LNG汽车罐车夹层真空度影响因素讨论

赵 波 高小琦 李昳心

（西安特种设备检验检测院 陕西西安 710000）

引 言

汽车罐车作为一种移动式压力容器,因其灵活、方便、快捷的优点,已经成为运输危险化学品重要的载体。LNG 作为清洁能源，符合国际和我国节能环保、低碳经济的发展方向。近年来，我国LNG项目得到了迅猛发展并形成了一些发展LNG产业的有利条件。LNG汽车罐车绝热方式基本都是高真空多层绝热，又称“超级绝热”。绝热夹层的真空度, 是保证真空绝热低温容器之绝热性能的关键因素, 为了达到良好的绝热目的, 在用LNG罐车在检规中规定夹层真空度≤1.33 Pa。而夹层材料的放气和外筒体的漏气, 会导致夹层真空度逐渐升高, 从而直接影响容器的绝热性能。因此, 夹层高真空度的维持直接关系到压力容器的使用寿命。

1 LNG罐车基本特点

LNG罐车主要由罐体（内筒体和外壳）、管路、行走机构、牵引销、支腿、防护栏等部分组成；内筒体一般用S30408作为主体材料，外壳一般用Q345R作为主体材料，内外罐之间通过环氧玻璃钢材料的支撑进行轴向和径向的约束，其中夹层中填充有由绝热纸和铝箔组成的复合绝热层，此外夹层中还会放置一定量的吸附剂。在夹层设置吸氢剂、吸湿剂对于有效保持夹层空间的真空度具有重要的作用。夹层的真空寿命很大程度上取决于吸附剂的特性、 装入量以及能否充分发挥作用等。

2 在用LNG罐车夹层真空度影响因素分析

夹层真空度变化的主要原因是外筒体漏气和夹层材料放气。

图1

图2

LNG罐车在实际使用过程中，由于其使用的不确定性，及出厂制造时的遗留问题，外筒体漏气在真空度超标的车辆中比较常见。部分罐车在制造时将加强筋置于外筒体外部，这种设置由加强筋与外壳角焊缝开裂引起外筒体漏气的情况时有发生（见图1），

另一种是将加强筋置于外筒体内部（图2），该种设置若非外部机械损伤，一般不易产生加强筋与外筒体角焊缝撕裂性损伤。

在用LNG罐车其真空隔离阀处在测完真空度之后（见图3），抽真空口在抽完真空之后如果密封不严（见图4），会造成夹层真空度快速升高。

图3

图4

接管与外筒体连接部位焊缝若存在裂纹也会导致失真空现象（见图5）；此外还有事故撞击造成外筒体破损等，导致夹层快速失真空的情况。

图5

图6

另外一种就是夹层材料放气。在-162 ℃环境下,分子筛能有效地吸附空气中的主要组分N2、O2、Ar等, 但是对He、Ne、H2不能有效吸附。氢气是夹层材料放气的主要成分, 国内外的大量测试表明,金属材料和多层材料在100 ℃以上热环境中真空放气一段时间后, H2占其放气组分的70%以上, 并且高真空多层绝热容器的夹层内的放气量远远大于实际的漏气量。由于He、Ne所占的含量极小, 并且可以在夹层抽真空除气过程中被N2有效地置换掉,所以H2是影响夹层真空度的主要原因。

两类最常用的吸附剂:分子筛和一氧化钯, 分之筛在低温低压下对氢气的吸附效果并不明显, 并且受到条件的限制。因为, 分子筛主要对极性分子和不饱和分子具有较高的亲和力, 如对于水, 其具有很大吸附量, 但是对于非极性分子中的一部分和沸点低的物质, 其很难吸附。一氧化钯是一种稳定的化合物, 高温时才会分解, 且不溶于包括王水在内的任何酸。一氧化钯是一种良好的吸氢剂, 它吸附量大、性质稳定的特性使其能应用于大多数低温液体储罐中。

分子筛对于水分是通过物理吸附来完成的；一氧化钯（分子式PdO）作为LNG罐车常用吸氢剂，其通过PdO粉末在吸附氢气后会发生化学反应而生成Pd, 吸附后的物质组分只有Pd和PdO。在用LNG罐车使用过程夹层中的两种吸附剂会存在吸附饱和的情况，一旦吸附剂达到饱和状态，在空载或是外筒体温度升高时，其分子筛会释放出已吸附的水分，这将致使夹层真空度继续升高。在实际检验过程中一般选择在每天温度最高时对夹层真空度进行测量。对于LNG罐车真空度偏高原因确实是因为吸附剂饱和的情况，可通过对外筒体加温＋抽真空处理，但此种方法具有一定的局限性，并且该方法真空度维持时间比较短。现在部分厂家的做法是在外筒体后封头或前封头上开孔并加装常温吸附室（见图6），通过该方法可以有效地解决因吸附剂饱和而引起的真空度超标问题。

LNG罐车的安全运行受到多种因素影响，夹层真空度是罐车安全性能、低温性能的一种直观体现，其安全运行的重点在于使用者，加强罐车使用者的安全意识及专业素质对于保证安全运行意义重大。本文从LNG罐车真空度影响因素出发，把检验中影响夹层真空度的问题总结讨论，如有不足之处望大家指正！