* * （二） 输送管道设计中的几个问题 1，管道材料和焊接 材料的冷脆问题—多选用紫铜管和不锈钢管 气密性—足够良好 2，涨缩问题－紫铜管冲氮、充氢后会缩短0.3-0.38% 解决方法：伸缩弯管 伸缩接头 3，气塞问题－传热气化后，两相流 解决方法：提高工作压力/减少冷损/放气阀 4，阀门－主要问题是有效减少冷损 后果：气化量大，导致阀杆冻住 解决方法：阀杆加长 阀杆分为两段（图16-22） * * * * 三、低温液体输送泵 （一）往复式柱塞泵－活塞泵 特点：压力高，小流量， 可作为充瓶泵（15MPa—气化器—充瓶） 操作安全、压力高，流量可调节 注意冷损问题（绝热结构+加长泵体） （二）离心泵 特点：低扬程，大流量 适用于大型空分的液体输送系统 压力要求高时，可用多级离心泵 * * 11-3 低温液体贮运过程中的安全问题 与低温液体性质有关安全问题 压力升高，燃烧、爆炸，毒性等 自动释压 毒性 燃烧、爆炸 安全阀 1.1倍的工作压力 安全膜 破坏性 1.2倍工作压力 本身具有 燃烧/爆炸性 如氢/NG 有助燃作用 如氧/氟 毒性或 使人窒息 通风设备 吹除贮罐 措施：充液前将可燃物吹除干净 容器附近不放可燃物 可燃液态产品气化量大且无法回收时，设法燃烧之 防止可燃物和助燃物相互凝结 检修容器时，要排放/吹除干净 * * 与结构材料有关的安全问题 金属材料的强度、冷脆、缩涨 容器 管道 轴向缩胀 （伸缩管） 内外胆 应允许相对移动 夹层中的连接/支撑 部件也应适应缩胀 内外管的相对位移 总的来说，在预冷、加热过程中，应该保持冷却和加热的均匀性，否则会出现局部热应力不平衡，发生变形，甚至断裂 * * 第十二章 低温装置的绝热技术 12-1 目的、方法 绝热就是为了有效减少容器内外的传热量，减少冷损。 －－1，可以提高运行经济性 2，减小气化损失，可实现长时间、长距离的贮存、输送 有效导热系数－数值越小，绝热性能越好（图17-2） 多层 阻光 粉末、纤维 粉末、纤维 单层 线 * * 从绝热方式可分为 普通绝热 在容器、管道外部敷设 固体多孔绝热材料 真空绝热 真空多孔绝热 高真空 真空多层 特点：性能较差 结构简单，成本低廉 特点：结构简单，重量轻，热容量小，使用广泛 特点：更加有效减少辐射换热量，广泛使用于贮存、运输设备和管道 特点：绝热性能最优，多用于液氢、液氦容器。成本高，结构复杂 * * * * 12-2 常用的绝热材料 绝热材料的种类 按照材质分 按照组织结构分 泡沫材料 矿物质 耐用 有机材料 易受潮、易燃 耐久性差 纤维材料 具体见p211，表17-1 粉末材料 * * 1，泡沫材料－以聚合物、合成树脂做原料，加入发泡剂、稳定剂，经加热发泡而成。常用的如聚氯乙烯发泡、聚氨酯发泡等 特点：可现场发泡，无缝隙；密度小，导热系数小，吸水性小，抗酸碱腐蚀，燃烧性差，易于切割、施工。 2，矿棉－矿物棉，矿渣棉。熔铁炉渣在熔融状态用高压水蒸气吹成矿质纤维。 3，珠光砂－膨胀珍珠岩。密度、导热系数小，不燃，不霉变，无毒无味，流动性好，具有隔音和防辐射性能。但吸水性强。 4，碳酸镁－绝热性能良好，价格低廉。空气中易结块，不易再生。 5，气凝胶、硅胶粉－从硅酸凝胶中去除水份得到。绝热性能最佳，见水后会形成硅酸凝胶。硅胶粉是由二氧化硅构成的粉末 * * 二、绝热材料的热物理性质 （一）导热系数－绝热材料的基本特性，影响因素有： 1，温度－随温度升高而增大 2，压力－随压力下降而降低 3，密度－一般地，密度小，导热系数小 4，含湿量－随含湿量的增加而急速增大 5，环境气体影响－环境气体的导热系数越大，绝热材料导热系数也越大 * * （二）比热－绝热材料的比热随温度降低而减小 是衡量其热容量的物理量 （三）线膨胀系数－线膨胀系数越小，绝热材料在降温、升温过程中缩胀导致的变形破裂可能性就小。一般地，多数材料的线膨胀系数随温度的降低而显著下降 * * 三、绝热材料的选择 要求： 导热系数小，密度小，轻便 吸水性小，不易受潮 抗低温性能好 不易燃烧，耐火性能好 无味，不易霉变，无毒无害，避免虫蛀鼠咬 强度高，耐用 便于加工、施工方便 价格低廉，便于获得和运输 * * 大型装置－主要考虑价格和原料方便 小型装置－轻便耐用 低温设备、小管径管道－导热系数小的绝热材料 短期使用、间歇使用的设备－热容量要小 运输式、移动式－密度与导热系数的乘积小 * * 12-3 普通绝热 一、绝热结构 基本要求： 坚固、强度要求，不易脱落，损坏 足够的厚度，以保证绝热性能 应为一整体，以防空气渗入和热桥的形成 防潮－以防止绝热性能降低 防潮－非常重要和必要的，乐鱼app登录否则水气进入绝热材料，凝结成水或冻结成冰，直接导致导热系数增大，冷损增大。 * * 防潮方式－多采用敷设防潮层，也可用密封法，充气法 绝热结构－形式随被绝热对象特性、绝热材料种类而不同： 大直径管道、容器－泡沫塑料，外加防潮层和保护层。 较小直径管道、容器－预制绝热板，外部加防潮层和保护层。 冷箱－空分设备或其他设备低温下工作的塔、换热器等全部包在里面。 冷箱－薄钢板焊制外壳，填充珠光砂，矿棉等绝热材料。密封性能良好，以防潮。 * * 绝热层性能、厚度的计算与确定原则 绝热层厚度的计算原则： 限定绝热结构的传热系数或者冷量损失－计算结束后，需要校核外表面温度不低于当地环境的露点温度。 限定绝热结构的外表面温度－即外表面温度不低于当地环境的露点温度，以防结露。 绝热层材料、厚度已知，可以计算传热系数、冷量损失等 * * 12-4 高真空绝热 适用于液氧/液氮贮存和短距离管道运输 结构:玻璃或铜制夹层，壁间距离1cm，壁面镀银；并在夹层中保持1.33mPa以上的真空度，其中放入吸附剂。 传热方式：壁间辐射换热+稀薄气体的导热换热 * * 12-5 真空粉末和真空多层绝热 问题：高线%来自于辐射—主要矛盾 故单纯提高其真空度是不可取的。 真空+粉末/真空+多层辐射屏都是为了有效阻止辐射换热 粉末材料不同—效果不同 线 * * Thank you! * * * 今日国学 己所不欲，勿施于人。 ---《论语》 * * 第十一章 低温液体的贮运 贮存： （1）集中生产，分散使用 （2）短时生产，长期使用 （3）长期生产，短时集中使用 （4）运输交接，海陆交接 运输： （1）低温容器－常用方式，机动灵活，运输费用大，气化损失大 （2）低温管道；大流量，短距离 无效运输质量－钢瓶等贮存设备自重所占比重 * * 随着低温液体的广泛应用，深入到各行各业，同时，随着制造技术的不断发展，低温液体贮槽容量越来越大 液氧，液氮，液空－成千上万m3； 液氢－2000m3 液氦－数十立方米 LNG－10万m3甚至更大 管道输送：管径可达500mm；液氧液氢输送长度150－500m，LNG可达数公里。 * * 11-1贮运容器－低温容器 LHe、 LH2、 LN2、LO2、LAr、LAir、 LNG 可燃、可爆 H2对金属有较强的渗透性，正仲转化等特性 温度低，跑冷损失大 70-100K 温度较高，可燃，有毒 容器可通用 温度越低，跑冷损失越大，保温越困难，绝热技术越高 * * 低温容器的绝热方式 真空粉末、真空纤维绝热 真空＋夹层内添加 粉末、纤维材料 LO2、LN2、LH2 真空多层绝热 即多层线、LHe 高真空绝热容器 真空夹层 多用于小型 LO2、LN2、LAr 液氮保护屏 即冷屏 真空粉末、真空多层 ＋冷屏 LHe 普通绝热 采用一般绝热材料 LNG、LO2、LN2 一、低温容器的种类 * * 杜瓦：即杜瓦低温容器，一般由同心装置的球体或者圆筒形内胆以及外壳构成，内外2层形成密闭的夹层，或者在其中添加绝热材料，抽真空并保持 其内真空度。分玻璃杜瓦和金属杜瓦。 按照用途分 低温容器 固定式 地下贮槽、杜瓦 移动类 用于运输 铁路槽车、汽车槽车、航运 按照工作压力区分 低温容器 常压容器 敞开式 用于贮、运 高压容器 工作压力15-30atm 用于传输、消费管网 * * 二、低温容器的结构 （一）液氧、液氮杜瓦 特点：可互换，并可用于液氩，换用时容器内需要清洗 1，小型容器－杜瓦瓶（玻璃，金属）－结构如图16-1 特点：内外胆，线Pa）， 温度越低，杜瓦的颈部越长 2，固定式贮槽 几百升-几千立方米，趋势是越做越大，分立式和卧式2种，多为圆柱形，也有球形。 （1）线）普通绝热材料－大型贮槽，绝热层厚度达1m * * * * 3，运输式贮槽 陆用、船用之分 船用－考虑船体的晃动，蒸发等因素，跨海跨洋，长距离运输 公路槽车－圆筒形，3~20m3，汽车或者专用拖车，真空粉末绝热 铁路槽车－限于车厢长、宽、高，一般50m3，真空粉末绝热 * * （二）液氢、液氦容器 特点：低沸点，低的气化潜热，要求容器有优异的绝热性能；冷蒸气复温到室温的显热比较大 ----分别约是气化潜热的9倍、76倍。 1，液氮冷屏容器 特点：夹层液氮冷屏，绝热效果良好 有效降低辐射换热量 气化率低，预冷贮槽时间短 结构复杂，较笨重，另外，需要LN2源 2，气体屏，传导屏容器 特点：正是利用其显热大的特点，一种方式为气化的蒸气通过蛇形管冷却保护屏（图16-4）；另一种是传导屏－多屏绝热（图16-5）。 3，固定式，运输式贮槽 特点：与液氮、液氧贮槽类似，多用“多层真空绝热”，或真空粉末，大型LHe贮槽也有用液氮屏或气体屏的。 * * * * * * （三）其他低温容器 1，液氟容器－ （图16-6） 性质活泼，易化合、燃烧、腐蚀，有毒 2，LNG贮槽 沸点高，储量大－普通绝热方式的大型贮槽 车载储罐，加气站的固定式贮槽，LNG船 地下贮槽：造价低，占地面积小； 罐体地上部分高度不会太高； 保证安全－有泄漏时，冻结土壤，不致继续扩散 p191，图16-7 * * * * * * 三、低温容器的设计要点 （一）形状、尺寸－－形状多用球状、圆筒状 特点：多用于100m3以下的贮槽 两端采用蝶形封头 多用于公路、铁路槽车 有立式、卧式2类，固定多立，运输多卧。 特点：多用于杜瓦瓶和大型固定 式贮槽 容器壁厚较薄 同样容积，表面积最小，节省材料，降低冷损。 尺寸：一般预留5-10%气体体积，以保证安全－即实际容积大于有效贮存容积； 高压容器的长度/直径较大－细长形 * * （二）绝热结构 原则：绝热性能、成本、坚固性、体积重量、加工方便等方面 低沸点液体容器 高效的绝热材料和型式 复杂形状的容器 不宜采用真空多层 短期或间歇使用的容器 容器热容量尽量小 运输型、移动型容器 主要考虑轻便材料和型式 以降低无效运输质量 大型容器 主要考虑低成本绝热 绝热层厚度随绝热结构、型式、容量大小而变： 普通绝热－0.1-1m；线m 气化率＝气化量/贮存总量，所以在移动式贮槽的外形尺寸一定时，存在最佳绝热层厚度值，此时气化率最小。当加大绝热厚度，增强绝热效果时，也降低了有效容积。 * * （三）材料、结构 外胆－工作在常温，用一般碳钢即可 内胆－需要考虑低温下其机械性能，如强度、韧性、脆性等 1，一般容器－铜、铝合金、奥氏体不锈钢 2，LNG－铜、铝合金、奥氏体不锈钢、9%的镍钢 3，液氟－多用不锈钢、蒙乃合金 4，内外连接拉杆、支撑结构－形成热桥，不宜用铜、铝，应选用导热系数小的材料（钛合金、不锈钢），加绝热垫片，并可延长其长度，以增大接触导热热阻。乐鱼app登录 图16-8 * * * * （四）管道布置 容器上的管道包括：进液、排液、放气、排污、卸压、仪表接口（压力，液位、安全阀等） 特点：内外胆温差大－采取绝热层内管道U形，环形，螺旋形，或者加伸缩节，使管道具有较大的伸缩能力。 “穿透”现象－容器内液体自行流入管道并气化，压力升高后，自行又压回内胆，无疑增加了冷损失。故要力求避免此类现象的发生。 P193,图16-9 * * * * （五）气体的回收 传热－冷损－蒸发气化－排出容器（否则容器压力会升高）－回收 回收方式－1，直接利用压缩机压入气瓶作为用户用气 2，溢出气体－小型液化器－液化后返回容器，图16-10 船用LNG，可将气化气体引入内燃机、锅炉中加以利用 * * * * 11-2 低温液体的管道输送 一、低温液体管道的输送方法 短距离输送－贮槽至槽车，槽车至贮槽，槽车之间，槽车/贮槽至实验容器… 特点：短距离、间歇供应（传输） 长距离输送－天然气采集-液化-管道-用户，液氧液氮管道-用户 特点：长距离，连续供应，需采取绝热措施和冷却措施 容器之间输送方法有三：p200，图16-18 依靠重力 图c 液体泵 图d 加压 图a、b * * * * 加压输送－多用于市区内、厂内，短距离 液体泵－长距离输送，加压站（泵站） 气塞现象：管道输送时，部分液体出现气化后，管道内出现两相流－导致流量减小，阻力增大。在实践中，要尽量避免发生气塞现象，即实现液态单相流动。 防止气塞现象发生的具体方法：高压输送。即保持管道内液体的压力始终在其临界压力之上，液体温度在临界温度之下。故长距离输送低温液体，加压站和冷却站是必不可少的。 * * 二、低温液体的输送管道 （一）种类 普通管 非绝热管 特点：结构简单 热容量小，成本低 冷损大 普通绝热管 绝热效果一般 热容量大 适用于液氧、液氮 LNG的输送 不适合液氢、液氦 真空绝热管 （高真空、真空粉末、真空多层） 适于液氧、液氮长时间 长距离持续输送 高真空 绝热性能稍差 热容量小 液氢液氦 短时间输送 真空粉末 绝热性能较好 热容量大 真空多层 绝热性能最好 热容量较小 适用于液氢液氦 长时间输送 * * 真空绝热管道的结构特点 组成：同心装配的内、外管（多层真空需多层管束），管间支撑件，以及管间绝热材料（粉末结构） 支撑构件－p202，图16-19（既要强度好，又要接触少） 线，静态线，低温泵方法 连接：法兰，需绝热处理－图16-20 * * * * *

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