CN106641689A - 一种恒压式液氨罐及罐车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液氨运输设备领域，公开了一种恒压式液氨罐及罐车。所述恒压式液氨罐包括液氨罐体（1），还包括由板式冷凝器（2）和制冷主机（3）构成的制冷降压系统，其中，所述板式冷凝器（2）设置在所述液氨罐体（1）的顶部。通过配置一套由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，可以及时对气相氨进行换热降温处理，从而使罐内液氨始终处于一个低温恒压状态，进而可降低对罐体的抗压需求及厚度要求，降低罐体的制造成本和重量，减少运输成本，为以后的有效使用创造有足够的利润空间。此外，所述恒压式液氨罐及罐车还具有自动化程度高、存储时间长、安全性高、利于快速充装和检修方便等特点，便于实际推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及液氨运输设备领域，具体地，涉及一种恒压式液氨罐及罐车。
背景技术
液氨是一种对氨气进行加压冷却后而得到的液态物质，由于其具有极高的膨胀系数，因此保存条件也极为苛刻，在低温的条件下还需要能够承受超高压强的容器进行密封盛装（根据液氨的热力性质，其在不同的温度下，对外产生的膨胀压力也不同，例如在16摄氏度时，为了克服对应的膨胀压力，盛装容器的抗压能力必须高于该温度下的膨胀压强——0.753MPa），由此液氨的运输设备必须是经过特殊定制的液氨罐车才能胜任。
目前普通的液氨罐车大致由液氨罐及运载车简单构成，其中液氨罐的罐体采用具有超高抗压能的钢材制成，例如型号为Q370R的钢材。为了满足较高温度范围下的抗压需求，惯用手段就是加厚罐体的厚度，但是这种方式的显著缺点就是会增加罐体的制造成本和重量，进而增加运输成本，例如为了能够满足在50摄氏度温度下的液氨防爆需求，需要罐体能够通过2.49MPa的耐压测试（需高于该温度对应的膨胀压强1.91MPa），罐体的厚度将达到16mm左右（采用Q370R型号的钢材）。
发明内容
针对前述现有技术的问题，本发明提供了一种恒压式液氨罐及罐车，针对液氨罐，通过配置一套由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，可以及时对气相氨进行换热降温处理，从而使罐内液氨始终处于一个低温恒压状态，进而可降低对罐体的抗压需求及厚度要求，降低罐体的制造成本和重量，减少运输成本，为以后的有效使用创造有足够的利润空间。此外，所述恒压式液氨罐及罐车还具有自动化程度高、存储时间长、安全性高、利于快速充装和检修方便等特点，便于实际推广和应用。
本发明采用的技术方案,一方面提供了恒压式液氨罐，包括液氨罐体，还包括由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，其中，所述板式冷凝器设置在所述液氨罐体的顶部；所述板式冷凝器的第一介质流道进口连通所述液氨罐体中的气相管，所述板式冷凝器的第一介质流道出口连通变径接头的大径口，所述第一介质流道进口位于所述第一介质流道出口的上方；所述变径接头的小径口连通下液管，所述下液管位于所述液氨罐体的罐内容腔底部；所述制冷主机的冷气出口连通所述板式冷凝器的第二介质流道进口。
优化的，所述制冷降压系统还包括风机、工控机和检测装置，其中，所述风机设置在所述板式冷凝器的第二介质流道进口处，所述检测装置包括温度计和/或气压表，且设置在所述板式冷凝器的第一介质流道出口处；所述检测装置电连接所述工控机，所述工控机电连接所述风机/和电连接所述制冷主机。
进一步优化的，在所述板式冷凝器的第二介质流道进口与所述风机之间设有电动百叶窗，所述电动百叶窗电连接所述工控机。
优化的，在所述板式冷凝器的第一介质流道进口与所述气相管之间和在所述板式冷凝器的第一介质流道出口与所述变径接头之间分别设有法兰连接的截止阀。
进一步优化的，在所述板式冷凝器的第一介质流道进口与所述截止阀之间连通有内置第一安全阀的排气管道；所述排气管道的出口对准位于所述板式冷凝器底部的防冲击板或者连通所述板式冷凝器的第二介质流道进口。
优化的，所述下液管的末端设置成U型管液封结构。
优化的，所述板式冷凝器的第二介质流道进口设置在所述板式冷凝器的前端侧部。
优化的，所述板式冷凝器的外壳采用发泡保温层覆盖。
优化的，在所述板式冷凝器中，介于第一介质流道与第二介质流道之间的换热板采用人字形波纹板片、水平平直波纹板片或瘤形板片。
本发明采用的技术方案，另一方面提供了一种恒压式液氨罐车，除包括前述恒压式液氨罐外，还包括车载平台和将所述恒压式液氨罐固定在所述车载平台上的罐体基座。
综上，采用本发明所提供的一种恒压式液氨罐及罐车，具有如下有益效果：（1）针对液氨罐，通过配置一套由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，可以及时对气相氨进行换热降温处理，从而使罐内液氨始终处于一个低温恒压状态，进而可降低对罐体的抗压需求及厚度要求，降低罐体的制造成本和重量，减少运输成本，为以后的有效使用创造有足够的利润空间；（2）可以适用于高温条件下的长途运输，并提升液氨长时间储存的安全系数，进而提高安全可靠性和可操作性；（3）在运输过程中，可为车辆的临时故障检修赢得足够的安全检修时间；（4）有利于快速充装，符合现在世界范围内液氨充装的发展趋势及法律法规对化工厂的排放和充装要求；（5）所述恒压式液氨罐及罐车还具有自动化程度高、设计结构简单、检修方便和运行可靠等优点，便于实际推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的恒压式液氨罐及罐体基座的结构示意图。
上述附图中：1、液氨罐体 101、气相管 102、变径接头 103、下液管 104、截止阀105、第一安全阀 106、第二安全阀 107、液面计 108、人孔 2、板式冷凝器 3、制冷主机 4、风机 5、阀门箱 6、紧急切断阀 7、罐体基座。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的恒压式液氨罐及罐车。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的恒压式液氨罐及罐体基座的结构示意图。本实施例提供的所述恒压式液氨罐，包括液氨罐体1，还包括由板式冷凝器2和制冷主机3构成的制冷降压系统，其中，所述板式冷凝器2设置在所述液氨罐体1的顶部；所述板式冷凝器2的第一介质流道进口连通所述液氨罐体1中的气相管101，所述板式冷凝器2的第一介质流道出口连通变径接头102的大径口，所述第一介质流道进口位于所述第一介质流道出口的上方；所述变径接头102的小径口连通下液管103，所述下液管103位于所述液氨罐体1的罐内容腔底部；所述制冷主机3的冷气出口连通所述板式冷凝器2的第二介质流道进口。
如图1所示，在所述恒压式液氨罐的结构中，所述液氨罐体1用于盛装液氨，其中，所述气相管101用于收集罐内的气相氨；所述变径接头102除用于实现不同口径管道的对接功能外，还用于对从大径口进入的气液氨混合物向小口径方向挤压，促进气液氨混合物的液化进程；所述下液管103用于将液氨导回至罐内。所述制冷主机4用于向所述板式冷凝器2的第二介质流道提供用于换热的制冷空气，其可以但不限于为空调系统中的压缩机。所述板式冷凝器2用于提供制冷空气与气相氨进行换热的场所，在其内部设有通过多层换热板隔开且可相互换热的第一介质流道和第二介质流道，其中，第一介质流道用于导入待降温降压的气相氨，所述第二介质流道导入制冷空气，从而可利用两介质流道之间的热传递原理实现换热，并将气相氨恢复为低温低压状态下的液氨，然后利用高位差原理或虹吸原理，通过所述变径接头102和所述下液管103将液氨送回至所述液氨罐体1内。此外，通过将所述板式冷凝器2中的换热板设计为多层结构，可以扩大总体换热面积，例如在本实施例中，可以采用十三层换热板结构，每层的换热板宽度为1.2M、长度为2M，可使总体换热面积达到31.2 M2，保障能够对气相氨进行有效的换热降温。
由此，通过配置一套由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，可以及时对气相氨进行换热降温处理，从而使罐内液氨始终处于一个低温恒压状态，进而可降低对罐体的抗压需求及厚度要求，降低罐体的制造成本和重量，减少运输成本，为以后的有效使用创造有足够的利润空间。例如：（1）采用板式冷凝器进行换热，由于其具有较高的传热系数（一般约为管壳式换热器的3～5倍，且其占地面积为管式换热器的三分之一，同时热回收率可高达90%以上），价格低运行可靠；（2）可通过冷凝换热的一种具体实施方案使液氨温度降至10℃，以便罐内液氨膨胀压力长期稳定在0.6MPa左右，相比较于现有的普通液氨罐（其罐内液氨膨胀压力长期稳定在1.0MPa），可使罐体厚度设计需求降低40%左右（采用相同材质），进而降低罐体40%左右的制造成本和重量；（3）无需通过发动车子前后运动（即采用风冷降压方式）或开启卸压阀泄压来实现液氨罐降压目的，可避免液氨损失（现在罐车压力是2.0MPa，将压力卸到1.5MPa，大约将会损失250KG液氨，按照运输车辆一天运输一次计算，一天就损耗250KG，一个月就是7500KG液氨，这对物流公司或个体户多是一笔不小的费用损耗）。
由此，还可以适用于高温条件下的长途运输，并提升液氨长时间储存的安全系数，进而提高安全可靠性和可操作性。例如：（1）通过自身的制冷主机来供应制冷空气，可给板式冷凝器提供足够的冷量，适合在高温环境下进行长途运输；（2）现有普通罐车只起到运输的作用，而无相应的安全保障机构，其很容易受到环境的影响（例如在高海拔地区受到强紫外线照射、夏天高温时节、押运员/运输员的低安全意识等）而导致液氨长时间储存的安全系数极低，但是本发明提供的液氨罐体，可减小对外界环境的依赖，并使液氨维持在低温恒压状态，进而可降低罐内液氨膨胀压力，提升液氨长时间储存的安全系数。
由此，还可以在运输过程中，为对车辆的检修安全有效赢得足够的检修时间。例如：在利用罐车上自带的发电和储电系统（其车载储电系统为24V直流电储电系统，可使用DC/DC转换器将24V直流电变换为适于工作的直流电或使用逆变器将24V直流电变换为适于工作的交流电）给板式冷凝器降温时，通过如下计算：24×60Ah（单位电池的最大存储电量）=1440KWh，1440KWh×4（电池组中的单位电池数）=5760KW， 5760KWh/930W（制冷降压系统的工作功率）=6.19h，正常槽车储电系统在不加任何改造的情况下，可以为液氨罐体在高温环境下连续降温六小时，为安全检修赢得时间。
由此，还可以有利于快速充装，符合现在世界范围内液氨充装的发展趋势及法律法规对化工厂的排放和充装要求。此外，所述恒压式液氨罐及罐车还具有设计结构简单、检修方便和运行可靠等优点，便于实际推广和应用。
优化的，所述制冷降压系统还包括风机4、工控机和检测装置，其中，所述风机4设置在所述板式冷凝器2的第二介质流道进口处，所述检测装置包括温度计和/或气压表，且设置在所述板式冷凝器2的第一介质流道出口处；所述检测装置电连接所述工控机，所述工控机电连接所述风机4/和电连接所述制冷主机3。如图1所示，所述风机4用于在所述工控机的控制下，驱动制冷空气的流动，以便制冷空气在所述板式冷凝器2中与来自所述气相管101的气相氨进行快速换热，从而降低气相氨的温度，使其恢复为低温低压状态下的液氨。所述温度计（图中未示出）用于采集安放位置的即时温度值，并将所述即时温度值传送至所述工控机（图中未示出）；所述气压表（图中未示出）用于采集安放位置的即时液氨膨胀压力值，并将所述即时液氨膨胀压力值传送至所述工控机。所述工控机用于根据所述即时温度值和所述即时液氨膨胀压力值对所述风机4/和所述制冷主机3进行功率调整，以便高自动化地将液氨维持在恒低温低压状态。
进一步具体的，在所述板式冷凝器2的第二介质流道进口与所述风机4之间设有电动百叶窗，所述电动百叶窗电连接所述工控机。通过设置所述电动百叶窗（图中未示出），可以通过所述工控机来调整所述电动百叶窗的叶片倾斜角度，改变叶片的档流效果，控制进入所述板式冷凝器2的第二介质流道出口的制冷空气量，进而改变所述板式冷凝器2的换热降温效果，以便进一步高自动化地将液氨维持在恒低温低压状态。
优化的，在所述板式冷凝器2的第一介质流道进口与所述气相管101之间和在所述板式冷凝器2的第一介质流道出口与所述变径接头102之间分别设有法兰连接的截止阀104。如图1所示，通过设置所述截止阀104，可以防止液氨回流到冷凝器内部，进而造成所述板式冷凝器2内部增压的问题，使所述板式冷凝器2的第一介质流道进口及出口在截止阀关闭后与罐体中液氨完全隔离。
进一步优化的，在所述板式冷凝器2的第一介质流道进口与所述截止阀104之间连通有内置第一安全阀105的排气管道；所述排气管道的出口对准位于所述板式冷凝器2底部的防冲击板或者连通所述板式冷凝器2的第二介质流道进口。如图1所示，通过前述结构,可以针对截止阀104在长期使用后出现的内漏情况，在发生内漏压力升高到安全起跳的压力后，通过所述第一安全阀105将排放的气相氨喷射到所述板式冷凝器2的底部或者第二介质流道中，然后利用气相氨膨胀吸热来为所述板式冷凝器2的换热工作提供必要冷量，从而可对排放的气相氨中的冷量进行回收利用，利于节能。如图1所述，在本实施例中，所述排气管道的出口对准位于所述板式冷凝器2底部的防冲击板（图中未示出），所述防冲击板一方面用于保护所述板式冷凝器2不受破坏，另一方面用于将排放的气相氨中的冷量通过热传递方式传递到所述板式冷凝器2的内部，为所述板式冷凝器2的换热工作提供必要冷量，其可以但不限于采用316型钢材质制成。此外，为了扩展喷射面积，可以在所述排气管道的出口设置一个喷散头（图中未示出）。
优化的，所述下液管103的末端设置成U型管液封结构。如图1所示，通过所述U型管液封结构，可以利用静水柱压力进行液氨密封，防止出现倒吸问题，进一步确保所述板式冷凝器2与所述液氨罐体1的可靠隔离。
优化的，所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口设置在所述板式冷凝器（2）的前端侧部。如图1所示，所述前端是以罐车行驶方向为参考的，如此在天气温度比较低的情况下，例如冬天运输时，如果罐内压力高或者车载储电系统无电时，可以在不启动所述制冷主机3/和所述风机4的情况下，向所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口灌入自然冷空气，进而为所述板式冷凝器2的换热工作提供必要冷量，利于节约用电。
优化的，所述板式冷凝器2的外壳采用发泡保温层覆盖。通过所述发泡保温层（图1中未示出），可以有效地隔离所述板式冷凝器2的内外温度环境，防止内部的冷量流失，起到保温节能的效果，进一步适合高温环境下的长途运输，和提高液氨长时间储存的安全系数。
优化的，在所述液氨罐体1的顶部设有连通所述液氨罐体内部的第二安全阀106。如图1所示，在发生罐内压力升高到安全起跳的压力后，通过所述第二安全阀106可以及时地进行泄压，防止液氨罐爆裂，有效避免事态恶化，同时将所述第二安全阀106设置在罐体顶部，可以在泄压时，使排除的氨气对周围环境的不利影响最小化，保障消防人员的人身安全。
优化的，在所述液氨罐体1的后端部设有液面计107和人孔108。如图1所示，所述液面计107用于显示罐内液氨液面的高度，所述人孔108用于方便检修人员进入罐内，进行检修作业。
优化的，还包括阀门箱5，所述阀门箱通过紧急切断阀6连通所述气相管106。所述阀门箱5为液氨罐的现有设备，其中还包括有液氨充装接口、放散阀、温度计和压力表等装置，用于对所述液氨罐体1内的液氨及气相氨进行有效监控。此外，在所述液氨罐体1的下部还设有事故截止阀。
综上，本实施例所提供的恒压式液氨罐，具有如下有益效果：（1）针对液氨罐，通过配置一套由板式冷凝器和制冷主机构成的制冷降压系统，可以及时对气相氨进行换热降温处理，从而使罐内液氨始终处于一个低温恒压状态，进而可降低对罐体的抗压需求及厚度要求，降低罐体的制造成本和重量，减少运输成本，为以后的有效使用创造有足够的利润空间；（2）可以适用于高温条件下的长途运输，并提升液氨长时间储存的安全系数，进而提高安全可靠性和可操作性；（3）在运输过程中，可为车辆的临时故障检修赢得足够的安全检修时间；（4）有利于快速充装，符合现在世界范围内液氨充装的发展趋势及法律法规对化工厂的排放和充装要求；（5）所述恒压式液氨罐及罐车还具有自动化程度高、设计结构简单、检修方便和运行可靠等优点，便于实际推广和应用。
实施例二
本实施例提供了一种采用实施一所述恒压式液氨罐的罐车，除包括实施一所述的恒压式液氨罐外，还包括车载平台和将所述恒压式液氨罐固定在所述车载平台上的罐体基座7。
本实施例的有益效果可以参照实施例一的有益效果，于此不再赘述。
如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的恒压式液氨罐及罐车并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种恒压式液氨罐，包括液氨罐体（1），其特征在于，还包括由板式冷凝器（2）和制冷主机（3）构成的制冷降压系统，其中，所述板式冷凝器（2）设置在所述液氨罐体（1）的顶部；
所述板式冷凝器（2）的第一介质流道进口连通所述液氨罐体（1）中的气相管（101），所述板式冷凝器（2）的第一介质流道出口连通变径接头（102）的大径口，所述第一介质流道进口位于所述第一介质流道出口的上方；
所述变径接头（102）的小径口连通下液管（103），所述下液管（103）位于所述液氨罐体（1）的罐内容腔底部；
所述制冷主机（3）的冷气出口连通所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口。
2.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，所述制冷降压系统还包括风机（4）、工控机和检测装置，其中，所述风机（4）设置在所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口处，所述检测装置包括温度计和/或气压表，且设置在所述板式冷凝器（2）的第一介质流道出口处；
所述检测装置电连接所述工控机，所述工控机电连接所述风机（4）/和电连接所述制冷主机（3）。
3.如权利要求2所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，在所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口与所述风机（4）之间设有电动百叶窗，所述电动百叶窗电连接所述工控机。
4.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，在所述板式冷凝器（2）的第一介质流道进口与所述气相管（101）之间和在所述板式冷凝器（2）的第一介质流道出口与所述变径接头（102）之间分别设有法兰连接的截止阀（104）。
5.如权利要求4所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，在所述板式冷凝器（2）的第一介质流道进口与所述截止阀（104）之间连通有内置第一安全阀（105）的排气管道；
所述排气管道的出口对准位于所述板式冷凝器（2）底部的防冲击板或者连通所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口。
6.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，所述下液管（103）的末端设置成U型管液封结构。
7.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，所述板式冷凝器（2）的第二介质流道进口设置在所述板式冷凝器（2）的前端侧部。
8.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，所述板式冷凝器（2）的外壳采用发泡保温层覆盖。
9.如权利要求1所述的一种恒压式液氨罐，其特征在于，在所述板式冷凝器（2）中，介于第一介质流道与第二介质流道之间的换热板采用人字形波纹板片、水平平直波纹板片或瘤形板片。
10.一种恒压式液氨罐车，其特征在于，除包括如权利要求1～9任意一项所述的恒压式液氨罐外，还包括车载平台和将所述恒压式液氨罐固定在所述车载平台上的罐体基座（7）。
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