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二氧化碳储罐的基本结构一般是外管路及操作系统置于罐的下部,内筒体用来盛装LNG,与其相连的各种管道通过夹层空间延伸到外管路
 二氧化碳储罐的基本结构一般是外管路及操作系统置于罐的下部,内筒体用来盛装LNG,与其相连的各种管道通过夹层空间延伸到外管路系统,外筒体既与内筒体构成密闭的真空夹层绝热空间,同时又对内筒体起保护和支承作用。
LNG储罐常用的绝热结构:少量储存(比如LNG汽车燃料箱),选用高真空多层绝热;LNG运输槽车用高真空多层绝热或真空粉末(纤维)绝热;中等容器储存(5~150m3)用真空粉末(纤维)绝热或普通堆积聚热;大容量的储存(含地下储槽),选用普通堆积聚热或冻土绝热。
虽然高真空多层绝热性能、重量轻,与真空粉末绝热相比,预冷损失小、稳定性好,但由于这种绝热结构单位容积的成本高,且难于对复杂形状的容器绝热,真空度要求高,抽空工艺复杂,存在平行方向的导热问题,目前只有中小型LNG储罐使用这种绝热结构。
LNG储罐绝热技术跟低安装工艺特点
{一}、LNG低温储罐绝热技术以及真空应用大揭秘
一、绝热的目的和方法
低温绝热的目的主要是为了减少由环境与LNG的热传导,即减少冷损。对于低温储罐来说,可以减小气化损失,或为长时间储存及远距离运送创造条件。特别是对于二氧化碳储罐及LNG储存容器,如果没有良好的绝热,液化和储存都难以实现。因此,低温绝热不仅具有经济意义,而且具有技术意义。除此之外,对设备、管道进行绝热还可以避免在外表面上结露、结霜,也可以避免人的皮肤与之接触时有冷的感觉甚至。这对改变工作条件及防止意外事故的发生都是有必要的。
二、绝热方法的分类
低温绝热分为普通绝热和真空绝热。
1、普通(堆积)绝热
普通绝热是一种使用较早的传统的绝热方法,它是在设备、容器,管道的外侧敷设固体的多孔性绝热材料,而在绝热材料的空隙中充满着大气压力下的空气(或其它气体)。这种绝热方法的绝热性能较差,但其结构简单、造价低廉,故在绝热要求不高的情况下普遍使用。现在LNG加液站的管道多采用这种绝热方法。
2、真空绝热
真空绝热是将绝热结构做成密闭的夹层,内部空间抽至一定的真空度,以减少热量的传入。真空绝热有三种基本类型:高真空绝热、真空多孔绝热及真空多层绝热。
2.1、高真空绝热
亦称单纯真空绝热,它只是单纯地将夹层空间抽至1.38*10-3Pa(1.0*10-5mmHg)1的真空。常见的真空保温杯即采用这种绝热方式。在真空夹层中,只有两个壁面之间的辐射传热及夹层内残余气体的导热。如果将夹层内表面抛光,或者涂上一层反射性物质,就形成反射性能良好的真空夹层,辐射传热量即可减小。这种绝热结构因有辐射热交换,故绝热性能不是很好;但它的结构较简单,重量轻,热容量小,故自上世纪初以来它一直应用很普遍。
2.2、真空多孔绝热
它是在夹层中充填多孔性绝热材料,然后再抽至一定的真空。从工艺的方便性考虑,一般都是充填粉末材料或纤维材料,故这种绝热方式也称为真空粉末绝热或真空纤维绝热。真空夹层中的绝热材料削弱了壁面之间的辐射换热,所以它的绝热性能比高真空绝热要好,对真空的要求可以降低,一般达1.33Pa(10-2mmHg)左右即可。如果向粉末或纤维材料中加入一定比例的反射性强的金属粉末,例如铝粉或铜粉,以减小材料内粉粒或纤维之间的辐射换热称为阻光作用,则可使绝热性能大为提高。真空粉末及真空纤维绝热现在广泛用于LNG液体的贮存及运输设备。
2.3、真空多层绝热
它是在真空夹层中装入许多辐射屏,用来减少壁面之间的辐射换热。多层绝热有两种基本形式,一种是用金属箔作辐射屏,屏间填入导热性能低的间隔材料;一种是用单面喷铝的涤纶薄膜作辐射屏,且压制成波纹形成凹凸形,以减少屏间的接触传热。真空多层绝热要求真空达1.3*10-2Pa左右(10-4mmHg)左右即可。真空多层绝热是当前绝热性能较好的绝热方式之一,常称为“绝热”,多用于LNG/液氢及液氦储运容器,现也用于小型液氧、液氮容器。真空多层绝热的缺点是施工比较麻烦,造价比较高,且绝热性能随施工质量而变。
三、绝热性能的评定分级
绝热结构的绝热性能可用其导热系数(或称表观导热系数,包括对流及辐射换热在内)来评定,它的数值越小,则绝热性能越好。在图4-2中示出各种绝热方式导热系数的变化范围。由图可以看出,多层绝热比其它绝热方式具有高得多的绝热性能,而非真空绝热方式的绝热性能较差。
LNG常用低温绝热技术
在各种绝热方式中,除高真空绝热外都要应用绝热材料。绝热材料是用来增强绝热结构的绝热性能,以减小通过绝热结构的传热量。对绝热材料性质的了解是设计绝热结构的基础。
1、绝热材料的种类及一般特性
绝热材料的品种较多,它们的性质相互差别也较大。绝热材料按材质可分为矿物质材料及有机质材料两类。在低温装置中多应用矿物质材料。绝热材料按其组织结构可分为泡沫状材料、粉末状材料及纤维状材料三类,它们的组织结构不同,在其中所进行的传热过程的机理不同,用它们构成的绝热结构的型式也不完全一样。
1.1泡沫塑料
以聚合物或合成树脂为原料,加发泡剂和稳定剂经加热发泡而成。泡沫塑料用作绝热材料的优点是密度和导热系数都较小,能适用于低温,吸水性小,能抗酸碱的侵蚀,燃烧性差(离开火源后能自熄),易于切割和施工,因而它们的应用日益广泛。
1.2矿棉
矿棉或称矿渣棉,是将熔铁炉渣(也可用泥灰岩)在熔融状态时用高压水蒸汽吹成的矿质纤维(纤维中往往含有玻璃状小球),它耐火耐冻、无味不霉、密度及导热系数都较小,价格低廉,故是一种较好的绝热材料。矿棉常用于空分装置及运输式设备。
矿棉1.3珠光砂
珠光砂也称膨胀珍珠岩。珍珠岩是一种火山喷出的酸性玻璃质熔岩,其主要成分为SiO2和AlO2。当岩浆流出地表时,由于急剧冷却,水分来不及完全逸出,因而岩石中便含有一定量的结晶水。将岩石粉碎成细粒后,迅速加热至700~1000°C,结晶水急速汽化,岩石体积可增大4~20倍,便得到色白质轻的珠光砂,其尺寸大部分在0.3~0.6mm之间。珠光砂的密度和导热系数都很小,故是一种良好的绝热材料。珠光砂不燃烧、不霉烂、不会腐蚀;它的流动性好,可用风压输送;此外,还具有隔音和防辐射线的性能,加之来源较广,故应用较多。珠光砂主要用于空分装置及气体液化装置中,其缺点是吸水率较高,且有下沉现象。珠光砂还具有吸附气体的能力,当它吸附有时,在检修施工前应予置换,以确保施工。
1.4碳酸镁
粉末状碳酸镁的绝热性能良好,价格较低,故以往多用于低温装置及设备的真空绝热。但碳酸镁在易结块(且结块后较难),又其中常含有一定量的水分,使抽真空较困难,因而逐渐被其他材料代替。
1.5气凝胶及硅胶粉
气凝胶也称硅酸气凝胶,它是用从硅酸凝胶中除去液体而不明显压缩其骨架的方法得到的材料,是目前已知的较绝热材料。气凝胶的导热系数小,流动性好,稍具有弹性,一次装填之后不会因震动而下沉,且在真空绝热中易于抽空。但气凝胶很贵,且浸入水中后即形成硅酸凝胶,密度增大将近十倍,不能用再作绝热材料。硅胶粉是由二氧化硅构成的粉末,其密度及导热系数均较气凝胶大。
2、目前常用的LNG低温绝热技术
2.1真空多孔绝热,多采用珠光砂作为填充介质。
2.2真空多层绝热:
多采用铝箔复合材料缠绕内胆,夹层抽成高真空以获得较优绝热效果。代表产品为:,车载瓶,快易冷,低温槽车,罐箱等。
{二}、低温储罐安装工艺特点
总体工艺:罐壁采用倒装法施工、罐顶气举法施工。
1、低温储罐罐顶施工特点:
.1、预制:
低温储罐外罐罐顶在搭设起的临时架台上进行安装焊接,先进行是架台的搭设,然后为罐顶钢结构的组装焊接,较后为罐顶板的组对焊接,液氮储罐外罐顶的吊装采用150吨的履带吊。
罐顶钢结构应在罐顶临时支撑架台搭设完成后进行。罐顶钢结构中心环应在地面进行预制、检查,确认合格后,安装在中心柱上,在中心环上标出各钢结构骨架的安装位置。为了增强架台的稳定性应采用两台吊车进行钢结构分组对称安装,应在砼壁上划出定位线,以控制罐顶钢结构的安装位置。在安装每组钢结构子骨的连接环梁时无须定位板,间隙为零可直接安装在主骨和子骨上。钢结构的焊接应采用隔组焊接的方式。在焊接好的各组钢结构间安装子骨,这时安装钢结构间连接环梁要用定位板,间隙为1-2mm,钢结构的焊接仍采用隔组焊接的方式。
吊顶板在二级底板安装焊接完成即可进行。
在二级罐底上安装临时架台用于吊顶的安装。将预制成块的吊顶板运进罐内,按照施工图中的位置从中心向四周的方向进行安装。安装时应注意环板和分割板的孔的方向。在吊顶板及其环板、分割板和加固环焊接完成后就可用吊杆将吊顶板与外罐顶的吊架的连接成一个整体。
1.2、低温储罐罐顶举升拱顶的气举作业是储罐施工中非常重要的一项作业。并且气举作业中的手段材非常大,所以要提前准备预制工作,如钢丝绳的支架和滑轮、导向滑轮支架,临时内罐密封板、临时施工口、风道和密封胶布等等,其中有许多的附件要在气举之前装入吊顶之内,技术人员要详细参阅图纸,不要少项,并且这些附件要在气举之前预制、安装完成。
在试升顶的基础上,确认对正式升顶无障碍后,开始正式升顶,正式升顶应选择在好的天气下进行。
在较终检查完后,各有关人员就位于指定位置。然后开始打开1号鼓风机,开始升压,当罐内压力达到上升压力后,调整鼓风机的风门,使其达到上升速度(30mm/min),当密封带通过2号鼓风机的风道后,启动2号鼓风机,另外调整1号鼓风机的输出风门,使其达到50mm/min的速度,当通过两重门后将上升速度提高到100mm/min,当通过临时施工口后,将速度提高到(150-200)mm/min。
低温储罐罐顶开始上升时,罐内的检查人员要仔细检查罐顶上升中有无障碍,在罐顶上升过程中仔细确认罐顶的水平度和平衡度。还要确认罐内的压力和上升速度。
鼓风机班要经常监视鼓风机的动作状况(电流、风门大小等)。测量班应随时报告罐顶的上升位置。
当罐顶将要到达上部临时壁板前,慢慢降低罐顶上升速度,检测罐顶与压力环(外罐壁与罐顶的连接构件)的安装位置是否正确,如错位可用杠杆式调节楔、千斤顶等来调整位置。调整后即可让罐顶与压力环搭接,然后固定焊接。
2、内罐罐底施工特点
2.1、底板铺设:
内罐底板应在内外罐底间环梁保温结束后进行,因此时外罐顶已安装焊接完哔,内罐底板只能从临时施工口运入,因此应在施工口处搭设运板滑道,将底板运入罐内,底板在罐内的运输采用自制的运板车进行。在运输过程中,由于罐底已铺设了保温用的玻璃砖及干砂,所以为了不破坏砂面及防止碾压碎保温用的玻璃砖,在作业人员的脚下和车轮下放铺设临时板。如果微小破坏沙面水平处,立即复原,才能继续施工。
2.2、边缘板安装:低温储罐内罐边缘板采用对接焊,因此内罐边缘板应在由三脚架搭起的平台上进行组装,以便于进行X射线探伤。安装要点为几何尺寸的控制与调整。
考虑到边缘板各自焊缝的横向收缩变形和角焊缝焊接纵向收缩变形对边板的影响,为保证罐体几何尺寸,组装时边缘板安装半径应适当放大。
按放大后的尺寸在环梁上划出边板安装位置线,其垫板可先行铺设,亦可把垫板点到边板上,按位置线顺时针安装边缘板,留出一张调整板,安装时注意坡口的间隙为外周小间隙,内周大间隙,边板组装后进行点焊,点焊长度为80毫米/300毫米,点焊时按规定清理坡口和预热,同时安装焊缝引出板和安装防变形的固定卡具。 防变形工卡具、眼块与底板满焊牢固,工卡具间距为200毫米。引出块坡口与边缘板坡口相同。
边缘板一周安装完哔,工卡具固定牢靠,清理坡口,按规定预热,由多名焊工,每名焊工一道焊缝或几道,焊工均布一周,同时对称的进行焊接。焊接方向从内向外进行,把收尾焊缝焊到引出板上,焊缝位置为从边缘板外侧向内侧300毫米长。
先打底焊300毫米,PT探伤合格后将300毫米长焊缝焊完。按要求每条焊缝的外端300毫米内进行射线探伤合格后,即可以安装壁板。余下的焊缝待第三节或第四节板安装焊接结束后,大角焊缝焊接完再进行焊接,焊接时用砂轮打磨已焊焊缝,端部成一斜坡形凹槽,便于以后接头。
在完成边缘板上罐壁板安装垂直部位300mm的焊接,确认其合格后,将边缘板沿顺时针方向依次吊起,撤除底部临时架台,使边缘板落到环梁上,然后对边缘板外径进行测量是否是正圆,若不是正圆应重新起吊、下落。
300毫米焊缝焊完后,原组对安装的工卡具不允许拆掉,直到边板所有焊缝焊完后才能拆除。
3、罐壁施工特点:罐壁施工为正装法,安装方式与以往低温储罐施工相同,只是需要在一节壁板预留施工口,此处壁板在组对时不安装。
3.1、施工口的预留壁施工口在一节壁板组立时,在底板上标出准确位置,壁板组立时,按照正常施工,只是施工口处的壁板只用工卡具固定,不进行焊接。待二节和第三节内壁板组焊结束后再进行拆卸,1H及角焊缝施工口两侧300mm范围内留下不焊接,在施工口周围3个方向上安装补强材,注意水平补强材和纵向补强材之间不得留有间隙,在纵向补强材和边板之间不得有间隙,补强材和外部侧板用龙门板及斜楔拉合,焊接侧板和补强材,用临时吊车起吊施工出入口,卸除对接夹具,折除施工口,因为从内外槽间搬出,所以可以临时撤去内外槽的脚手架。
3.2、施工口的组装低温储罐外罐施工口的组装,确认罐内施工已完成,附件均已安装完哔,并且内外罐施工口板亦已运到罐内,撤出不必要的器具。此时可以进行砼壁施工口的浇筑施工,砼壁施工口浇筑完成后,开始外罐施工口的组装。用临时吊车起吊施工口,由内壁施工口拉入吊起,将施工口壁板贴紧砼壁,组立到安装位置,完成焊接。
内壁施工口的组装,由于内壁施工口会发生若干变形缩小,因此,需测定各尺寸,沿此尺寸加工施工口板,用临时吊车起吊施工口,实施对接。组对完成后,按立缝―1H―大角缝的顺序进行焊接,检查合格后,将托架式脚手架及其它施工机具搬出,完成施工口的安装。
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