷9298丁烷04乙烷16其他烴類化合物01丙烷14惰性成分03LNG的性質隨組分的變化而略有不同，一般商業(yè)LNG的基本性質為：在-162與0.1MPa下，LNG為無色無味的液體，其密度約為430kg/m3，燃點為650，熱值一般為37.62MJ/m3,在-162時的汽化潛熱約為510kJ/kg，爆炸極限為5%15%，壓縮系數為0.7400.820。LNG的主要優(yōu)點表現在以下方面。（1） 安全可靠 LNG的燃點比汽油高230，比柴油更高；LNG爆炸極限比汽油高2.54.7倍；LNG的相對

9、密度為0.47左右，汽油為0.7左右，它比空氣輕，即使稍有泄露，也將迅速揮發(fā)擴散，不至于自然爆炸或形成遇火爆炸的極限濃度。因此，LNG是一種安全的能源。（2） 清潔環(huán)保 天然氣在液化前必須經過嚴格的預凈化，因而LNG中的雜質含量較低。根據取樣分析對比，LNG作為汽車燃料，比汽油、柴油的綜合排放量降低約85%左右，其中CO排放減少97%、NOx減少30%40%、CO2減少90%、微粒排放減少40%、噪聲減少40%，而且無鉛、苯等致癌物質，基本不含硫化物，環(huán)保性能非常優(yōu)越。因此，LNG是一種潔凈的能源。（3） 便于輸送和儲存 通常的液化天然氣多儲存在溫度為112K、壓力為0.1MPa左右的低溫儲罐

10、內，其密度為標準狀態(tài)下甲烷的600多倍，體積能量密度為汽油的72%，十分有利于輸送和儲存。（4） 可作優(yōu)質的車用燃料 天然氣的辛烷值高, 抗爆性好, 燃燒完全, 污染小, 與壓縮天然氣相比, LNG 儲存效率高, 自重輕且建站不受供氣管網的限制。（5） 便于供氣負荷的調節(jié) 對于定期或不定期的供氣不平衡, LNG 儲罐能很好地起到削峰填谷的調節(jié)作用。1.2低溫容器低溫技術是19世紀末在液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來的，隨著科學的進步，在近30年中得到了廣泛的應用。低溫容器是低溫工業(yè)過程中的關鍵設備，其特點是很容易產生低溫脆性破壞。低溫脆斷是在沒有預兆的情況下突然發(fā)生的，危害性很大，因此在選材、試驗方法和

11、制造等方面均要采取措施，防止低溫脆斷事故的發(fā)生。對于深低溫下運行的容器，還必須有良好的低溫絕熱結構和密封結構。壓力容器的低溫界限，目前世界各個國家壓力容器常規(guī)設計規(guī)范對低溫壓力容器劃分的溫度界限各不相同。溫度界線是各個國家根據本國在壓力容器方面的經驗，人為劃分開的。具體劃分見下表：表1-2各國規(guī)范的低溫界線國家美國德國日本英國中國規(guī)范名稱ASME1AD規(guī)范JIS B8207BS5500GB 150低溫界限<-30<-10<-10<0-101.3 LNG車運發(fā)展趨勢LNG的主要成分是甲烷,甲烷的正常沸點為-162 ,故儲運LNG均應采用低溫絕熱結構,屬于低溫液體儲運設備。

12、液化天然氣輸運容器根據用途不同可分為三類：LNG罐式集裝箱；LNG罐車, 包括掛車和半掛車；LNG車載儲氣瓶。三種LNG輸運容器的性能比較見下表。我國的LNG運輸工具目前主要采用LNG罐車，容積為25 m345m3，車型均為半掛式運輸罐車。2表1-3LNG輸運容器產品種類與特點LNG罐式集裝箱LNG罐車LNG車載儲氣瓶用途船只、鐵路、公路運轉LNG，也可兼做小型固定儲罐用公路轉運LNGLNG汽車用燃料箱規(guī)格或容積范圍20、40、43英尺三種30120m30.6m3以下主導的絕熱方式高真空多層絕熱為主真空纖維絕熱高真空多層絕熱高真空多層絕熱工作壓力國際市場價格1525萬美元1530萬美元5000

13、美元左右隨著許多國家加速天然氣汽車工業(yè)發(fā)展計劃的實施，未來LNG汽車的數量將會大幅度增長，LNG燃料加注站等基礎設施的大力發(fā)展為重型車輛使用LNG燃料創(chuàng)造了條件。由于汽車的耗油量并不隨載重量的增加而成比例地增加，汽車列車的耗油量與同功率的單車相比增加不多，因此單掛車LNG罐車的噸公里成本遠小于單車，LNG罐車向大型化、列車化發(fā)展是必然趨勢。1.4 本論文主要研究內容根據LNG槽車儲罐的初始設計條件，分析粉末絕熱、纖維絕熱、真空多層絕熱等常用的隔熱結構，在此基礎上提出LNG槽車儲罐適宜的絕熱形式。然后根據擬定的儲罐的絕熱結構，進行結構設計并計算絕熱層厚度。設計一套高真空多層絕熱結構纏繞施工方案，

14、并對施工工藝設備進行初步設計。 第2章 LNG槽車儲罐的絕熱形式 第7頁第2章 LNG槽車儲罐的絕熱方式2.1低溫絕熱的類型低溫絕熱的目的是采用各種不同的絕熱類型與結構, 將通過對流、傳導和輻射等途徑傳遞給低溫體系的熱量減少到盡可能低的程度, 以維持低溫系統(tǒng)正常工作。目前, 常用的低溫絕熱有如下類型: 堆積絕熱、高真空絕熱、真空粉末(纖維) 絕熱、高真空多層絕熱(含多屏絕熱) , 它們的原理、性能見表2-1。 表2-1各種低溫絕熱類型的原理、性能3序號類型原理性能 W/ (m·K)1堆積絕熱利用熱導率小的材料包覆在被絕熱體的表面上達到絕熱目的。纖維類0.0350.05 粉末類0.01

15、850.064泡沫類0.0280.0642高真空絕熱絕熱空間抽成高真空后消除氣體對流傳熱和大幅度減少氣體導熱。殘余氣體導熱量約為0.10.2W/m2（300K77K）3真空粉末（纖維）絕熱利用熱導率很低的粉末或纖維充填在不高的真空下，即可消除氣體對流傳熱。10-310-24高真空多層絕熱利用在真空下氣體傳熱甚低的情況下，采用多層反射屏減少輻射傳熱，達到高效絕熱的目的。10-510-6堆積絕熱：也就是非真空絕熱，即在需要絕熱的表面上裝填或包覆一定厚度的絕熱材料以達到絕熱的目的，常用于管道及大型貯罐，常用的絕熱材料有珠光砂、玻璃棉、泡沫玻璃及泡沫塑料等。堆積絕熱的絕熱效果較差。高真空絕熱：即單純真

16、空絕熱，一般要求在絕熱空間保持1.33Pa 以下壓強的真空度，這樣就可以消除氣體對流傳熱和絕大部分的殘余氣體導熱，以達到良好的絕熱效果。由于高真空絕熱空間高真空度的獲得與保持比較困難，一般在大型裝置中很少應用。真空粉末（纖維）絕熱：真空粉末絕熱和真空纖維絕熱均屬于真空多孔絕熱，是在絕熱空間充填多孔性絕熱材料(粉末或纖維) ，再將絕熱空間抽至一定真空度的絕熱型式。只要在不高的真空度下，就可以消除粉末絕熱介質間的氣體對流換熱，從而大大減少高真空度獲得與保持的困難。由于此類絕熱的熱導率只有堆積絕熱的幾十分之一，且真空度要求不高，夾層壓力為110 Pa 左右,故在低溫技術中得到大量應用。絕熱材料多用珠

17、光砂、玻璃棉、氣凝膠等。高真空多層絕熱：又稱多層絕熱，它是一種在絕熱空間中安置許多層平行于冷壁的輻射屏以大幅度減少輻射熱而達到高效絕熱的結構，為目前絕熱效果最好的一種絕熱形式，其在低溫技術中獲得了廣泛的應用。其中的反射屏材料為金屬箔(如鋁箔、銅箔、金箔等) ，間隔材料多為無堿玻璃布、纖維紙、填碳紙等。對于多層絕熱的組合，目前使用最多的是鋁箔與纖維紙的組合。2.2 高真空多層絕熱優(yōu)勢國內在低溫液體槽車的研制上起步較晚，目前國內多數廠家的低溫液體槽車采用的是真空粉末絕熱或真空纖維絕熱，也有部分廠家采用高真空多層絕熱。而在發(fā)達國家已經普遍使用高真空多層絕熱槽車。真空粉末絕熱在絕熱空間充填多孔性絕熱材

18、料，對真空度的要求不高。與之相比，高真空多層絕熱由多層反射材料和間隔物交替纏繞而成，夾層抽成高真空，反射材料通常采用鋁箔或鍍鋁滌綸薄膜，間隔物一般采用玻璃纖維紙、植物纖維紙或尼龍網。由于高真空多層絕熱能有效地抑制熱輻射的作用，因此具有優(yōu)良的絕熱性能。表2-2 簡單列出了在相同的邊界溫度條件下(80K、300K) 兩種絕熱型式的主要技術參數4?？梢钥闯觯哒婵斩鄬咏^熱結構的絕熱性能要明顯優(yōu)于真空粉末絕熱。表2-2 真空粉末絕熱與高真空多層絕熱主要技術參數的比較絕熱形式絕熱材料表觀熱導率（m W/ m·K）夾層真空度/Pa真空粉末絕熱珍珠巖粉末，128kg/m3(190K)1.510-1

19、高真空多層絕熱MLI，鍍鋁薄膜，50層0.065×10-3與真空粉末絕熱相比，高真空多層絕熱主要具有以下優(yōu)勢：（1）夾層厚度小 高真空多層絕熱的夾層厚度較小，當外形尺寸相同時，則有更大的裝載容積；以20英寸ISO罐式集裝箱為例，若用真空粉末絕熱，則夾層厚度為200mm，有效容積僅為13m3，而采用高真空多層絕熱時，夾層厚度僅為80mm，罐箱的有效容積可達到18m3，相差27%以上。（2）質量輕 采用高真空多層絕熱方式可使輸運容器的空載質量大大減輕、運輸效率提高、儲能密度增大、LNG運輸成本降低。對于有效容積20m3左右的輸運容器，采用高真空多層絕熱可使空載質量減少1500kg以上。（

20、3）防震性能好 采用高真空多層絕熱方式可避免因容器運輸過程中震動而引起絕熱材料沉降，確保絕熱效果。當然，用真空纖維絕熱（超細玻璃棉包扎）也可避免這一問題。（4）制作工藝與成本相當 目前，高真空多層絕熱低溫容器的制作工藝與制作安裝、制作成本與制造周期與真空粉末絕熱低溫容器已趨于一致。綜合以上考慮，本文所設計的槽車儲罐采取高真空多層絕熱的形式。 第5章 多層絕熱結構施工方法 第24頁第3章 高真空多層絕熱傳熱機理及影響因素3.1高真空多層絕熱傳熱機理高真空多層絕熱中存在三種傳熱形式：輻射傳熱、層與層之間的固體導熱、層間剩余氣體導熱。3.1.1高真空多層絕熱中的輻射傳熱多層絕熱系統(tǒng)輻射屏采用鋁箔或鍍

21、鋁的聚酯薄膜，間隔物采用非金屬材料，影響輻射傳熱的主要因素有材料的發(fā)射率、吸收系數、散射系數和厚度等。金屬表面的輻射性能具有明顯的尺寸效應，這是因為兩個因素的影響。其一是金屬薄膜的厚度與電子平均自由程的比值。隨著溫度的降低，金屬電子的平均自由程增大，當大于金屬薄膜的厚度時，就會發(fā)生輻射波的穿透，導致發(fā)射率增大；其二是低溫下金屬表面的反常集膚效應。間隔物的作用在于它的隔熱作用和對輻射波的吸收和散射。通過固體傳導的熱阻可以認為是間隔層到發(fā)射屏界面上的熱阻和間隔層本身的熱阻之和。其中間隔物和反射屏之間的熱阻起主導作用。因此，應減少間隔物與反射屏的接觸面積，而不是增大間隔物的厚度。另外間隔物也可以衰減

22、輻射熱流。多層絕熱的輻射傳熱比熱流由下式表示： （1-1）式中：輻射屏兩面的發(fā)射率； 間隔物厚度；黑體輻射系數，為；吸收系數；散射系數；輻射屏溫度。如果多層絕熱中沒有間隔材料或者將輻射屏傳導和間隔物對輻射的衰減略去不計，并令，則（1-1）變?yōu)槭街校憾鄬咏^熱的層密度； 輻射層數； 多層的厚度。由上式可知，輻射傳熱反比于層密度。多層絕熱的比熱流在某種程度上可以通過增大層密度來減少，但是應注意層密度過大會增大間隔物的導熱。3.1.2高真空多層絕熱中的固體導熱常用的多層材料通常是由高反射率、低發(fā)射率的發(fā)射層和熱導率小的間隔物組成。因此，在多層絕熱中，通過固體傳熱的熱阻可以認為是間隔層與發(fā)射層之間的接觸

23、熱阻以及間隔層本身的熱阻之和。所以，為了減少固體導熱，首先應使間隔物與反射屏的接觸面積盡可能的小，其次，是用熱導率較小的材料來當作間隔物。為了減少間隔物與屏的接觸面積，人們想了很多方法，如將多層材料做成褶皺，或在絕熱材料表面顆粒化，這樣就可以把層與層之間直接的面接觸變?yōu)榫€接觸或點接觸，以增大接觸熱阻。同時包纏時要保證合適的松緊度以及合適的層密度，這些因素都會對固體導熱有很大影響。選擇導熱系數小的材料作為間隔物也很重要。目前主要的間隔物有玻璃纖維、二氧化碳纖維、碳纖維、滌綸薄膜、尼龍網等。這些材料常和反射材料一起構成多層絕熱結構。層密度對固體導熱有很大的影響。當每一單位厚度絕熱材料中的層數增加時

24、，輻射傳熱將減少，輻射傳熱的當量熱導率隨層密度的增大而降低。但是，固體導熱將增加，固體導熱的當量熱導率隨層密度的增加而升高。因此在某一層密度（即最佳層密度）時，總的當量熱導率達到最小值。有人對鋁箔與玻璃纖維紙的多層絕熱的熱導率與層密度的關系進行研究，結果表明最佳層密度約為2040層/cm5。由于影響高真空多層絕熱中固體導熱的因素很多，而且很多因素都是難用儀器測出的。所以除了一些表觀性公式或一些半經驗公式之外，目前無一個普遍適用于各種絕熱結構的公式來計算固體導熱。但是，目前有大量的實驗結果以及經驗表明，通過固體導熱的傳熱量大約占整個絕熱結構傳熱量的5%3左右。3.1.3 高真空多層絕熱中的殘余氣

25、體導熱殘余氣體導熱對多層絕熱性能的影響可以從兩個方面來考慮，其一是表觀真空度，即真空腔中的真空測量值對絕熱性能的影響；其二是多層結構的層間氣體壓力對氣體導熱的影響。在60年代中期以前，人們以為絕熱容器抽真空時，多層的層間壓力和和真空腔中的壓力是相等的，所以在高真空（10-2帕以下）時氣體傳熱可忽略不計，只考慮固體導熱和輻射傳熱。但是后來一些研究表明，多層絕熱中層間氣體壓力并不等于真空腔中的氣體壓力。如前所述，有人做了多層絕熱傳熱的傳熱量與層數之間關系的實驗。結果表明，多層絕熱的輻射屏數不是越多越好，而是有一最佳層數。當層密度相同時，熱流并不隨層數的增多而單調下降，而是某一層數達到最低。然后，隨

26、著層數的繼續(xù)增加，熱流反而增大了。這個結構顯然是與建立在輻射傳熱占主要優(yōu)勢基礎上的真空多層絕熱的基本理論相違背。而且通過前面的分析，在層密度一定的情況下，層數的增加不可能使輻射熱流和固體導熱熱流增加。所以，只可能是多層中殘余氣體壓力的增大導致了當量熱導率的增加，從而使總熱流增多。這是由于多層絕熱層間存在著很大的抽氣阻力以及材料的不斷放氣，造成了絕熱層內外的壓力不同。層數越多，層密度越大，抽氣阻力就越大；表面積越大，則放氣量也就越大。因此在多層中便造成了中間層壓力最大的壓力分布。通常情況下，層間殘余氣體的運動的平均自由程要比層間隙大得多。根據文獻，空氣分子在不同溫度和壓力下的分子自由程如表3-1

27、所式。表 3-1空氣分子在不同溫度和壓力下的分子自由程平均自由程（cm）溫度（K）77K300K壓力（Pa）10-2/3.510-10.653.81/0.35由表可知，空氣的分子自由程至少為幾個毫米，有的甚至達到幾百毫米。然而層與層之間的間隙一般小于0.5mm。所以可以認為分子平均自由程遠大于層間距。因此，殘余氣體是靠其分子與壁面碰撞而傳熱的。分子間的相互碰撞對傳熱所引起的作用可忽略不計。3.2高真空多層絕熱的影響因素多層絕熱材料由兩類物質組成： 反射率高、有效輻射率小的屏材料，如鋁箔、金箔或噴鋁聚酯薄膜等； 由熱導率低和低放氣率的材料組成的間隔物材料，如玻璃纖維布、纖維紙、尼龍網、絲網等。6

28、 3.2.1不同絕熱材料對絕熱效果的影響不同多層絕熱結構及其當量熱導率如表3-2所示7。表3-2不同多層絕熱結構及其當量熱導率材料層數厚度/mm冷面溫度/熱面溫度/當量熱導率/（4.2kJ/m·h·K）雙面鍍鋁滌綸膜+KT-231尼龍網299.4-87.332.25.39×10-4雙面鍍鋁滌綸膜+敷料紙289.5-77.127.55.02×10-410厚雙面鍍鋁滌綸膜，無間隔342.9-82.127.61.81×10-4GS-80302.7-101.042.17.72×10-4雙面鍍鋁滌綸膜+填炭紙104.52.29×10-

29、4多層鋁膜+絲纖維20-194.625.61.63×10-4多層鋁膜+玻璃纖維20-192.428.84.42×10-4多層鋁膜+手工填炭紙92.81.29×10-410厚單面鍍鋁滌綸膜，無間隔層302.224.3120.92.89×10-4由表3-2可見,反射材料大多采用高反射率的鍍鋁薄膜等，充分利用其高反射率來減少輻射傳熱。選擇導熱系數小的材料作為間隔物也很重要，目前主要的間隔物有尼龍網、玻璃纖維、二氧化碳纖維氈、碳纖維、滌綸薄膜、尼龍網等, 這些材料常和反射材料一起構成多層絕熱結構。為了進一步提高絕熱效果,多層反射材料間還可以加入像填炭紙之類具有吸

30、附性能的材料,使抽空工藝得以簡化,絕熱效果進一步提高。通過以上分析，對本文設計所用到的絕熱材料進行選擇。選擇絕熱材料，既要考慮材料的性能是否滿足設備的運行工藝要求, 又要考慮絕熱工程造價和絕熱施工工藝等諸方面因素。超低溫保冷的選材, 除要了解絕熱材料的耐低溫性能外, 一定要對材料提出抗水蒸氣滲透性的要求。對于多層絕熱材料的組合, 目前使用最為理想的是玻璃纖維布或尼龍網布與鋁箔交替重疊纏繞和復合材料自身纏繞。玻璃纖維在低溫下的隔熱性能比較好, 能有效降低絕熱層導熱系數, 增大絕熱層內各鋁屏間邊界層的熱阻, 并有效抗對流給熱。所以，本文設計的絕熱結構采用的絕熱材料為0.02mm厚鋁箔+0.015m

31、m厚玻璃布。3.2.2通過提高層間真空度改善絕熱效果多層絕熱中,層間氣體導熱占了傳熱量的主要部分,因此,要提高絕熱效果,必須減少層間氣體導熱量。主要途徑是通過提高真空度來實現的。但多層絕熱中,腔內真空度并不等于層間真空度, 由于多層絕熱層間存在著很大的抽氣阻力以及材料的不斷放氣，造成了絕熱層內外的壓力不同，多層間的真空度遠比腔內真空度低8。因此,提高層間真空度才是解決殘余氣體導熱的根本途徑。為了改善絕熱效果，提高層間真空度，可以采取很多方法：1、預先在多層輻射屏上開孔或材料印花或褶皺化，以增大抽真空的流導，改善透氣性，減少抽氣阻力；2、為了使氣體分子易于在層間間隙中流動，多層纏繞不能太緊，應采

32、用較薄的隔墊材料和松軟的多層纏繞結構；3、對絕熱材料進行烘烤，以促使材料所吸附的氣體脫附出來，這樣可以減少在抽真空時材料放到層間的氣體量 9；4、在絕熱層內用吸氣劑吸附材料表面放出的氣體，維持內部壓強小于10-2Pa。這一點可通過在層間放置吸氣材料來完成，如填炭碳紙，這樣填炭紙中的炭纖維可以吸附絕熱材料放出的氣體,從而提高層間真空度，使材料的當量熱導率有所下降。表3-3給出了加入填炭紙前后絕熱效果的對比情況。表3-3 國外填炭實驗結果試材層數厚度/mm真空度/Pa比熱流/當量熱導率/8.7鋁箔+機制填炭紙103.240.001448.7鋁箔+烘烤過的機制填炭紙102.980.0010708.7

33、鋁箔+機制填炭紙+吸氣劑103.050.00128鋁箔+烘烤過機制填炭紙+吸氣劑103.240.00077鋁箔+烘烤過機制填炭紙+吸氣劑（只用機械泵抽真空）103.240.00076鋁箔+驗貨標準的玻璃纖維紙102.850.00228鋁箔+烘烤過的玻璃纖維紙102.090.00179鋁箔+驗貨標準的尼龍網103.110.00131續(xù)表3-3試材層數厚度/mm真空度/Pa比熱流/當量熱導率/12鍍鉛網+機制填炭紙101.842.160.003120.0021512鍍鋁膜102.670.00305多層鋁膜+手工填炭粉102.800.0015多層鋁膜+烘烤過的手工填分子篩紙1030.0041多層鋁膜

34、+烘烤過的機制填氧化鋁紙1030.00353.2.3 多層反射屏的層數及密度對絕熱效果的影響從理論上講,反射屏層數越多,包的越密,將使輻射傳熱下降,會提高絕熱效果。但事實上不是這樣。由于輻射傳熱不占傳熱的主要部分，層數及密度增大會造成抽真空阻力增大,從而造成殘余氣體導熱加劇。層數越多，層密度越大，抽氣阻力就越大；表面積越大，則放氣量也就越大。因此在多層中便造成了中間層壓力最大的壓力分布。同時包纏越密,層間接觸面積大,造成固體導熱增加,都不利于絕熱。當然層數太少也達不到多層絕熱的效果。當總層數在10層左右時,隨層數的增加,絕熱效果是變好的。一般來說,1030層左右是高真空多層絕熱的最佳層數10。

35、3.2.4 層間壓緊力對于絕熱效果的影響層間壓緊力越小越有利于絕熱,但壓緊力過小會造成多層屏變松脫落,失去絕熱作用。故在實際纏繞多層屏時要掌握好力量。優(yōu)良的多層絕熱應是相當松軟同時又具有較大的纏繞牢固性,在振動沖擊下不會脫落。第4章 高真空多層絕熱傳熱計算4.1 40m3槽車儲罐計算參數選取鋼板作為儲罐壁的材料，內膽選用標準橢圓形封頭,外膽選用標準碟形封頭，本儲罐采取高真空絕熱形式，這種絕熱方式能有效的減少熱量的滲入所以大多被選用。儲罐的總漏熱量主要包括多層絕熱體漏熱、接管漏熱與支承漏熱這3 部分，接管漏熱忽略不計，僅計算支撐漏熱和多層絕熱體漏熱。內膽內徑：D1=2200mm；外膽內徑：D2=

36、2400mm；內封頭高：L2=550mm；內封頭直邊高度：h=25mm；儲罐內膽容積：V=40m3；充裝率： ；內外膽間的支承結構采用玻璃鋼支承元件，上下各4個支承機構，下支撐為空心，玻璃鋼圓環(huán)外直徑D3=200mm，內直徑D4=100mm；上支撐為實心，外直徑D5=100mm； 內筒筒體長：L1=10m；筒壁厚：mm。4.2支撐構件漏熱量的計算玻璃鋼的導熱系數為：玻璃鋼支撐構件熱傳導長度：上支撐的截面積： 下支撐的截面積： 內膽中液化天然氣的溫度：-162外界大氣溫度：20根據圓筒壁熱傳導方程求單個上支承漏熱量為： 上支承構件的漏熱總量：單個下支承漏熱量為：下支承構件的漏熱總量：支承漏熱總量

37、為：4.3絕熱體漏熱量的計算此絕熱方式采用0.02mm厚鋁箔+0.015mm厚玻璃布來進行組合。由于槽車允許的日蒸發(fā)率為0.2%，所以以此來計算絕熱體的漏熱量。 (5.9)式中，整體漏熱量，W；LNG的汽化潛熱，；儲罐的容積， ；LNG密度， ，充裝率，。所以， 多層絕熱體的漏熱量：4.4絕熱層厚度的計算絕熱層厚度計算公式如下:式中:多層絕熱層厚度m ；多層絕熱體的有效熱導率，； 多層絕熱體的傳熱計算面積，m2 ；傳熱溫差，K；通過多層絕熱體的漏熱量,W。絕熱體的有效熱導率：傳熱溫差：內筒筒體內表面面積：查表得橢圓封頭內表面面積： 內筒內表面積為： 所以，所選保溫材料的層密度為層/mm，故，保

38、溫層數為： = 49.5 = 50層第5章 多層絕熱結構施工方法設計5.1施工工藝設備初步設計5.1.1主要設備纏繞裝置是施工時的主要設備（示意圖見CAD圖），由固定裝置，轉軸，電動機和皮帶輪組成。其中，固定裝置包括輪子（可多向轉動并可固定），支架（采用型號為10/6.3(GB9788-88)角鋼），銷子。轉軸分為兩段，全部位于支架上，一段固定在皮帶輪上，可左右移動。電動機接皮帶輪。所用絕熱材料為鋁箔加玻璃布，每卷寬900毫米，長100米。5.1.2附件1剪刀，一把2針，線（玻璃纖維絲）用于分別縫合鋁箔與玻璃布3電吹風4卷尺5粘膠帶6記數器（記錄包扎層數）5.2施工前的準備工作5.2.1衛(wèi)生要

39、求初步設計 真空絕熱空間的“衛(wèi)生”程度直接影響到絕熱的效果, 因此, 施工中應注意如下三個方面：1.在多層絕熱材料纏繞之前, 對真空絕熱空間所有部件與真空夾層接觸件均應采用四氟化碳進行嚴格的去油污清洗。2.真空腔內所有部件均不得用手直接觸摸, 施工時應戴潔凈的白手套才能進行裝配。3.纏繞施工時, 環(huán)境應保持潔凈,不得在灰塵大的環(huán)境中進行。初步設計為在一個相對封閉車間, 裝上空調及抽風系統(tǒng), 地面為水泥地板再涂一層青漆, 保證環(huán)境潔凈。5.2.2絕熱材料的選擇絕熱材料的選擇, 既要考慮材料的性能是否滿足設備的運行工藝要求, 又要考慮絕熱工程造價和絕熱施工工藝等諸方面因素。對于多層絕熱材料的組合,

40、 目前使用最為理想的是玻璃纖維布或尼龍網布與鋁箔交替重疊纏繞和復合材料自身纏繞。玻璃纖維在低溫下的隔熱性能比較好, 能有效降低絕熱層導熱系數, 增大絕熱層內各鋁屏間邊界層的熱阻, 并有效抗對流給熱。鋁箔能有效抗輻射。故采用的鋁箔加的玻璃絲布（具體分析見3.2.1）。5.2.3鋁箔處理采用的鋁箔應為最純的鋁材制成, 表面黑度系數應盡量小, 應經過表面除油并經退火處理, 使之為軟態(tài)下使用。然后在真空罐中保存待用（防止氧化變質）。5.2.4玻璃絲布處理超細無堿玻璃絲布規(guī)格：，在560溫度下脫臘處理, 經分析其含臘量應小于或等于（重量含量）。使用前將玻璃絲布置烘箱中加熱至, 干燥小時。以便將潮濕空氣組

41、分盡可能降至最低。5.2.5分子篩的選擇及處理分子篩選用型的分子篩。先將分子篩充入一容積約12升的容器內（此容器壁開兩孔接不銹鋼管, 一管用的鋁箔密封）, 然后進行抽真空加熱再生處理, 最后充人高純氮氣至常壓封存, 即成一分子篩吸附器。（纏繞絕熱材料前將此分子篩吸附器焊于罐體內容器封頭外壁上）。5.3 多層絕熱結構纏繞施工方案5.3.1固定罐體利用罐體兩側的固定裝置，用銷子將罐體與轉軸連接。由此，罐體被軸向固定在支架上。5.3.2纏繞過程絕熱材料的纏繞一般有兩種方法。其一是“ 螺旋” 式纏繞法, 其二是“ 筒體竹節(jié)” 式纏繞法。在此設計中選取“ 螺旋” 式纏繞法。先將玻璃布貼于罐體直筒壁最左端

42、，開啟電動機，電動機帶動皮帶輪旋轉，皮帶輪帶動轉軸旋轉，轉軸帶動罐體旋轉，絕熱材料即被纏繞在罐體上。每纏繞4層時, 用針線順筒體縱向縫合4線（4條線沿筒體均勻分布）, 多層絕熱材料應比封頭過度區(qū)處長mm(以備與封頭多層絕熱材料縫合), 以后每隔層縫合一次。封頭處的包扎用多層絕熱材料預先做好的“ 被子” 直接覆蓋, 每10層左右與筒體多層材料縫合, 搭疊10mm左右, 封頭“ 被子” 插到筒體多層絕熱材料中。5.4 層密度的控制單位厚度內多層絕熱輻射層的數目稱為層密度。在單位厚度絕熱層中, 當層數增加時, 輻射傳熱將減小, 而接觸熱阻減少, 固體導熱將增加, 故存在一個最佳層密度。我們采用層密度層/mm。（可用針