CN101278148A - 用于低温容器和储罐绝热的方法和系统 - Google Patents

用于低温容器和储罐绝热的方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于低温容器的绝热系统，该绝热系统包括至少两个层叠的绝热板，所述绝热板带有脊沟配合组件结构以及沟槽，该沟槽用来将液体绝热材料注射入板中，结果提供了对这种容器进行绝热的改进。

Description

用于低温容器和储罐绝热的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于低温容器和储罐绝热的方法和系统以及适合用于这种绝热方法和系统的绝热板。
背景技术
当运输例如液态气体的低沸点流体，如液态氨、氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、丙烷等时(其中许多液体的沸点很低，因此在标准状况即20℃，760mmHg时呈气体状态)，有益的是将这些流体冷却到尽可能低的温度，使其为液体形式，以便将其以较大的量运输，因为流体比同质量的气体占据小得多的体积。但是与这种运输有关的问题是，如果运输器绝热得不够好的话，其中的许多液体会能蒸发掉的消失，因此很重要的是，要将这种容器和储罐很好的绝热。这些低温液体的低温范围为-50至-273℃，较好为-100至250℃，更好为-125至-200℃。可储存在这种储罐中的有关液体的运输温度，如上所说明的，应在该液体的沸点温度或以下。用于这种绝热的绝热材料必须能够经受非常大的温度梯度，因为在面朝液体的容器表面是非常接近液体的沸点，而容器的外表面是环境温度。此外，绝热材料应该能围绕容器呈连续的层状，使得朝向环境或来自环境的温度传递点尽可能少。
从压力考虑，但也从最佳的体积对表面积之比考虑，有利的是如上所述，在球形容器中运输这些液体(即使本发明的过程和系统不一定限于这种形状，因为其他形状如圆柱形、棱柱形、扁球形乃至立方形容器都可以)。容器的几何设计问题是要绝热能适应于在三维上是弯曲的表面(而圆柱体的侧面是在二维上弯曲的，立方体的侧面是平的)。如上所述，低温容器的绝热因此要能与所有这些类型的形状配合。
现有技术
在有关的现有技术中，美国专利3,948,406提供了一种能在低于零度的温度储存液化气体的容器，它的绝热衬里包括由绝热材料构成的小孔矩阵，而在矩阵小孔之间的连接处也是绝热材料，该绝热材料较好的是聚氨酯。在该专利中也披露了形成这种衬里的方法。此现有技术的衬里是原位成层地形成的，构成该衬里的方法是将可聚合或可硬化的聚合物施加在铺设的该选用的绝热材料的小块下面、上面和之间，该聚合组合物起灰浆的作用，然后原位聚合和/或硬化之。
美国专利3,420,396提供了一种绝热储罐，它包括波纹状的壁，在容器外壁朝内的许多波纹中以对接形成填入许多绝热材料小块。
一个日本专利披露了一种用于圆柱形低温储罐的绝热结构，它通过作用在圆柱形储罐的半圆体和储罐的圆柱体之间边界附近的双头螺栓上的最大弯曲力矩而减小弯曲力矩的值。这种结构在外形上的形成，是将层叠放置的一些绝热材料片段邻接起来，在层叠的各层中间位置有一金属网，并以合成的泡沫树脂体作为粘结剂。
先前通常的做法，是添加带形的绝热材料，它连续地缠绕在球形容器上，使得这条带子的各个绕阻之间的连接区域必质互相胶接或焊接起来，在边缘区域中是平头端的，以确保绝热材料在容器的表面上连续(见上)。
这种情况示于图1中。
这个带子一般以一个单层置于容器的表面上。这种绝热材料所用的材料通常是一般用于绝热材料的聚苯乙烯，因为它重量轻，容易制造。但本发明不限于用这种绝热材料。
还有，对于低温容器的绝热用途，也采用了单层板形式的绝热材料板。现有技术绝热板的解决方案示于图2中。这种技术对板生产的公差有很大要求(很小公差)。安装时板的连接需要使用模子，并且在模制/注制后，表面需要进行后处理。
由于关于低沸点液体运输有相当严格的规定，仅仅单层的这种绝热材料已不再足够。而如前述的再增加一层带子形式的绝热材料经济上又不合算，因此产生了对于低温容器和储罐的充分绝热问题。
本发明就是旨在解决这个问题。
发明内容
在本发明用于绝热低温容器的系统和方法中，使用着例如是膨胀型或挤塑型聚苯乙烯(EPS)的板，当然，具有绝热性质和/或起泡性质的能制造绝热泡沫材料的其他材料也可以用。例如泡沫聚乙烯、膨胀型聚苯乙烯和泡沫聚氨酯。这些板当提供平表面时，其尺寸要适合于被绝热表面的曲度，因为对低温容器壁表面的距离不允许大于15mm，而且较好是平铺在容器壁上。但这个距离并不是限制性的，因为空气是良好的绝热材料。板也可以制造成带有适于其所要安装的表面的曲度，但这个情况不适当，因为这会增加板的价格，并且使其生产相当麻烦。因此较好的是制造平坦的板，但如果它所覆盖的容器的尺寸也是小尺寸的话则以小的尺寸制造。
典型的间隙距离示于图3，该图显示了本发明系统的一个实施方式。图中的数字是指毫米。而且图中的该绝热结构可用于任意的储罐半径。
本发明绝热系统板的一种实施方式示于图4-8。这些图也显示了本发明绝热系统的结构，包括固定夹、接头、绝热板之间空隙用的绝热材料(较好的是，这种绝热材料是泡沫绝热材料如聚氨酯，它在压力作用下注塑进入空隙中)。如图所示，用本发明的绝热系统获得的绝热包括至少两层绝热板，它们借助沟脊系统连接在一起。
在这种绝热系统中绝热板的层数也可以不止两层，甚至可为三、四或五层，但最少的层数为二。
适合用于本发明绝热系统和过程的一个有利的和优选的绝热板组件示于图9。所示的板组件有三层绝热板(EPS)，这三层板以错开形式胶接或焊接在一起，以便在板组件的一边产生中间的沟槽/斜面，在其相反的一边产生突出的脊。还如图4和图5所示，组件的中间一层板可以相对于底层板和顶层板的两个相邻面移位/错开，从而在组件的四个边上都产生沟脊系统，在此板组件的两个相邻面上有突出的脊，而在其余下的另两个相邻面上有沟槽。
如上所述，本发明绝热系统要包括至少两层绝热板，因此绝热板组件至少有两层绝热板。然后，处于交错构型的两层绝热板会形成一种组件结构，该组件能提供锁定结构，但不能像三层结构上述的那些提供中间沟脊系统。这就意味着，增加一层泡沫材料能为容器周围提供连续的覆盖表面，该层泡沫材料结果会在结构的顶表面上自由膨胀(除非在组件的至少一个板上切割形成一个沟槽，这样就会增加该板的制造成本)。因此它较好是使用如上所述的本发明的三层组件结构作为绝热系统，尽管两层系统可以用，但不是较好的。
如图9所示，该三层板组件中还有一个防裂层(其类型以后将述)在本发明板组件的至少两层、较好是在所有三层绝热板之间。
在本发明说明书中，当讲到“胶粘材料”和“泡沫绝热材料”时，它们可以彼此不同，但较好的是同一种材料。其例之一是泡沫聚氨酯，与EPS相比它有良好的粘着性能，从而是“胶粘材料”，它又有良好的绝热性能，所以又构成了“泡沫绝热材料”。
如本发明绝热系统的一个实施方式的图5所示，标明了“交错的胶接头”和“玻璃棉接头”，表示在本发明绝热系统中还可以使用其他材料。在此实施方式中，玻璃棉(甚至岩石棉或其他纤维状惰性绝热材料)可以吹入板的接头之间，而聚氨酯可以注入接头/注射沟槽(见后)作为胶粘材料。
当铺设多层(两层或更多层)本发明的绝热材料时，通常从低温容器的上面开始铺设绝热板(或绝热板组件)(但不一定必须如此，因为铺设绝热板可以在容器表面的任何部位开始)。板/板组件可以按一定间隔用钉子/螺栓固定到容器壁上，保证系统必需的固定。这些钉子/螺栓原则上会起可能的热量桥接作用，但可以通过第二层绝热板获得特殊的绝热(或者先确定这些钉子/螺栓的位置，然后在板组件的底层板上为这些钉子/螺栓打出孔，这样就通过将泡沫绝热材料即聚氨酯注入本发明的绝热系结构而得以绝热)。固定这些板还可以用其他形式，例如将板胶粘到容器壁上。
现在就将这些板依序地借助在板/板组合物侧边上的沟脊系统钩接起来。另一种可用的沟脊系统可用来为板提供一种自锁“棘爪系统”，象存在于地板中或层叠式地板中的一样。如图6所示，在绝热板之间的连接区域备有膨胀通道供连接/胶粘作用的绝热材料聚氨酯之用，在一段绝热板装好后将这种材料注入连接处。这种绝热膨胀材料将在压力作用下被注射，流出并将本发明绝热板之间不紧密的所有边缘区域加以密封。
第一层绝热板铺设、固定并密封好后，在这层上面将铺设防裂层，其形式可以是合成或天然材料的网、片或织物，该材料可以或已经用聚合物密封剂浸渍，此密封剂将在第一绝热层上硬化形成下一步将类似地设置在第一层上面的第二层绝热板的基础。防裂层的例子可以是聚乙烯或聚苯乙烯的网，其孔眼面积为0.01～100mm2，其用聚氨酯浸渍。
如果本发明的容器绝热容器/储罐是用上述的预制板组件构成，则包括防裂层和储罐绝热体的其他结构(如为栓钉、绝热胶粘剂用的沟槽等所用的取出装置形式的固定点)的形成，都应包括在预制组件中(例如见图9)。防裂层的作用是防止绝热层因绝热系统要承受的很大温度梯度引起的开裂。
图7和图8显示了本发明绝热系统的结构一种实施方式的图。
铺设本发明绝热板/组件的方法还显示在图10～18中。
本发明单个绝热板的生产方法特别示于图16。关于图8所示的绝热件的成层排列还可以参见图18。
本发明绝热板和通过本发明总绝热结构的安装/组装方法中体现出来的改进密封性能中所用的材料，其一个特点是在绝热板的沟脊组件上的脊/沟的连接边处提供了聚合物质(如聚氨酯)用的膨胀通道61(见图6)。这种通道61提供在绝热板中，以便形成连续的通道网络，用来填装膨胀性绝热/胶粘材料。而且如图6所示，本发明绝热板的沟脊组件的这个特点相对于用作绝热板的平板或半平板能适应于下面储罐的曲度。此外，板之间连接的脊或沟的一部分上具有抬起的边62，形成了膨胀通道61的密封/配合边。因为绝热板较好是由软或易变形的材料(如泡沫聚乙烯或泡沫聚苯乙烯)制成，这种板能承受膨胀通道连接区域处的某些应力。这种半弹性效应能为绝热板的连接确保基本上或完全的紧密膨胀通道区域。再者，由于在绝热结构下面的容器表面有一定曲度，在膨胀通道周围的各个连接边会互相压在一起，进一步保证了形成膨胀通道的各边的紧密连接。
由于绝热板所用的材料是半柔软的/易变形的，有可能在容器/低温储罐周围间歇地将探针/注射针插入膨胀通道内，或者可以在选定的绝热板上的一些间隔位置装入注射口以进入膨胀通道内。
在一个实施方式中，在如上所述组装了绝热板以后，可以借助将膨胀性(聚氨酯)泡沫材料注入膨胀通道61而确保获得连续的绝热结构。
还如图6所示，相邻绝热板之间的垂直连接缝隙可以相互错开，因而在绝热板的水平和垂直连接边处都有膨胀通道61。
下面将提供本发明绝热组件的一些不同实例。同时还指出其绝热性能。
实例
引言
对用于LNG(液化天然气)储罐的绝热板进行了一些测试。
其目的是确定由膨胀型半弹性型聚苯乙烯制成的绝热板单位面积热导率的值，并使测试板经受在这些温度下实际绝热系统中会发生的应力。此热导率(以后称k值)在垂直和水平位置，热面温度约20℃，冷面温度约-160℃的条件下测量。此热导率还在5个依序的温度波动(此时冷面温度在-162℃和10℃间变动)之后进行测量。这些温度波动会在测试板中如同实际情况那样产生张力。
测试设备
进行测试的设备是大尺寸的防护热板装置，测试部分的尺寸是2×3m2热板和冷板的安装如图1所示。
将周边绝热体内的胶合板框子插入热板和冷板中的铝质型板中以模拟测试板中的张力。
绝热的测试
绝热样品用具有柔性材料区域的膨胀型聚苯乙烯厚块制成，装在具有双头螺栓的0.005m铝片上(图2)。
样品由泰康艾所乐林联合股份有限公司(Ticon Isolering AS)提供，便于装在设备中。样品的尺寸为2.0×3.0×0.265m3。
测试板在设备中的安装
测试设备的无对流周边绝热体是由用胶粘剂结合在一起的Styrofoam RM厚块和玻纤布来构成的。其四角部分由2路柔性的弹性化的Styrofoam制造。
测试样品插入测试部位，并用Ticon Isolering A/S提供的聚氨酯胶粘材料密封到周边绝热体上。
将周边绝热体用密封化合物气密地密封并牢固地结合到设备的铝质测试板上。周边绝热体的截面示于图3。
测量
使用在热板和冷板上以及绝热板的冷面和热面上的铜-康铜热电偶测量温度。
绝热板热面的温度在铝箔蒸气阻挡件上测量，冷面温度则在铝片上测量。
还在绝热板内部8个不同区域4个不同截面上安装附加的热电偶(图19)。
所有温度都在一个带有400个通道的数据获取系统上记录之，并转移至本地计算机上进行处理。
对设备主热板三个部分的功率输入用精密电阻器和和精密伏特计测量，并用精密瓦特计控制。
热导率计算
通过无对流周边绝热体的热漏损的测量先前是用处于水平无对流位置的装置作出的，其测试空腔中填有密度为74kg/m3的岩石棉。该材料的热导率在一水平防护的热板装置中测量。测试板装好后，在装置为水平和垂直位置条件下，测量总热流。如下计算在此两个位置时测试板的表观热导率。
k值＝Qi/(F×Ti)
k值＝测试板单位面积表观热导率(W/m2K)
Qi＝通过测试板的热流(W)
F＝测试板面积(m2)
Ti＝测试板两面的温度差(K)
Qi＝Qt-Qp
Qt＝总热流(W)
Qp＝通过周边绝热体的热流(W)
Qp＝Cp×Tp
Cp＝借助校准测试获得的周边绝热体的热导率(W/K)
Tp＝通过周边绝热体的温度差(K)
对流的影响通过将在水平和垂直位置测得的表观热导率进行比较进行估计。
测量准确度估计好于实际值的±71％
测试结果
热导率在一次冷却后，在水平无对流位置(测试号190)作了测量，又在垂直位置(测试号191)作了测量。与水平位置测出并校正到相同平均温度的值比较，测出的k值高大约3％。这很大程度地在装置准确度以内，差别的大多部分可能不是由于测试样品中的对流所致。
还在5次依序冷却以后，在垂直和水平位置分别测量了热导率(测试号192和193)。这些测量结果与测试号190和191号没有显著区别。
测试结果列于表I中。
                                表I
有几根热电偶放置在绝热板内以便给出关于热量桥接或对流的信息，见表II和图20～23。
在图20～23中给出测试板热面和冷面测出的温度。
测试板观察
在冷面为-162℃的低温条件下，从水平位置的热面肉眼观察测试板。然后让测试板部分地经受因冷板低温引起的张力，会不难观察到测试板中的裂纹、破损、开口或槽道。
在测试板中作出一些开口以观察内部的缺陷或裂纹。
如所预料，在结构中没有见到破损、缺陷或毛病。
将冷面为-162℃的测试样品从装置上取出，并从冷面观察之。此时除去在冷面上的铝片，以便在绝热板的冷面能仔细地进行观察。未检测到槽道、缺陷和毛病。
                        表II
Figure A20068002774900121
Figure A20068002774900131
区域：参见图20-23。
结论
测试板结构从水平改为垂直位置时，表观热导率有少许增大，这表明在测试板内或许没有或者只有很小的对流存在。测试后的仔细观察表明板安装的技术很好，所以板内未见裂纹或破损。
测试板结构具有在所测温度下的表观热导率合理值，而且看来能良好地承受测试时发生的张力。
引言
在三个温度20℃，-70℃，-153℃，对Sunpor SE(刚性和柔性聚苯乙烯)进行了测试。进行了总共8个不同的测试，但对这两种材料并未在这三个温度都作了测试。
对于低温测试未作标准。使用实际标准(ISO或ASTM)作为测试的基准。
对每个测试，叙述了对于实际标准进行的修正。
低温测试在一个用Philips致冷器冷却的冷箱中进行。使用空气流中的热电偶测量温度。图24是冷箱的草图。
在有些测试中，伸长率等的值本应该在样品测试过程中记录的。但样品放在冷箱中时，这很困难。这些类型的测试用准确度良好的录象带记录之，即数值是测试之后得出的。
测试程序
表2.1对刚性材料，表2.2对柔性材料，都列出了每种材料和温度进行的各测试的程序。测试样品数目由需要测试的客户决定。
                    表2.1钢性材料的测试程序
  测试号   测试   标准   -163℃   -70℃   20℃
  1/2   10％变形压缩应力，E模量   ISO 844-1978   4   4
  3/4   最大拉伸应力，E模量   ISO 1926-1979   8   4
  5   剪切模量   ISO 1922-1988   8   8
  6   热膨胀   ISO 4897-85   4   4
  7   热导率   ASTM C177-85   ×   ×   ×
  8   泊松比   -   4   4
                    表2.2柔性材料的测试程序，各个方向
  测试号   测试   标准   -163℃   -70℃   20℃
  1/2   10％变形压缩应力，E模量   ISO 844-1978   4   4
  3/4   最大拉伸应力，E模量   ISO 1926-1979   8   4
  5   剪切模量   ISO 1922-1988   8   8
  6   热膨胀   ISO 4897-85   4   4
  7   热导率   ASTM C177-85   ×   ×
  8   泊松比   -   4   4
测试方法说明
测试号1/2：压缩测试/E模量
此测试见ISO 844-1978：“刚性材料的压缩测试”
所用测试方法如下：
将测试样品胶粘在两块胶合板框子之间。其下部固定到测试框子上。用可动金属厚块将三角形胶合板固定至上部胶合板。此三角形胶合板连接着一些线，这些线在两个轮子上运动。借助向一个储罐加水使线受力，就对测试样品进行压缩。位移随压缩力而变的关系用一压缩测试针盘指示器记录之。
所用测试样品的尺寸为55×55×40mm3，在每一温度共测试4个样品。
压缩强度σm计算公式如下：
σ m = 10 3 F m s o
式中Fm是达到的最大力(牛顿)；so是样品的起初截面积(mm2)。
10％相对变形时的压缩应力σ10(kPa)定义如下：
σ 10 = 10 3 F 10 s o
式中F10是对应于10％相对变形时的力；so是样品的起初截面积(mm2)。
测试号3/4：最大拉伸应力/E模量
此测试见ISO 1926：“泡沫塑料标准测试方法-刚性材料拉伸性能的测定”
此标准规定测量5个样品。所用样品具有以下形状和尺寸：
样品比标准中规定的略小，为的是能够在冷箱中进行测试。
将样品用标准环氧胶粘剂胶结至两块胶合板。其下部固定到测试框的底上。其上部固定着在两个轮子上运动的线。储罐固定至线的另一端。向储罐加水即意味着对材料施力。每隔5kg的力记录下对应于给定力的伸长。加水速率调节到3-6分钟后样品断裂。
以千帕表示的最大拉伸应力σm(kPa)由下式给出：
σ m = F m lh 10 3
式中Fm是测试时施加到样品上的最大力(N)；
l是样品窄截面平行长度的起始宽度(mm)；
h是样品窄截面平行长度的起始厚度(mm)。
E模量定义为伸长随力变化曲线的倾斜角。
E = δ Δl l 0
式中δ是拉伸应力(N/mm2)；
Δl是样品在δ的伸长；
lo是样品长度。
测试号5：剪切模量
测试方法见标准ISO 1922-1981：“泡沫塑料-刚性材料剪切强度的测定”。
每一温度测试4个样品。上述标准则规定5个样品。
上述标准规定的样品尺寸(长×宽×厚)为254mm×50mm×25mm。
为了能够在冷箱中进行测试，这些测试中所用样品尺寸较小，为100mm×40mm×25mm。
起初测试了几个较大的样品，但由于材料强度很大，就把尺寸减小了，以便减少达到断裂所需的力。测试设备不能承受起初所用样品达到断裂所需的力。
将样品用环氧胶粘剂胶结至两块胶合板。胶合板中的一个固定至测试框，另一部分是可动的。在两个轮子上运动的线固定至可动部分，储罐固定至线的另一端。向储罐加水即对材料施力，可动的胶合板和样品向上移动。
在可动的胶合板处的线每大约1cm的间隔拉动一次。在测试框的底部固定着一把尺。在测试过程中该尺固定不动。这一系统就能记下样品的伸长。
储罐装水直至样品断裂。测试记录在一录像带上，然后读取伸长。
测试设备示于图27中。
测试号6：热膨胀
测试方法见ISO 4897-1985：“泡沫塑料-在低于环境的温度下刚性材料线性热膨胀系数的测定”。
该标准规定测量5个下述尺寸的样品：
长：900÷0-20mm，
宽：100-300mm，
厚：25-50mm。
本测试中实际使用的样品尺寸为：
长：244.5mm，
宽：43.5mm，
厚：42.0mm。
每种材料测4个样品。
样品胶粘在两块胶合板之间。其下部固定于测试框。在上胶合板的中心固定着不锈钢杆。该杆与设于冷箱外的针盘指示器相连。在材料冷却或加热过程中的不同温度处记录材料的收缩/膨胀。
平均线膨胀系数(-63°至20℃)的计算：
α = ΔL L o · 1 T 1 - T 2
式中α是平均线膨胀系数，单位为开尔文温度的倒数；
T1是选定的高温，开尔文度；
ΔL是在两个温度T1和T2之间样品长度的变化(mm)；
Lo是样品在23±2℃的起始长度(mm)。
测试号7：热导率
测试按ASTM标准C177-85：“使用防护热板装置进行稳态热流测量和热传输性质的标准测试方法”进行。
测试号8：泊松比
这种的测试没有标准。泊松比μ定义为拉伸施力过程中材料的伸长与收缩之比：
μ = Δb b o Δl l 0
式中
Δb是宽度变化(mm)；
b是起始宽度(mm)；
Δ是长度变化(mm)；
l0是起始长度(mm)。
样品具有与测试号3和4相同的形状和尺寸，测试也同样进行。
测试结果
对每一测试，表中都给出平均值(x)和标准差(s)
刚性材料
测试号1/2：压缩测试/E模量
表4.1刚性材料(密度p＝23.2kg/cm3)压缩测试/E模量的测试结果
Figure A20068002774900181
在-70℃测了4个样品，其中一个压出了设备。
*)未能达到10％压缩，算出的强度是最大压缩应力。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图28和图29中。
测试号3/4：最大拉伸应力/E模量
表4.2刚性材料(密度p＝22.8kg/cm3)的拉伸应力/E模量测试结果
Figure A20068002774900182
在163℃测8个样品，在-70℃测4个样品。
有2个测试无法获取读数。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图30和31中。
测试号5：剪切模量
        表4.3刚性材料(密度p＝23.2kg/cm3)的剪切模量
每个温度都测8个样品，-163℃有一个测试在录象带上读不出。20℃的第8个样品，其断裂发生在胶粘剂中而不是在样品中。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图32和33中。
测试号6：热膨胀
        表4.4刚性材料(密度p＝23.2kg/cm3)的热膨胀
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图34中。
测试号7：热导率
                表4.5刚性材料(密度为25.0kg/cm3)的热导率
  高温T   低温T   温度差   平均温度   热导率
  ℃   ℃   ℃   ℃   W/m K
  -32.66   -41.15   8.49   -36.90   0.03044
  -151.49   -171.52   20.03   -161.50   0.01363
  -152.03   -172.76   20.73   -162.39   0.01429
  -94.71   -108.93   14.22   -191.82   0.0201
  -67-88   -81.49   13.61   -74.68   0.02400
  27.19   13.49   13.7   20.34   0.03634
测试结果示于图35中。
测试号8：泊松比
        表4.6刚性材料(密度p＝22.8kg/cm3)的泊松比
-163℃测4个试样品，其中一个在录象带上读不出。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
柔性材料
测试号1/2：压缩测试/E模量
表4.7柔性材料1/161-4(密度p＝24.5kg/cm3)的压缩应力/E模量
测试方向：‖
Figure A20068002774900211
*)未达10％，算出的强度是最大压缩强度。
每个温度测4个样品，但每个温度都有一个样品压出了设备。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图36和37中。
表4.8柔性材料1/161-5(密度p＝20.8kg/cm3)的压缩应力/E模量
测试方向：⊥
Figure A20068002774900212
-70℃测4个样品，但有一个从设备中压出。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图38和39中。
测试号3/4：最大拉伸应力/E模量
        表4.9柔性材料1/151-4(密度p＝22.0kg/cm3)
            的最大拉伸应力/E模量的测试结果
测试方向：‖
Figure A20068002774900221
-70℃测4个样品，其中一个在录象带上读不出。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果示于图40和41中。
        表4.10柔性材料1/161-5(密度p＝20.8kg/cm3)
             的最大拉伸应力/E模量的测试结果
测试方向：⊥
Figure A20068002774900231
-163°测8个样品，其中有一个在录象带上读不出。
(x)＝平均值，(s)＝标准差
测试结果显示在图42和43中。
测试号5：剪切模量
表4.11柔性材料1/161-4(密度p＝22.0kg/cm3)剪切模量测试结果
测试方向：‖
Figure A20068002774900232
(x)＝平均值，(s)＝标准差
Figure A20068002774900251
号码3和4的样品测试开始时温度为-163℃。将温度升至-60℃。然后将热空气吹入冷箱。由于该空气的供给，结果钢棒跳起离开样品，故测试不得不停止。测试结果示于图49中。
测试号7：热导率
            表4.2.5柔性材料1/161-4(密度p＝24.4kg/cm3)热导率
测试方向：‖
  高温T   低温T   温度差   平均温度   热导率
  ℃   ℃   ℃   ℃   W/mK.
  -142.46   -174.27   31.81   -153.36   0.01418
  -53.04   -80.29   27.25   -66.66   0.02555
  32.58   20.41   12.17   26.49   0.03827
测试结果示于图35中
            表4.16柔性材料1/161-5(密度p＝27.9kg/cm3)的热导率
测试方向：⊥
  高温T   低温T   温度差   平均温度   热导率
  ℃   ℃   ℃   ℃   W/mK
  -143.32   -173.85   30.53   -158.58   0.01416
  -52.5   -78.53   26.03   -65.51   0.02436
  27.64   13.87   13.77   20.75   0.03460
测试结果示于图35中。
测试号8：泊松比
        表4.17柔性材料1/161-4(密度p＝24.4kg/cm3)的泊松比
测试方向：‖
测试结果示于图44和45中。
表4.12柔性材料1/161-5(密度p＝20.0kg/cm3)的剪切模量测试结果
测试方向：⊥
Figure A20068002774900241
-163℃测8个样品，其中一个在录象带上读不出。
测试结果示于图46和47中。
测试号6：热膨胀
表4.13柔性材料1/161-4(密度p＝22.0kg/cm3)热膨胀测试结果
测试方向：‖
Figure A20068002774900242
测试结果示于图48中。
表4.14柔性材料1/161-5(密度p＝20.0kg/cm3)热膨胀测试结果
测试方向：⊥
Figure A20068002774900261
在20℃测了4个样品，其中一个样品胶粘得不够好，因此断裂不是发生在样品中，而是发生在胶粘剂中。
(x)＝平均值，(s)＝标准差表4.18柔性材料1/161-5(密度p＝20.0kg/cm3)
                          的泊松比
测试方向：⊥
Figure A20068002774900262
(x)＝平均值，(s)＝标准差
结论
在3个温度(-163℃，-70℃，20℃)对刚性膨胀型聚苯乙烯和柔性膨胀型聚苯乙烯在2个方向上进行了8种不同的测试。
描述测试的实际标准可以修正，以在冷箱中实施测试。
如不同测试的曲线所示，测试结果的差别是显著的。特别是对刚性材料，材料的伸长和收缩极小，其确切值难以获得。
引言
对LNG储罐的绝热板进行了测试。
测试的目的是为了确定置于弹性化材料带子(冷面)和聚氨酯带子(热面)之间的由膨胀型聚氨酯厚块制成的绝热板的单位面积的热导率的值，以及让该测试板经受在这两个温度下工作的绝热系统实际所发生的张力。测量热导率(后面称k值)时，板的热面温度约为20℃，冷面温度约为-162℃，且分别在水平和垂直位置。还在5个依次的温度波动后测量了k值，在该温度波动过程中，测试板的冷面温度在-162°和10℃之间变动，并在热面和冷面保持4小时的稳定时间。这些温度变动将在测试板中产生如同实际情况的张力。
测试设备
测试是在大尺寸的防护热板装置中实施的，其测试部分为2×3m2’，是专为此项测试构成的。
热板和冷板的排列示于图1。
周边绝热体内的胶合板框子插入热板和冷板中的铝型板，以便在测试板中获得如同实际装置中的张力。
绝热测试
绝热样品由膨胀型聚氨酯的厚块制成，其冷面为柔性材料带子，其热面为聚氨酯带子，样品用双头螺栓安装在0.005m的铝片上(见图2)。样品由尤尼特ASA海洋收缩公司(UNITOR ASA，Marine Contracting)提供，以便安装在装置中。
样品尺寸约为2.0×3.0×0.29m3。
测试板在设备中的安装
测试设备的无对流周边绝热体所用材料为用胶粘剂结合在一起的Styrofoam RM厚块和玻纤布。其四角部分由2路柔性的弹性化的Styrofoam制造。
测试样品插入测试部位，并用UNITOR ASA，Marine Contracting提供的聚氨酯胶粘材料密封到周边绝热体上。
将周边绝热体用密封化合物气密地密封并牢固地结合到设备的铝质测试板上。
周边绝热体和一些绝热板的截面图见图50。
测量
温度用位于热板和冷板以及绝热板的热面和冷面上的铜-康铜热电偶测量。热电偶丝经过校准，其准确度好于±0.3℃，可按测试所用温度范围在国际温度标准(ITS-90)上查到。
绝热板热面的温度在铝箔蒸气阻挡件上测量，其冷面温度上铝片上测量。
还在绝热板内10个不同区域中和3个不同截面上安装附加的热电偶(图51，热面，中间区，冷面)。
所有温度都在有400个通道的数据获取系统上记录成电压，并转移到本地计算机进行处理。
对设备主热板三个部分的功率输入用精密电阻器和经校准的精密数字伏特计测量，并用经校准的精密瓦特计控制。
热导率计算
通过含有部分的聚氨酯胶粘剂接头的无对流周边绝热体的热漏损，其测量先前是用处于水平无对流位置的装置，其测试空腔中填有密度为70kg/m3的岩石棉。该材料的热导率在水平防护的热板装置中测量。测试板装好后，在装置为水平和垂直位置条件下，测量总热流。如下计算在此两个位置时测试板的表观热导率。
k值＝Qi/(F×Ti)
k值＝测试板单位面积表观热导率(W/m2K)
Qi＝通过测试板的热流(W)
F＝测试板面积(m2)
Ti＝测试板两面的温度差(K)
Qi＝Qt-Qp
Qt＝总热流(W)
Qp＝通过周边绝热体的热流(W)
Qp＝Cp×Tp
Cp＝借助校准测试获得的周边绝热体的热导率(W/K)
Tp＝通过周边绝热体的温度差(K)
对流的影响通过将在水平和垂直位置测得的表观热导率进行比较进行估计。
此测量的准确度按美国盖瑟斯堡市的国家标准技术研究所NIST(NationalInstitute of standards and Technology Gaithersburg，USA)的技术说明书(Techni cal Note)1297 of 1993中所述的方法对这种复杂的结构尽可能好地进行估算，结果好于实际值的±7％。
测试结果
热导率在一次冷却后在水平无对流位置(测试号198)作了测量，又在垂直位置(测试号199)作了测量。
还在5次依序的温度循环后，在垂直和水平位置分别作了测量(测试号200和201)。
在水平测试号198(第一H)和垂直测试号199(第一V)测出的k值，相差大约5.5％。
而在水平测试号198(第一H)和垂直测试号200(第二V)测出的k值，相差大约9.5％。
在水平测试号198(第一H)和水平测试号201(第二H)之间，所测的值无显著差别。
这些差别比测量方法准确度的范围边界小。
垂直位置的k值比水平位置的k值高，可能是由于在第8节：测试板的观察中所述的测试板边缘上观察到的裂纹所致。这个情况也能说明垂直测试号199(第一V)比垂直测试号200(第二V)高，因为在温度循环中产生了裂纹。
这些裂纹只在靠近胶粘剂接头的边缘处观察到，而不大会在真实的绝热板中产生。
测试结果列于表7.1
                                表7.1
Figure A20068002774900291
  199   垂直   28.1   -164.8   192.9   21.5   -163.9   185.4   -71.2   0.096   0.0288
  200   垂直   26.6   -167.1   193.9   20.0   -165.5   185.5   -72.8   0.100   0.0299
  201   水平   32.7   -165.5   198.2   19.6   -158.8   178.4   -69.6   0.092   0.0275
有几个热电偶放置在绝热板内部，为的是给出关于热量桥接或对流的信息，见表9.1，图52-55。不幸的是有些热电偶在测试时破损了。
在测试板的热面和冷面测出的温度一览列于图52-54中。
测试板的观察
在测试板的热面观察
在冷面为-162℃的低温条件下，从水平位置的热面肉眼观察测试板。然后让测试板部分地经受因冷板低温引起的张力，会不难观察到测试板中的裂纹、破损、开口或槽道。
对热面进行了仔细的观察，看在铝质蒸气阻挡件下方或在聚氨酯厚块之间的聚氨酯接头上的密封化合物(ERFO GUARD FP_VB)下方是否有凹陷或槽道(见图50)。
对用于聚氨酯厚块之间的密封化合物(ERFO GUARD FP_VB)进行仔细观察，看是否有损坏或槽道，特别是在铝质蒸气阻挡件上的凹陷周围。
根本没有看到损坏、裂纹或槽道，而且铝箔和绝热板之间的粘着形状很好。所用的密封化合物很好地经受了测试。
测试板内部的观察
在测试板的边上开了一些开口，以便观察内部的缺陷或裂纹。
铝质蒸气阻挡件和密封化合物(ERFO GUARD FP_VB)上的凹陷从内部进行了仔细观察，特别是观察有否胶着很差的地方。
下面没有看到损坏或槽道，因此在铝箔表面上观察到的凹陷可能是由于热面上的较小压缩所致，对所测的值不会有影响。
铝箔和密封化合物对于下面的绝热板的粘着可以认为很好。
在测试板(2.0×3.0m)边缘区域接近测试装置的周边绝热体和测试板的边界处(图56)看到一些细小裂纹。这些裂纹大多位于聚氨酯厚块的中部接近厚块之间的接头处。看来这些裂纹不会由冷面通到热面。
仔细观察表明，这些裂纹看来是开始于测试板边缘和周边绝热体的边界处(胶接剂接头)，可能是由于该边缘区域处柔性较差之故。
在测试板的中心部位(很大程度上实际模拟了对整个板的设计在温度分布、应力和变形方面的实际操作条件)未看到这些裂纹的征兆，也未看到其它损坏现象。
基于上述这一点，并基于在测试之后从测试板上切出的片段的观察，可以得出结论，即裂纹可能必然是由于在胶粘剂连接(用来将测试板安装在测试装置中)处产生了较高的不当张力引起的。此外这些裂纹细小，而且互相不连通，但这个情况能够说明测出的热导率为什么稍高。
在测试板冷面上的观察
在测试板冷面为-162℃情况下，将测试板与周边绝热体从装置中取出，并在冷的条件下对冷面观察。
冷面上的铝片也除去，目的是仔细观察绝热系统的冷面。
未看到槽道、缺陷或毛病，除了在上述的边缘区域有裂纹以外。
还将一些双头螺栓从板上切下，仔细观察。在所观察的双头螺栓上未见到损坏或缺陷。
结论
测试板在水平位置与垂直位置相比，测出的表观热导率稍高，这表明可能必定在测试板中产生了很小的对流，而这可能是第8节所述看到的裂纹引起之故。
检查了在图51～55和表9.1所示的测试板内的温度情况，表明在聚氨酯厚块之间(例如图57的测试板号II和VI之间)的垂直接头的冷面处，柔性材料中出现了小的对流现象，但对所测的热导率影响很小。
测试后的仔细观察表明，在绝热板的安装方面技术良好，未见板内有损坏或缺陷，只见到上述的细小裂纹(不是由于板的结构引起的)。
测试板结构具有在所测温度的表观热导率很合适的值，并且看来能很好地承受测试时所处的张力。而且如果能够抑制边缘区域的张力，则可能不会有任何裂纹或缺陷。
                            表9.1
关于热电偶号、区域；深度和板号，见图57、51和图52-55。

Claims (14)

1.用于低温储罐或容器的绝热结构，该绝热结构包括绝热材料制成的板，所述板在其侧边上装备有互相配合的固定结构，这些固定结构通过装配而产生所述绝热材料的大体连续层，所述绝热板中的固定区域还包括至少一条沟槽用来在压力作用下添加聚合绝热材料，从而填塞在组件中的各个绝热板之间可能存在的裂纹或缝隙和/或开口。
2.如权利要求1所述的绝热结构，其特征在于，所述绝热板由膨胀型或挤塑型聚苯乙烯(EPS)制成。
3.如权利要求1或2所述的绝热结构，其特征在于，所述聚合绝热材料是一种液体材料，该液体材料被注入所述绝热板中相关的沟槽中。
4.如权利要求3所述的绝热结构，其特征在于，所述绝热液体是聚氨酯。
5.如权利要求1～4中任一项所述的绝热结构，其特征在于，所述低温储罐/容器适合用来运输处于温度区间-50至-273℃，较佳的是-100至-250℃，更佳的是-125至-200℃的经过冷却的液体。
6.绝热板组件，该绝热板组件包括至少两块互相叠置的绝热板，在所述两板间的接触表面处有合成或天然材料的网、片、布形式的防裂层，并在所述板组件的至少一个边上有沟槽，用来向所述板组件提供液体泡沫绝热材料。
7.如权利要求6所述的绝热板组件，其特征在于，绝热板数目为3个，所述组件的至少一层板相对于其他层的板移位。
8.如权利要求7所述的绝热板组件，其特征在于，所述组件的中层相对于顶层和底层移位，用于在所述组件的至少两个侧边上产生脊沟结构。
9.如权利要求8所述的绝热板组件，其特征在于，所述中层相对于所述顶层和底层移位，用于在所述组件的所有四个侧边上产生脊沟结构。
10.如权利要求6～9中任一项所述的绝热板组件的用途，用来对球形低温容器/储罐提供绝热。
11.添加如权利要求1～9中任一项所述的绝热结构的方法，其中，在低温储罐的表面上加一层基础材料(SCRIM)，在该材料上面添加包含胶粘材料的第一绝热层，在所述胶粘材料上面添加至少一块绝热板或权利要求6～9中任一项所述的绝热板组件，在压力作用下向所述绝热板或所述绝热板组件中的相关注射沟槽添加泡沫液体绝热材料，所述液体绝热材料能够在相关的注射沟槽中硬化以产生连续的绝热层，而若不使用绝热板组件，则在所述绝热层上添加防裂层，再在所述防裂层上添加主要对应于所述第一层绝热板的第二层绝热板，此逐层形成过程可以重复任何次，在所述绝热结构上还可以添加反射辐射材料的箔。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述绝热板包括膨胀型或挤塑型的聚苯乙烯板。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，添加到所述注射沟槽中的绝热液体泡沫材料包括聚氨酯。
14.如权利要求11～13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一绝热层或绝热板组件中一些或所有的所述绝热板用钉子/螺栓固定到所述容器/储罐壁上。
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