LNG槽车储罐绝热结构及施工方法设计.docx

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1、 中国石油大学（北京）本科生毕业设计 第IV页LNG槽车储罐绝热结构及施工方法设计摘要随着液化天然气（LNG）技术的迅速发展，LNG槽车得到广泛的应用。本文对有效容积为40m3的槽车储罐绝热结构进行了设计。在详细分析LNG槽车储罐绝热方式的基础上，提出槽车储罐适宜的绝热方式，并进行了绝热传热计算。针对高真空多层绝热结构设计了一套缠绕施工方案，最后，对施工方法进行了详细的说明。关键词：液化天然气；槽车储罐；绝热；施工Design of Thermal Insulation and Wrapping Process of Tank for LNG Road TankerAbstractAs the

2、 rapid development of LNG, LNG tankers were widely applied. The insulation structure of the tank volume 40m3 for LNG road tanker was designed. Base on the analysis of some kinds of thermal insulation, high vacuum multilayers thermal insulation was selected and calculated. Then, a set of technology s

3、cheme to wrap the insulation layers was presented. The sketch of the technology scheme was drawn and the operation was introduced in this paper. Key words: LNG; Tanker; Thermal Insulation; Wrap目录第1章 绪论11.1概论11.1.1天然气11.1.2液化天然气11.2低温容器31.3 LNG车运发展趋势41.4 本论文主要研究内容4第2章 LNG槽车储罐的绝热方式62.1 低温绝热的类型62.2 高真空

4、多层绝热优势7第3章 高真空多层绝热传热机理及影响因素83.1 高真空多层绝热传热机理83.1.1 高真空多层绝热中的辐射传热83.1.2 高真空多层绝热中的固体导热93.1.3 高真空多层绝热中的残余气体导热103.2 高真空多层绝热的影响因素123.2.1 不同绝热材料对绝热效果影响123.2.2 通过提高层间真空度改善绝热效果133.2.3 多层反射屏的层数及密度对绝热效果影响163.2.4 层间压紧力对绝热效果的影响16第4章 高真空多层绝热传热计算174.1 40m3槽车储罐计算参数174.2 支撑构件漏热量的计算174.2 绝热体漏热量的计算194.3 绝热层厚度的计算19第5章

5、多层绝热结构施工方法215.1施工工艺设备初步设计215.1.1 主要设备215.1.2 附件215.2施工前的准备工作215.2.1卫生要求初步设计215.2.2绝热材料的选择225.2.3铝箔的处理225.2.4玻璃丝布的处理225.2.5分子筛的选择及处理225.3 多层绝热缠绕施工方案235.3.1固定罐体235.3.2缠绕过程235.4 层密度的控制235.5 缠绕过程中的注意事项24第6章 结论25致谢26参考文献27附文（外文翻译原文及中文译文）第1章 绪论 第4页第1章 绪论1.1概论目前，国内外天然气的需求空前增长，但国内外天然气资源与用户分布极不均衡。世界上已探明的天然气储

6、量大多位于俄罗斯境内的西伯利亚西部与波斯湾，中国天然气资源则多分布在中西部地区，很多天然气用户市场却严重缺乏资源供应，要合理利用天然气资源，首先必须根本解决利用与运输之间的矛盾。1.1.1天然气天然气与煤炭，石油并称目前世界一次能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采量都很大，天然气的基本成分是甲烷。天然气除了是一种廉价的化工原料之外，还是一种清洁能源，主要作为燃料使用。由于天然气的热值高，燃烧产物对环境污染少，是一种公认的优质清洁燃料。随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题日益严重，使能源结构逐步发生变化，天然气的消费量急剧增长。天然气用于联合发电、供冷和供热、燃料电池

7、等方面都具有十分诱人的前途，发达国家都在竞相进行应用开发。 我国的天然气资源比较丰富，据不完全统计，资源量约为3.81013m3。近年来，我国在勘探、开发和利用方面均有较大的进展。1.1.2液化天然气 1 液化天然气（liquefied natural gas，简称LNG），是指天然气原料经过预处理，脱除其中的杂质后，再通过低温冷冻工艺在-162下形成的低温液体混合物。不同LNG工厂生产的产品组成不同，这主要取决于生产工艺和气源气组成。按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75%，氮含量应低于5%。一般商业LNG产品的组成如表1-1所示。由表1-1可见，LNG的主要成分为甲烷，

8、其中还有少量的乙烷、丙烷、丁烷及N2等惰性组分。表1-1 商业LNG的基本组成组分/%组分/%甲烷9298丁烷04乙烷16其他烃类化合物01丙烷14惰性成分03LNG的性质随组分的变化而略有不同，一般商业LNG的基本性质为：在-162与0.1MPa下，LNG为无色无味的液体，其密度约为430kg/m3，燃点为650，热值一般为37.62MJ/m3,在-162时的汽化潜热约为510kJ/kg，爆炸极限为5%15%，压缩系数为0.7400.820。LNG的主要优点表现在以下方面。（1） 安全可靠 LNG的燃点比汽油高230，比柴油更高；LNG爆炸极限比汽油高2.54.7倍；LNG的相对密度为0.4

9、7左右，汽油为0.7左右，它比空气轻，即使稍有泄露，也将迅速挥发扩散，不至于自然爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度。因此，LNG是一种安全的能源。（2） 清洁环保 天然气在液化前必须经过严格的预净化，因而LNG中的杂质含量较低。根据取样分析对比，LNG作为汽车燃料，比汽油、柴油的综合排放量降低约85%左右，其中CO排放减少97%、NOx减少30%40%、CO2减少90%、微粒排放减少40%、噪声减少40%，而且无铅、苯等致癌物质，基本不含硫化物，环保性能非常优越。因此，LNG是一种洁净的能源。（3） 便于输送和储存 通常的液化天然气多储存在温度为112K、压力为0.1MPa左右的低温储罐内，其密度为

10、标准状态下甲烷的600多倍，体积能量密度为汽油的72%，十分有利于输送和储存。（4） 可作优质的车用燃料 天然气的辛烷值高, 抗爆性好, 燃烧完全, 污染小, 与压缩天然气相比, LNG 储存效率高, 自重轻且建站不受供气管网的限制。（5） 便于供气负荷的调节 对于定期或不定期的供气不平衡, LNG 储罐能很好地起到削峰填谷的调节作用。1.2低温容器低温技术是19世纪末在液态空气工业上发展起来的，随着科学的进步，在近30年中得到了广泛的应用。低温容器是低温工业过程中的关键设备，其特点是很容易产生低温脆性破坏。低温脆断是在没有预兆的情况下突然发生的，危害性很大，因此在选材、试验方法和制造等方面均

11、要采取措施，防止低温脆断事故的发生。对于深低温下运行的容器，还必须有良好的低温绝热结构和密封结构。压力容器的低温界限，目前世界各个国家压力容器常规设计规范对低温压力容器划分的温度界限各不相同。温度界线是各个国家根据本国在压力容器方面的经验，人为划分开的。具体划分见下表：表1-2各国规范的低温界线国家美国德国日本英国中国规范名称ASME1AD规范JIS B8207BS5500GB 150低温界限-30-10-100-101.3 LNG车运发展趋势LNG的主要成分是甲烷,甲烷的正常沸点为-162 ,故储运LNG均应采用低温绝热结构,属于低温液体储运设备。液化天然气输运容器根据用途不同可分为三类：L

12、NG罐式集装箱；LNG罐车, 包括挂车和半挂车；LNG车载储气瓶。三种LNG输运容器的性能比较见下表。我国的LNG运输工具目前主要采用LNG罐车，容积为25 m345m3，车型均为半挂式运输罐车。2表1-3LNG输运容器产品种类与特点LNG罐式集装箱LNG罐车LNG车载储气瓶用途船只、铁路、公路运转LNG，也可兼做小型固定储罐用公路转运LNGLNG汽车用燃料箱规格或容积范围20、40、43英尺三种30120m30.6m3以下主导的绝热方式高真空多层绝热为主真空纤维绝热高真空多层绝热高真空多层绝热工作压力国际市场价格1525万美元1530万美元5000美元左右随着许多国家加速天然气汽车工业发展计

13、划的实施，未来LNG汽车的数量将会大幅度增长，LNG燃料加注站等基础设施的大力发展为重型车辆使用LNG燃料创造了条件。由于汽车的耗油量并不随载重量的增加而成比例地增加，汽车列车的耗油量与同功率的单车相比增加不多，因此单挂车LNG罐车的吨公里成本远小于单车，LNG罐车向大型化、列车化发展是必然趋势。1.4 本论文主要研究内容根据LNG槽车储罐的初始设计条件，分析粉末绝热、纤维绝热、真空多层绝热等常用的隔热结构，在此基础上提出LNG槽车储罐适宜的绝热形式。然后根据拟定的储罐的绝热结构，进行结构设计并计算绝热层厚度。设计一套高真空多层绝热结构缠绕施工方案，并对施工工艺设备进行初步设计。 第2章 LN

14、G槽车储罐的绝热形式 第7页第2章 LNG槽车储罐的绝热方式2.1低温绝热的类型低温绝热的目的是采用各种不同的绝热类型与结构, 将通过对流、传导和辐射等途径传递给低温体系的热量减少到尽可能低的程度, 以维持低温系统正常工作。目前, 常用的低温绝热有如下类型: 堆积绝热、高真空绝热、真空粉末(纤维) 绝热、高真空多层绝热(含多屏绝热) , 它们的原理、性能见表2-1。 表2-1各种低温绝热类型的原理、性能3序号类型原理性能 W/ (mK)1堆积绝热利用热导率小的材料包覆在被绝热体的表面上达到绝热目的。纤维类0.0350.05 粉末类0.01850.064泡沫类0.0280.0642高真空绝热绝热

15、空间抽成高真空后消除气体对流传热和大幅度减少气体导热。残余气体导热量约为0.10.2W/m2（300K77K）3真空粉末（纤维）绝热利用热导率很低的粉末或纤维充填在不高的真空下，即可消除气体对流传热。10-310-24高真空多层绝热利用在真空下气体传热甚低的情况下，采用多层反射屏减少辐射传热，达到高效绝热的目的。10-510-6堆积绝热：也就是非真空绝热，即在需要绝热的表面上装填或包覆一定厚度的绝热材料以达到绝热的目的，常用于管道及大型贮罐，常用的绝热材料有珠光砂、玻璃棉、泡沫玻璃及泡沫塑料等。堆积绝热的绝热效果较差。高真空绝热：即单纯真空绝热，一般要求在绝热空间保持1.33Pa 以下压强的真

16、空度，这样就可以消除气体对流传热和绝大部分的残余气体导热，以达到良好的绝热效果。由于高真空绝热空间高真空度的获得与保持比较困难，一般在大型装置中很少应用。真空粉末（纤维）绝热：真空粉末绝热和真空纤维绝热均属于真空多孔绝热，是在绝热空间充填多孔性绝热材料(粉末或纤维) ，再将绝热空间抽至一定真空度的绝热型式。只要在不高的真空度下，就可以消除粉末绝热介质间的气体对流换热，从而大大减少高真空度获得与保持的困难。由于此类绝热的热导率只有堆积绝热的几十分之一，且真空度要求不高，夹层压力为110 Pa 左右,故在低温技术中得到大量应用。绝热材料多用珠光砂、玻璃棉、气凝胶等。高真空多层绝热：又称多层绝热，它

17、是一种在绝热空间中安置许多层平行于冷壁的辐射屏以大幅度减少辐射热而达到高效绝热的结构，为目前绝热效果最好的一种绝热形式，其在低温技术中获得了广泛的应用。其中的反射屏材料为金属箔(如铝箔、铜箔、金箔等) ，间隔材料多为无碱玻璃布、纤维纸、填碳纸等。对于多层绝热的组合，目前使用最多的是铝箔与纤维纸的组合。2.2 高真空多层绝热优势国内在低温液体槽车的研制上起步较晚，目前国内多数厂家的低温液体槽车采用的是真空粉末绝热或真空纤维绝热，也有部分厂家采用高真空多层绝热。而在发达国家已经普遍使用高真空多层绝热槽车。真空粉末绝热在绝热空间充填多孔性绝热材料，对真空度的要求不高。与之相比，高真空多层绝热由多层反

18、射材料和间隔物交替缠绕而成，夹层抽成高真空，反射材料通常采用铝箔或镀铝涤纶薄膜，间隔物一般采用玻璃纤维纸、植物纤维纸或尼龙网。由于高真空多层绝热能有效地抑制热辐射的作用，因此具有优良的绝热性能。表2-2 简单列出了在相同的边界温度条件下(80K、300K) 两种绝热型式的主要技术参数4。可以看出，高真空多层绝热结构的绝热性能要明显优于真空粉末绝热。表2-2 真空粉末绝热与高真空多层绝热主要技术参数的比较绝热形式绝热材料表观热导率（m W/ mK）夹层真空度/Pa真空粉末绝热珍珠岩粉末，128kg/m3(190K)1.510-1高真空多层绝热MLI，镀铝薄膜，50层0.06510-3与真空粉末绝

19、热相比，高真空多层绝热主要具有以下优势：（1）夹层厚度小 高真空多层绝热的夹层厚度较小，当外形尺寸相同时，则有更大的装载容积；以20英寸ISO罐式集装箱为例，若用真空粉末绝热，则夹层厚度为200mm，有效容积仅为13m3，而采用高真空多层绝热时，夹层厚度仅为80mm，罐箱的有效容积可达到18m3，相差27%以上。（2）质量轻 采用高真空多层绝热方式可使输运容器的空载质量大大减轻、运输效率提高、储能密度增大、LNG运输成本降低。对于有效容积20m3左右的输运容器，采用高真空多层绝热可使空载质量减少1500kg以上。（3）防震性能好 采用高真空多层绝热方式可避免因容器运输过程中震动而引起绝热材料沉

20、降，确保绝热效果。当然，用真空纤维绝热（超细玻璃棉包扎）也可避免这一问题。（4）制作工艺与成本相当 目前，高真空多层绝热低温容器的制作工艺与制作安装、制作成本与制造周期与真空粉末绝热低温容器已趋于一致。综合以上考虑，本文所设计的槽车储罐采取高真空多层绝热的形式。 第5章 多层绝热结构施工方法 第24页第3章 高真空多层绝热传热机理及影响因素3.1高真空多层绝热传热机理高真空多层绝热中存在三种传热形式：辐射传热、层与层之间的固体导热、层间剩余气体导热。3.1.1高真空多层绝热中的辐射传热多层绝热系统辐射屏采用铝箔或镀铝的聚酯薄膜，间隔物采用非金属材料，影响辐射传热的主要因素有材料的发射率、吸收系

21、数、散射系数和厚度等。金属表面的辐射性能具有明显的尺寸效应，这是因为两个因素的影响。其一是金属薄膜的厚度与电子平均自由程的比值。随着温度的降低，金属电子的平均自由程增大，当大于金属薄膜的厚度时，就会发生辐射波的穿透，导致发射率增大；其二是低温下金属表面的反常集肤效应。间隔物的作用在于它的隔热作用和对辐射波的吸收和散射。通过固体传导的热阻可以认为是间隔层到发射屏界面上的热阻和间隔层本身的热阻之和。其中间隔物和反射屏之间的热阻起主导作用。因此，应减少间隔物与反射屏的接触面积，而不是增大间隔物的厚度。另外间隔物也可以衰减辐射热流。多层绝热的辐射传热比热流由下式表示： （1-1）式中：辐射屏两面的发射

22、率； 间隔物厚度；黑体辐射系数，为；吸收系数；散射系数；辐射屏温度。如果多层绝热中没有间隔材料或者将辐射屏传导和间隔物对辐射的衰减略去不计，并令，则（1-1）变为式中：多层绝热的层密度； 辐射层数； 多层的厚度。由上式可知，辐射传热反比于层密度。多层绝热的比热流在某种程度上可以通过增大层密度来减少，但是应注意层密度过大会增大间隔物的导热。3.1.2高真空多层绝热中的固体导热常用的多层材料通常是由高反射率、低发射率的发射层和热导率小的间隔物组成。因此，在多层绝热中，通过固体传热的热阻可以认为是间隔层与发射层之间的接触热阻以及间隔层本身的热阻之和。所以，为了减少固体导热，首先应使间隔物与反射屏的接

23、触面积尽可能的小，其次，是用热导率较小的材料来当作间隔物。为了减少间隔物与屏的接触面积，人们想了很多方法，如将多层材料做成褶皱，或在绝热材料表面颗粒化，这样就可以把层与层之间直接的面接触变为线接触或点接触，以增大接触热阻。同时包缠时要保证合适的松紧度以及合适的层密度，这些因素都会对固体导热有很大影响。选择导热系数小的材料作为间隔物也很重要。目前主要的间隔物有玻璃纤维、二氧化碳纤维、碳纤维、涤纶薄膜、尼龙网等。这些材料常和反射材料一起构成多层绝热结构。层密度对固体导热有很大的影响。当每一单位厚度绝热材料中的层数增加时，辐射传热将减少，辐射传热的当量热导率随层密度的增大而降低。但是，固体导热将增加

24、，固体导热的当量热导率随层密度的增加而升高。因此在某一层密度（即最佳层密度）时，总的当量热导率达到最小值。有人对铝箔与玻璃纤维纸的多层绝热的热导率与层密度的关系进行研究，结果表明最佳层密度约为2040层/cm5。由于影响高真空多层绝热中固体导热的因素很多，而且很多因素都是难用仪器测出的。所以除了一些表观性公式或一些半经验公式之外，目前无一个普遍适用于各种绝热结构的公式来计算固体导热。但是，目前有大量的实验结果以及经验表明，通过固体导热的传热量大约占整个绝热结构传热量的5%3左右。3.1.3 高真空多层绝热中的残余气体导热残余气体导热对多层绝热性能的影响可以从两个方面来考虑，其一是表观真空度，即

25、真空腔中的真空测量值对绝热性能的影响；其二是多层结构的层间气体压力对气体导热的影响。在60年代中期以前，人们以为绝热容器抽真空时，多层的层间压力和和真空腔中的压力是相等的，所以在高真空（10-2帕以下）时气体传热可忽略不计，只考虑固体导热和辐射传热。但是后来一些研究表明，多层绝热中层间气体压力并不等于真空腔中的气体压力。如前所述，有人做了多层绝热传热的传热量与层数之间关系的实验。结果表明，多层绝热的辐射屏数不是越多越好，而是有一最佳层数。当层密度相同时，热流并不随层数的增多而单调下降，而是某一层数达到最低。然后，随着层数的继续增加，热流反而增大了。这个结构显然是与建立在辐射传热占主要优势基础上

26、的真空多层绝热的基本理论相违背。而且通过前面的分析，在层密度一定的情况下，层数的增加不可能使辐射热流和固体导热热流增加。所以，只可能是多层中残余气体压力的增大导致了当量热导率的增加，从而使总热流增多。这是由于多层绝热层间存在着很大的抽气阻力以及材料的不断放气，造成了绝热层内外的压力不同。层数越多，层密度越大，抽气阻力就越大；表面积越大，则放气量也就越大。因此在多层中便造成了中间层压力最大的压力分布。通常情况下，层间残余气体的运动的平均自由程要比层间隙大得多。根据文献，空气分子在不同温度和压力下的分子自由程如表3-1所式。表 3-1空气分子在不同温度和压力下的分子自由程平均自由程（cm）温度（K

27、）77K300K压力（Pa）10-2/3.510-10.653.81/0.35由表可知，空气的分子自由程至少为几个毫米，有的甚至达到几百毫米。然而层与层之间的间隙一般小于0.5mm。所以可以认为分子平均自由程远大于层间距。因此，残余气体是靠其分子与壁面碰撞而传热的。分子间的相互碰撞对传热所引起的作用可忽略不计。3.2高真空多层绝热的影响因素多层绝热材料由两类物质组成： 反射率高、有效辐射率小的屏材料，如铝箔、金箔或喷铝聚酯薄膜等； 由热导率低和低放气率的材料组成的间隔物材料，如玻璃纤维布、纤维纸、尼龙网、丝网等。6 3.2.1不同绝热材料对绝热效果的影响不同多层绝热结构及其当量热导率如表3-2

28、所示7。表3-2不同多层绝热结构及其当量热导率材料层数厚度/mm冷面温度/热面温度/当量热导率/（4.2kJ/mhK）双面镀铝涤纶膜+KT-231尼龙网299.4-87.332.25.3910-4双面镀铝涤纶膜+敷料纸289.5-77.127.55.0210-410厚双面镀铝涤纶膜，无间隔342.9-82.127.61.8110-4GS-80302.7-101.042.17.7210-4双面镀铝涤纶膜+填炭纸104.52.2910-4多层铝膜+丝纤维20-194.625.61.6310-4多层铝膜+玻璃纤维20-192.428.84.4210-4多层铝膜+手工填炭纸92.81.2910-410

29、厚单面镀铝涤纶膜，无间隔层302.224.3120.92.8910-4由表3-2可见,反射材料大多采用高反射率的镀铝薄膜等，充分利用其高反射率来减少辐射传热。选择导热系数小的材料作为间隔物也很重要，目前主要的间隔物有尼龙网、玻璃纤维、二氧化碳纤维毡、碳纤维、涤纶薄膜、尼龙网等, 这些材料常和反射材料一起构成多层绝热结构。为了进一步提高绝热效果,多层反射材料间还可以加入像填炭纸之类具有吸附性能的材料,使抽空工艺得以简化,绝热效果进一步提高。通过以上分析，对本文设计所用到的绝热材料进行选择。选择绝热材料，既要考虑材料的性能是否满足设备的运行工艺要求, 又要考虑绝热工程造价和绝热施工工艺等诸方面因素

30、。超低温保冷的选材, 除要了解绝热材料的耐低温性能外, 一定要对材料提出抗水蒸气渗透性的要求。对于多层绝热材料的组合, 目前使用最为理想的是玻璃纤维布或尼龙网布与铝箔交替重叠缠绕和复合材料自身缠绕。玻璃纤维在低温下的隔热性能比较好, 能有效降低绝热层导热系数, 增大绝热层内各铝屏间边界层的热阻, 并有效抗对流给热。所以，本文设计的绝热结构采用的绝热材料为0.02mm厚铝箔+0.015mm厚玻璃布。3.2.2通过提高层间真空度改善绝热效果多层绝热中,层间气体导热占了传热量的主要部分,因此,要提高绝热效果,必须减少层间气体导热量。主要途径是通过提高真空度来实现的。但多层绝热中,腔内真空度并不等于层

31、间真空度, 由于多层绝热层间存在着很大的抽气阻力以及材料的不断放气，造成了绝热层内外的压力不同，多层间的真空度远比腔内真空度低8。因此,提高层间真空度才是解决残余气体导热的根本途径。为了改善绝热效果，提高层间真空度，可以采取很多方法：1、预先在多层辐射屏上开孔或材料印花或褶皱化，以增大抽真空的流导，改善透气性，减少抽气阻力；2、为了使气体分子易于在层间间隙中流动，多层缠绕不能太紧，应采用较薄的隔垫材料和松软的多层缠绕结构；3、对绝热材料进行烘烤，以促使材料所吸附的气体脱附出来，这样可以减少在抽真空时材料放到层间的气体量 9；4、在绝热层内用吸气剂吸附材料表面放出的气体，维持内部压强小于10-2

32、Pa。这一点可通过在层间放置吸气材料来完成，如填炭碳纸，这样填炭纸中的炭纤维可以吸附绝热材料放出的气体,从而提高层间真空度，使材料的当量热导率有所下降。表3-3给出了加入填炭纸前后绝热效果的对比情况。表3-3 国外填炭实验结果试材层数厚度/mm真空度/Pa比热流/当量热导率/8.7铝箔+机制填炭纸103.240.001448.7铝箔+烘烤过的机制填炭纸102.980.0010708.7铝箔+机制填炭纸+吸气剂103.050.00128铝箔+烘烤过机制填炭纸+吸气剂103.240.00077铝箔+烘烤过机制填炭纸+吸气剂（只用机械泵抽真空）103.240.00076铝箔+验货标准的玻璃纤维纸10

33、2.850.00228铝箔+烘烤过的玻璃纤维纸102.090.00179铝箔+验货标准的尼龙网103.110.00131续表3-3试材层数厚度/mm真空度/Pa比热流/当量热导率/12镀铅网+机制填炭纸101.842.160.003120.0021512镀铝膜102.670.00305多层铝膜+手工填炭粉102.800.0015多层铝膜+烘烤过的手工填分子筛纸1030.0041多层铝膜+烘烤过的机制填氧化铝纸1030.00353.2.3 多层反射屏的层数及密度对绝热效果的影响从理论上讲,反射屏层数越多,包的越密,将使辐射传热下降,会提高绝热效果。但事实上不是这样。由于辐射传热不占传热的主要部分

34、，层数及密度增大会造成抽真空阻力增大,从而造成残余气体导热加剧。层数越多，层密度越大，抽气阻力就越大；表面积越大，则放气量也就越大。因此在多层中便造成了中间层压力最大的压力分布。同时包缠越密,层间接触面积大,造成固体导热增加,都不利于绝热。当然层数太少也达不到多层绝热的效果。当总层数在10层左右时,随层数的增加,绝热效果是变好的。一般来说,1030层左右是高真空多层绝热的最佳层数10。3.2.4 层间压紧力对于绝热效果的影响层间压紧力越小越有利于绝热,但压紧力过小会造成多层屏变松脱落,失去绝热作用。故在实际缠绕多层屏时要掌握好力量。优良的多层绝热应是相当松软同时又具有较大的缠绕牢固性,在振动冲

35、击下不会脱落。第4章 高真空多层绝热传热计算4.1 40m3槽车储罐计算参数选取钢板作为储罐壁的材料，内胆选用标准椭圆形封头,外胆选用标准碟形封头，本储罐采取高真空绝热形式，这种绝热方式能有效的减少热量的渗入所以大多被选用。储罐的总漏热量主要包括多层绝热体漏热、接管漏热与支承漏热这3 部分，接管漏热忽略不计，仅计算支撑漏热和多层绝热体漏热。内胆内径：D1=2200mm；外胆内径：D2=2400mm；内封头高：L2=550mm；内封头直边高度：h=25mm；储罐内胆容积：V=40m3；充装率： ；内外胆间的支承结构采用玻璃钢支承元件，上下各4个支承机构，下支撑为空心，玻璃钢圆环外直径D3=200

36、mm，内直径D4=100mm；上支撑为实心，外直径D5=100mm； 内筒筒体长：L1=10m；筒壁厚：mm。4.2支撑构件漏热量的计算玻璃钢的导热系数为：玻璃钢支撑构件热传导长度：上支撑的截面积： 下支撑的截面积： 内胆中液化天然气的温度：-162外界大气温度：20根据圆筒壁热传导方程求单个上支承漏热量为： 上支承构件的漏热总量：单个下支承漏热量为：下支承构件的漏热总量：支承漏热总量为：4.3绝热体漏热量的计算此绝热方式采用0.02mm厚铝箔+0.015mm厚玻璃布来进行组合。由于槽车允许的日蒸发率为0.2%，所以以此来计算绝热体的漏热量。 (5.9)式中，整体漏热量，W；LNG的汽化潜热，

37、；储罐的容积， ；LNG密度， ，充装率，。所以， 多层绝热体的漏热量：4.4绝热层厚度的计算绝热层厚度计算公式如下:式中:多层绝热层厚度m ；多层绝热体的有效热导率，； 多层绝热体的传热计算面积，m2 ；传热温差，K；通过多层绝热体的漏热量,W。绝热体的有效热导率：传热温差：内筒筒体内表面面积：查表得椭圆封头内表面面积： 内筒内表面积为： 所以，所选保温材料的层密度为层/mm，故，保温层数为： = 49.5 = 50层第5章 多层绝热结构施工方法设计5.1施工工艺设备初步设计5.1.1主要设备缠绕装置是施工时的主要设备（示意图见CAD图），由固定装置，转轴，电动机和皮带轮组成。其中，固定装置

38、包括轮子（可多向转动并可固定），支架（采用型号为10/6.3(GB9788-88)角钢），销子。转轴分为两段，全部位于支架上，一段固定在皮带轮上，可左右移动。电动机接皮带轮。所用绝热材料为铝箔加玻璃布，每卷宽900毫米，长100米。5.1.2附件1剪刀，一把2针，线（玻璃纤维丝）用于分别缝合铝箔与玻璃布3电吹风4卷尺5粘胶带6记数器（记录包扎层数）5.2施工前的准备工作5.2.1卫生要求初步设计 真空绝热空间的“卫生”程度直接影响到绝热的效果, 因此, 施工中应注意如下三个方面：1.在多层绝热材料缠绕之前, 对真空绝热空间所有部件与真空夹层接触件均应采用四氟化碳进行严格的去油污清洗。2.真空腔

39、内所有部件均不得用手直接触摸, 施工时应戴洁净的白手套才能进行装配。3.缠绕施工时, 环境应保持洁净,不得在灰尘大的环境中进行。初步设计为在一个相对封闭车间, 装上空调及抽风系统, 地面为水泥地板再涂一层青漆, 保证环境洁净。5.2.2绝热材料的选择绝热材料的选择, 既要考虑材料的性能是否满足设备的运行工艺要求, 又要考虑绝热工程造价和绝热施工工艺等诸方面因素。对于多层绝热材料的组合, 目前使用最为理想的是玻璃纤维布或尼龙网布与铝箔交替重叠缠绕和复合材料自身缠绕。玻璃纤维在低温下的隔热性能比较好, 能有效降低绝热层导热系数, 增大绝热层内各铝屏间边界层的热阻, 并有效抗对流给热。铝箔能有效抗辐

40、射。故采用的铝箔加的玻璃丝布（具体分析见3.2.1）。5.2.3铝箔处理采用的铝箔应为最纯的铝材制成, 表面黑度系数应尽量小, 应经过表面除油并经退火处理, 使之为软态下使用。然后在真空罐中保存待用（防止氧化变质）。5.2.4玻璃丝布处理超细无碱玻璃丝布规格：，在560温度下脱腊处理, 经分析其含腊量应小于或等于（重量含量）。使用前将玻璃丝布置烘箱中加热至, 干燥小时。以便将潮湿空气组分尽可能降至最低。5.2.5分子筛的选择及处理分子筛选用型的分子筛。先将分子筛充入一容积约12升的容器内（此容器壁开两孔接不锈钢管, 一管用的铝箔密封）, 然后进行抽真空加热再生处理, 最后充人高纯氮气至常压封存

41、, 即成一分子筛吸附器。（缠绕绝热材料前将此分子筛吸附器焊于罐体内容器封头外壁上）。5.3 多层绝热结构缠绕施工方案5.3.1固定罐体利用罐体两侧的固定装置，用销子将罐体与转轴连接。由此，罐体被轴向固定在支架上。5.3.2缠绕过程绝热材料的缠绕一般有两种方法。其一是“ 螺旋” 式缠绕法, 其二是“ 筒体竹节” 式缠绕法。在此设计中选取“ 螺旋” 式缠绕法。先将玻璃布贴于罐体直筒壁最左端，开启电动机，电动机带动皮带轮旋转，皮带轮带动转轴旋转，转轴带动罐体旋转，绝热材料即被缠绕在罐体上。每缠绕4层时, 用针线顺筒体纵向缝合4线（4条线沿筒体均匀分布）, 多层绝热材料应比封头过度区处长mm(以备与封

42、头多层绝热材料缝合), 以后每隔层缝合一次。封头处的包扎用多层绝热材料预先做好的“ 被子” 直接覆盖, 每10层左右与筒体多层材料缝合, 搭叠10mm左右, 封头“ 被子” 插到筒体多层绝热材料中。5.4 层密度的控制单位厚度内多层绝热辐射层的数目称为层密度。在单位厚度绝热层中, 当层数增加时, 辐射传热将减小, 而接触热阻减少, 固体导热将增加, 故存在一个最佳层密度。我们采用层密度层/mm。（可用针垂直扎到内壳来测其厚度）。此时其综合有效热导率较为理想。5.5缠绕过程中的注意事项1缠绕现场应清洁、干燥，绝热材料、罐体外表面均要严格进行清洁、干燥处理，施工人员应穿洁净衣服。2缠绕过程中一定要

43、按设计的参数进行，经常测量层密度与厚度，并及时调正，以保证最佳层数与密度。3每包一定厚度后，要给绝热体打孔，以利于抽空。4绝热材料缠绕完成后，应尽快放入烘箱中烘干，温度一般控制在，并将已烘干的绝热罐体尽快装入壳体中，暂时不能安装的绝热罐体，应用塑料袋封闭保存在干燥处。 中国石油大学（北京）本科毕业设计 第26页第6章 结论本文对LNG槽车储罐绝热结构进行了详细的设计。通过详细地分析绝热方式，选择了高真空多层绝热作为本槽车储罐的绝热方式，采用0.02mm厚铝箔+0.015mm厚玻璃布作为绝热材料。通过漏热量的计算求得绝热层厚度为29.7mm，保温层数为50层。 本文对多层绝热结构施工方法做了详细

44、的说明，真空绝热空间所有部件与真空夹层接触件均应采用四氟化碳进行严格的去油污清洗，确保真空腔内所有部件的清洁。铝箔应经过表面除油并经退火处理, 使之为软态下使用。玻璃丝布使用前将其置烘箱中加热至并干燥小时，以便将潮湿空气组分尽可能降至最低。分子筛选用型的分子筛。选择“ 螺旋” 式缠绕法对多层绝热材料进行缠绕。参考文献1 敬加强,梁光川,蒋宏业.液化天然气技术问答M.北京：化学工艺出版社,2006.1-3.2 魏蔚,汪荣顺.国内外液化天然气输运容器发展状态J.低温与超导，2005.22(2):39-403 徐烈.我国低温绝热与贮运技术的发展与应用J.低温工程，2001.2.4 S D Augustynowicz, et al. Cryogenic insulation systemsC. the 20th International Congress