大型低温液体贮槽绝热系统设计

　　前 言

　　贮存低温液体的常压平底罐,通常称为大型低温液体贮槽。大型低温液体贮槽的绝热系统包括三部分:顶部绝热系统、侧面环向空间(夹层)绝热系统和底部绝热系统。绝热系统的设计是大型低温液体贮槽设计的一个重要组成部分,不仅影响贮槽的绝热性能(如日蒸发率),而且对贮槽的安全使用也有着十分重要的影响。现从绝热材料的使用、绝热结构设计、氮封系统等方面对大型低温液体贮槽绝热系统的设计进行介绍,并对目前大型低温液体贮槽在订货、设计和使用过程中可能存在的几个问题进行分析、说明。

　　1 绝热材料及性能指标

　　大型低温液体贮槽绝热系统所用的材料包括:膨胀珍珠岩(珠光砂)、泡沫玻璃、超细玻璃棉、矿渣棉、珍珠岩混凝土块、钢筋混凝土(均压板使用)、酚醛泡沫塑料、PVC泡沫、PUF/PIR、膨胀聚苯乙烯以及硬木等。其中,膨胀珍珠岩、泡沫玻璃和超细玻璃棉或矿渣棉是目前国内大型低温液体贮槽主要使用的绝热材料。而超细玻璃棉(也有用矿渣棉的)主要使用在液化天然气(LNG)贮槽上,放置在内罐吊顶上作为顶部绝热材料。具有高弹性的超细玻璃棉毯(或矿渣棉毯)也用在珍珠岩绝缘层和内罐壳体之间,作为缓冲层。

　　设计时,应综合考虑绝热材料的绝热性能,以及与内/外罐材料、贮存介质的相容性。包括:导热系数、强度(抗拉强度、抗压强度和抗剪强度等)、热膨胀系数、低温的耐受性、吸水性、耐火性、腐蚀性以及其他化学性质等。

　　珠光砂是一种优良的粉末绝热材料,具有较低的导热系数,同时由于其表面光洁,因而防辐射、传热能力也不错,化学性质稳定,被广泛应用在大型低温液体贮槽和真空低温液体贮槽夹层中,其主要性能见表1 (摘自5低温装置绝热用膨胀珍珠岩6(JC/T 1020)2007))。

　　泡沫玻璃砖是大型低温液体贮槽底部绝热层使用的主要绝热材料,有较高的抗压强度和较低的导热系数,化学性质稳定,同时为降低其吸水率,要求使用闭孔型。由于生产工艺不同,其性能指标差异较大,几种典型规格的泡沫玻璃砖性能参数见表2 (摘自生产厂家标准)。

　　在低温条件下,泡沫玻璃砖的导热系数会降低,以密度130 kg/m3的泡沫玻璃砖为例,其导热系数随温度的变化见表3。

　　超细玻璃棉的密度一般在10~30 kg/m3之间,常温导热系数小于01035 W/ (m#K),不可燃。用作缓冲层的玻璃棉毯还要求具有很高的弹性,表征弹性的参数称为弹性系数K(在不同压强下,玻璃棉毯试块的应变差值),目前,国产玻璃棉毯的弹性系数一般不如进口的玻璃棉毯。