低温设备制造现状以及发展趋势

国内低温容器制造现状和低温容器新产品开发趋势

广西广汇低温设备有限公司

张生高

一.低温容器简介

低温容器是指用于低温液体（液化天然气、液氮、液氧、液氩、液氢、液氦等液体）运输与储存的设备，该设备主要为工业气体及液化天然气行业服务，目前非常看好液化天然气储运设备的开发。

早在50年前，发达国家已采用集中供气来满足工业气体的要求，健全了集中供气的产业链，集中供气产业链中需要大量的低温液体的储存及转运设备，使低温储运设备的行业得到快速发展，他们发展之路是依托更新制造设备、完善生产工艺、添加生产工装、技术不断更新来降低成本，以及开发新产品来保证低温设备生命力。

低温设备是利用低温绝热技术,来保证贮存在低温设备中的低温液体尽量少的损失，使得低温液体能较长时间的储存，低温绝热技术就是利用真空获得与绝热技术到低温压力容器上的一种技术。

低温设备的关键技术是低温绝热，它在低温领域内起着特别重要的作用。由于低温液体沸点通常都很低，而且气化潜热小。环境温度比低温液体一般要高一、二百度，这于低温液体的储存按单层容器设计是不可能的。为了液化获得这些低温液体，消耗了很多能量；所以为了保存低温液体必需采取有效的措施。低温绝热就是用于达到这一目的的关键手段。这就是为什么在运输和使用低温液体过程中，都必须要有良好绝热的原因。因此，低温绝热技术是整个低温液体贮运和使用中广泛应用的基础技术之一，低温绝热也就成了低温容器的一个不

可分割的部分。

低温容器的原理：低温容器一般由内筒体、外筒体、真空夹层、真空夹层内绝热材料(粉末或多层)、进排液管路、供液及供气管路、安全排放系统组成。反映低温设备质量的一个综合指标是隔热性能，通常用日蒸发率表示，指在20℃、0.1MPa绝对压力下日蒸发量与额定装载量之比；也可用无损贮存时间表示，无损贮存时间指充装额定的低温液体后，关闭所有阀门，测定其压力由初始压力升到最高工作压力的时间。真空粉末绝热真空度在装载低温液体后真空度要优于0.2Pa，高真空多层绝热真空度在装载低温液体后真空度要优于0.01Pa。为确保内外筒体之间的真空度，内筒体焊缝需要100%无损检测，还须做氦质谱检漏，与常规压力容器制造相比，技术含量高、工艺性强。

二.低温容器制造现状

2.1低温容器品种

低温容器按结构通常可分为：低温绝热气瓶、低温贮罐、低温汽车罐车（运输车和运输半挂车）、低温铁路罐车和低温罐式集装箱、低温船的统称。低温容器通常根据贮存和运输的液态气体种类来命名，例如，液氮容器、液氧容器、液氢容器、液氦容器、液氩容器、液化天然气容器等。

低温容器按其工作压力又分成常压容器和压力容器，设计压力小于0.1MPa的容器称为常压容器，设计压力大于等于0.1MPa的容器为压力容器。压力容器一般用于直接供液，供气或带压贮运等；常压容器适用于一般的贮存与运输，也适用于常规的低温实验研究。

低温容器按用途分，可以分成固定式和移动式两种。固定式的作用是贮存，有立式和卧式两种形式，通常设置在生产低温液体的地方，例如液化站、调峰站、接收站和加注站。移动式用于运输，把低温液体从液化站送往调峰站、接收站和加注站。移动式容器有公路运、铁路运、海上运几种形式，分别称为运输车、拖车、集装箱、槽船。这种移动式容器通常都是

卧式的。

中、大型低温液体容器在结构上通常包括以下几个系统：

✧进、排液的管路（包括温度补偿装置）及阀门系统；

✧调压系统（自增压）；

✧液位、压力指示系统；

✧安全阀、防爆膜等安全系统。

低温容器按绝热类型分成两大类：一类是非真空绝热型低温容器，它主要是大型的液氧、液氮和液化天然气的贮存和运输容器,该种绝热主要为粉末堆积绝热或发泡绝热。另一类是真空绝热型低温容器，此种绝热主要为真空粉末绝热或高真空多层绝热。它主要是中、小型的液氧，液氮、液氢、液氦、液化天然气等的贮存和运输容器。近年来用于运输LNG等的运输车和集装箱主要为高真空多层绝热型低温容器。采用高真空绝热低温容器还有：用于做实验的低温绝热气瓶、液氢和液氦等的贮运；采用真空粉末(或纤维)绝热低温容器主要用于固定式的液氧、液氮和液氩的贮存容器。

LNG常压大型储罐有单容罐（图1）、双容罐（图2）及全容罐（图3）3种。单容罐内容器内壁一般为奥氏体不锈钢或9Ni钢，外壁为低合金钢，而辅助容器只是由较低防护堤围成的收液槽，用于防止在内容器发生事故时LNG外溢扩散。与单容罐相比双容罐的辅助容器则是在内容器外围设置的一层高度与罐壁相近，并与内容器分开的圆柱形混凝土防护墙。全容罐内壁为奥氏体不锈钢或9Ni钢、不锈钢薄膜和预应力混凝土，外壁为预应力混凝土。因此全容罐外壁不仅可防止罐内LNG泄漏时外溢，还可防止子弹击穿、热辐射等，也起到了辅助容器的作用。

图1 单容式储罐图2 双容式储罐图3 全容式储罐图4 LNG储槽剖面

LNG大型贮罐另一种形式为立式子母罐：由3～7只子罐并列一组或分成二组装于大型外罐（又称母罐）中，满足储存大容量储液的要求。子罐通常为立式圆柱形，每只子罐容积150～250m3。外罐为立式圆柱形平底拱顶，容积750～2500m3，工作压力为0.2～1.2MPa。

LNG船由船舶动力及推进系统，辅助设备系统，货物围护系统，特殊管路系统。

2.2 中小型真空绝热低温容器

目前,按新《容规》要求，低温容器不完全为Ⅲ类压力容器，有很大一部份低温容器划为Ⅲ类以下。生产低温容器所需制造许可资质（D2、A2、B3、C1、C2、C3级压力容器），一般同时具有几种资质的企业很少，国内生产低温绝热压力容器企业中大都只具有A2级压力容器资格，因此，能作的低温容器产品范围很窄。A2级所覆盖的低温容器往往是低温压力容器中利润低端的产品。故而，前些年有些只作固定式低温绝热压力容器的企业慢慢改行生产非低温压力容器。新建较大规模的低温压力容器生产厂家，由于国家对汽车改装企业准入条件的限制，难取得C2级压力容器车辆改装资质，影响企业发展。还有些企业只有制造资质没有设计资质，制约了公司的发展。

国内目前中小型固定式低温容器大都采用真空粉末绝热，高真空多层绝热处于发展阶段，移动式低温容器少数厂家采用高真空多层绝热，但国内很少企业有完善的隔热性能的研究设备，来确定隔热工艺，随意性大，所以产品的性能不稳定，返修率高，尤其是制造低温储运设备的工装大多数远远落后于国际上著名的低温容器厂，相当于国际上著名的低温容器厂的80年代水平。国内只有少数低温设备公司在制造设备上接近于国际水平，但制作工艺、管理及生产规模上还远不如国外。大多数企业在没有对高真空多层绝热结构充分研究的基础上，匆匆上马制作高真空多层绝热低温压力容器，支承结构用粉末绝热结构，没有成熟的抽空工艺，制造周期及成本增大，没有真