低温绝热气瓶相比高压气瓶优越性分析

低温绝热气瓶相比高压气瓶优越性分析

冯永康李朝张夏杨中志

广东省特种设备检测研究院东莞检测院广东东莞523000

摘要：低温技术在各行各业的发展带动了低温容器的发展和应用，低温容器的发展趋于规模化和集约化，低温绝热气瓶逐步替代了传统的杜瓦罐和高压钢制气瓶，成为全新的中小型低温储运设备，本文将分析其在应用中的优越性。

关键词：低温绝热气瓶；杜瓦罐；高压钢制气瓶；优越性

1.低温绝热气瓶简介

低温绝热气瓶也称为“焊接绝热气瓶”，它是在传统杜瓦罐的基础上，结合了大型低温储运设备技术发展而成的中小型低温储运设备，一般我们将其统称为杜瓦罐。低温绝热气瓶在结构上主要分为七个部分：内容器、外壳、绝热层、支撑系统、输液系统、增压系统、汽化系统。这七个部分共同实现储存、运输、供液和供气四大功能。在构造上，内容器和外壳的材质一般为奥氏体不锈钢，该材质具有良好的耐水及酸碱腐蚀、耐低温性能，可以保证低温绝气瓶内介质的纯度和低温环境下的强度要求；内容器和外壳通过颈部颈管焊接和底部支撑管支撑的方式固定和支撑；内容器和外壳间设有多层绝热材料，并抽真空，降低低温绝热气瓶的蒸发率，保证低温绝热气瓶的低温性能；真空绝热夹层内放置了低温吸附剂，低温吸附剂一般为活性炭、一氧化钯和分子筛的组合，但对于储存液氧的低温绝热气瓶不可使用活性炭。

低温绝热气瓶的公称容积一般为100L-400L。用低温绝热气瓶替代高压钢制气瓶，减少了气瓶倒换次数，降低了工人的工作压力，提高了工作过程中的安全质量，同时节约了气瓶的占地空间。

2.低温绝热气瓶技术特点

2.1绝热技术

低温绝热气瓶大多数采用高真空多层绝热的双筒体结构，一般来说，低温绝热气瓶的漏热现象主要发生在颈管、隔热层、管道、底部支撑这四个位置。

颈管漏热达到总漏热的百分之五十以上，所以我们要尽可能地减少颈管漏热。绝热气瓶内外筒体是通过颈管连接的，颈管的强度质量影响着内外筒体的支撑固定效果，所以我们要在保证颈管质量的同时，改进颈管漏热缺陷，技术人员要分析颈管传热量，想办法降低颈部漏热。

隔热层漏热也需要注意，低温绝热气瓶的真空层中间通常会配置低温吸附剂，这样能够减少漏热，维持真空状态。

2.2支撑结构技术

低温绝热气瓶的支撑结构不同于常见的罐式集装箱，比如立式杜瓦罐是通过颈管悬挂支撑固定筒体，但是在液化气体加注到筒的过程中会产生冲击力，气瓶在运输液化气体的过程中也会使筒体产生运动，最大应力主要出现在颈管与内上封头连接处；再比如卧式低温绝热气瓶是通过轴来支撑固定内外筒体，在运输过程中也难免会有震荡的情况发生，如果气瓶内满液也可能会使支撑轴受压变弯，该情况下最大应力出现在颈管和内前封头连接处。

由此可见低温绝热气瓶中起支撑固定作用的原件在满足强度的基础上，还要能耐冷、能承重，对此我们在应用过程中也要注意分析支撑结构的性能，保证低温绝热气瓶的安全性。

2.3加注技术

加注技术分为排放加注和无排放加注。一般来说气相空间位于液相空间的上方，传统的排放加注法正是利用了这点，以在气相空间安装排放阀来排放气体的方式，在加注过程中降低绝热气瓶内的压力，从而提升加注的速度，该法操作简单，用途广泛，但是由于此法在加注过程中损耗量大，如果遇到危险气体容易产生泄露燃烧等事故，并且排放加注过程中会产生噪音，长时间的加注也会危害环境和员工健康；无排放加注技术目前已有多家企业投入研究和使用，其优势是加注时间短（常规加注时间的1/4），加注率高。

2.4无损储存技术

大多低温液体都有沸点低、汽化潜热小的特点，在获取低温液化气体的过程中将会产生较多的损耗，所以在低温液化气体的储存和运输过程中，经济价值主要看有效储存量。针对特殊的贵重气体、高纯气体、有害气体，最适合采用无损储存技术进行处储运，防止损耗带来过多损失，也避免有害气体渗漏或者外部气体渗入导致气体不纯等情况的发生。

低温液化气体的温度与环境问题相差较大，气体对于热量的漏入极为敏感，如果低温绝热气瓶内的热量升高，则液化气体出现蒸发的现象，随之引起的是气瓶内的压强增加，压力快速升高，当压力达到安全限定压力甚至超过限度，安全阀起跳，气体产生泄露。

技术人员要对储运时间和储运过程中的温度、压力会进行估计，避免出现事故，提高杜瓦罐的安全性和可靠性。

3.优越性分析

我们以常见的储运液氧为例，将低温液化气体和高压钢制气瓶进行对比，从纯度、承压值、材质、经济性、参数等方面进行比较，看一下低温绝热气瓶的优势。（数据信息参考于青岛伟滨特种气体有限公司的可行性报告）

1）使用低温绝热气瓶纯度更高。高压钢制气瓶储存的氧气纯度为99.5%，低温绝热气瓶所储存的氧气纯度为99.7%，这主要是由于低温绝热气瓶筛掉了设备的加压环节和充装环节，从而提升了气体的纯度。

2）低温绝热气瓶的压力更小。高压钢制气瓶的压力为11MPa-12MPa，低温绝热气瓶的压力为2.1MPa，远远小于高压钢制气瓶的压力，这保证了液化气体储存及运行过程中的安全性。

3）高压钢制气瓶的材料为锰钢，此类材料在与空气、氧气、水分接触的过程中，难免会发生化学反应，产生杂质，影响氧气的纯度，并且锰钢易受酸碱质的腐蚀影响，而低温绝热气瓶的材料为奥氏体不锈钢，不会出现上述情况，所以低温绝热气瓶在储运低温液体方面更有优势。

4）使用高压钢制气瓶时必须要在钢瓶中留有余压以保证瓶内氧气的纯度，防止空气水分渗入影响瓶内质量，但是这样会浪费氧气，而低温绝热气瓶不需要留有余压，能够降低氧气的损耗，保证有效储运量。

5）从经济效益来看，加入每瓶26元，每年3600瓶，低温绝热气瓶能够节省2万元，由此看来使用低温绝热气瓶能够大大降低成本，避免不必要的损耗，提高储运质量。

6）低温绝热气瓶在成本费用、人工工作量、安全系数、介质质量等方面均体现出了自身的优势，完全可以替代高压钢制气瓶。

低温绝热气瓶充装参数：176L液态氧≈30瓶/40L气态氧

目前使用价格：26元/瓶这个低温绝热气瓶价格：26元×30瓶=780元

下调16%的价格为：650元&pide;30瓶≈21.67瓶（长远来看设备支出并不算多）

4.低温绝热气瓶应用前景

4.1应用于贮运工业常规气体

不论从安全性的角度还是经济性的角度来看，在贮运常规的氧气、氩气、氮气等工业气体方面，低温绝热气瓶都是不二之选，以后只会不断被推装，直至替代旧式钢瓶。

4.2应用于车改气、船改气中

现在很多汽车已经不再靠燃油行驶，而是在后备箱放置天然气罐，低温绝热气瓶便得到了大范围应用，3只176L的低温绝热气瓶能够支撑车辆行驶千余公里。

我国现在倡导环保，青山绿水便是金山银山，船舶业也在推广低温绝热气瓶的使用，将燃油改为燃气势在必行，目前最普遍的情况是百分之八十的天然气和百分之二十的柴油组合提供船舶动力，经济又环保。

结束语

随着我国工业技术的飞速发展，低温绝热气瓶的优势越发明显，高注入率、低蒸发率、安全可靠的性能逐渐凸显出来，发展前景良好，替代传统的杜瓦罐和高压钢制气瓶有绝对的优势。

参考文献：

[1]低温绝热气瓶绝热性能承压测试方法[J].低温与特气，2019，37（02）：54.

基金项目：

广东省质量技术监督局科研项目资助（2018PT03）《基于环境条件和充满率对低温绝热气瓶蒸发率修正方法的研究》；东莞市社会科技发展（一般）项目资助（20185071641134）《检测时间对低温绝热气瓶蒸发率影响的研究》