CN115218119A - 一种立式低温液体储罐 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工储存容器技术领域，具体涉及一种立式低温液体储罐，包括内容器、和外壳，内容器和外壳之间设置内支座，内支座包括第一支撑部、第二支撑部和第一绝热垫；第一支撑部包括第一支撑板和第一支撑柱，第一支撑柱一端固定连接第一支撑板，另一端与内容器下部外壁相连；第二支撑部包括第二支撑板和第二支撑柱，第二支撑柱一端固定连接第二支撑板，另一端与外壳下部内壁相连；第一绝热垫一面与第一支撑板相连，另一面与第二支撑板相连。该立式低温液体储罐通过对内支座的改进，有效减少了通过内容器的热量损失，使得立式低温液体储罐静态蒸发率可以低至0.198％，与最大允许蒸发率0.317％相比，静态蒸发率降低了37.5％。
Description
技术领域
本发明属于化工储存容器技术领域，具体涉及一种立式低温液体储罐。
背景技术
低温液体储罐是化工生产中重要的储存容器，包括内容器和外壳。立式低温液体储罐是化工生产中频频使用的一种重要的低温液体储罐类型。目前大多立式低温液体储罐主要采用吊带结构对内容器进行固定，随着化工生产存量逐渐增大，立式低温液体储罐逐渐趋于大型化；然而，随着立式低温液体储罐大型化，吊带结构便无法满足大型化后的低温液体储罐所需的刚度和稳定性，所以现有一些研究采用内支座代替吊带结构以解决低温液体储罐大型化带来的负载问题。
但是，低温液体储罐除了对负载(刚度和稳定性)有要求外，更重要需要达到标准(GB/T18442《固定式真空绝热深冷压力容器》)中规定的静态蒸发率指标，即低温液体储罐内容器中储存的低温液体的热量损失量需要控制在一定的范围内，而通过内支座的热量损失是内容器中低温液体热量损失的主要途径之一，通过漏热量的付立叶传热方程(H＝λ*A/L，其中，H—传热量，λ—导热系数，A-面积，L-长度)可以得知，内支座为了保证低温液体储罐的负载，内支座的支撑面积不能太小，长度不能太长；如此，通过内支座的漏热量就会比较大，从而会储存的低温液体挥发比较快，低温液体储罐的静态蒸发率会比较高，很难满足相关标准规定的静态蒸发率值的要求。
所以，现亟需一种静态蒸发率低于标准所规定值的立式低温液体储罐。
发明内容
针对以上问题，本发明目的是提供一种立式低温液体储罐，该立式低温液体储罐通过对内支座的改进，减少了内容器中低温液体通过内支座的热量损失，从而使得低温液体储罐的静态蒸发率低于标准所规定值。
为了达到上述目的，可以采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种立式低温液体储罐，包括内容器和外壳，内容器和外壳之间设置内支座，内支座包括第一支撑部、第二支撑部和第一绝热垫；第一支撑部包括第一支撑板和第一支撑柱，第一支撑柱一端固定连接第一支撑板，另一端与内容器下部外壁相连；第二支撑部包括第二支撑板和第二支撑柱，第二支撑柱一端固定连接第二支撑板，另一端与外壳下部内壁固定连接；第一绝热垫一面与第一支撑板相连，另一面与第二支撑板相连。
本发明中的立式低温液体储罐在使用时，内支座中的第一支撑柱一端与内容器的下部(也可以是内容器下封头)外壁接触，应当理解的是，内支座的数量可以根据内容器下部的的形状以及整体的结构稳定情况来决定，比如如果内容器下部为平齐的底部，那么内支座可以仅为1个就可以将内容器支撑起；当然，内容器下部的形状也可以呈弧形，那么第一支撑柱的一端的形状也是需要呈弧形，且与内容器下部的弧形弧度一致；内支座中的第二支撑柱一端固定于外壳的下部(也可以是外壳下封头)内壁，同样地，第二支撑柱与外壳下部的形状也要保持一致；如此，从下至上，第二支撑柱上一端固定于外壳下部内壁，另一端固定连接有第二支撑板，第二支撑板与第一绝热垫一面接触，第一绝热垫另一面与第一支撑板接触，第一支撑板与第一支撑柱一端固定连接，第一支撑柱另一端与内容器外壁接触，在内容器及储存的低温液化气体的重力作用下，内支座各部件之间可以形成牢固的连接关系，进而将内容器进行固定；如此，内支座的数量至少为2个，2个以上的内支座刚好可以形成“Y”型的卡缝，在内容器及储存的低温液化气体的重力作用下可以将内容器固定住；当然，3个内支座效果稳固性会更好，所以一般会选择3个；还需要说明的是，内容器储存的LO2、LN2、LAr、LNG、LCO2或LNO等低温液化气体，温度会比较低，会使得第一支撑部和第二支撑部的温度较低，一般低于-20℃，所以第一支撑柱、第一支撑板、第二支撑柱和第二支撑板的材料一般会选择能在-20℃环境不会碎断且热导率比较低的材料，比如不锈钢或碳钢。
本发明有益效果至少包括：本发明中提供的立式低温液体储罐通过对内支座的改进，有效减少了通过内容器的热量损失，使得立式低温液体储罐静态蒸发率可以低至0.198％，与最大允许蒸发率0.317％相比，静态蒸发率降低了37.5％,效果显著。
附图说明
图1为本发明立式低温液体储罐结构示意图。
图2为本发明立式低温液体储罐的内支座结构示意图。
图3为第一支撑板结构示意图。
图4为第二支撑板结构示意图。
图5为第一绝热垫结构示意图。
图6为第二绝热垫结构示意图。
图7为低温液体储罐进出管结构示意图。
图中，1：第一支撑部；11：第一支撑板；111：第一安装孔；12：第一支撑柱；2：第二支撑部；21:第二支撑板；211：第二安装孔；22：第二支撑柱；3：紧固部；4：第一绝热垫；41：第三安装孔；5：第二绝热垫；51：第四安装孔；6：内容器；7：外壳；8：进出管；81：进出管f；82：进出管a；83：进出管b；84：进出管c；85：进出管d；86：进出管h；87：进出管m1；88：进出管m2；9：内容器定位件；10：外支腿。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；同样地，术语“第一”或“第二”及其变体的描述仅仅是为了区分各部件，也不限制本申请的范围。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“对应设置”指的是本发明中的第一支撑板、第二支撑板和第一垫片上的安装孔重叠，可以使紧固部贯穿重叠的安装孔将第一支撑板、第二支撑板和第一垫片上固定连接。
下面结合附图1至附图7和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种立式低温液体储罐，包括内容器6和外壳7，其特征在于，内容器6和外壳7之间设置内支座，内支座包括第一支撑部1、第二支撑部2和第一绝热垫4；第一支撑部1包括第一支撑板11和第一支撑柱12，第一支撑柱12一端固定连接第一支撑板11，另一端与内容器6下部外壁相连；第二支撑部2包括第二支撑板21和第二支撑柱22，第二支撑柱22一端固定连接第二支撑板21，另一端与外壳7下部内壁相连；第一绝热垫4一面与第一支撑板11相连，另一面与第二支撑板21相连。
本发明中的立式低温液体储罐在使用时，内支座中的第一支撑柱12一端与内容器6的下部(也可以是内容器6下封头)外壁接触，应当理解的是，内支座的数量可以根据内容器下部的的形状以及整体的结构稳定情况来决定，比如如果内容器6下部为平齐的底部，那么内支座可以仅为1个就可以将内容器6支撑起；当然，内容器6下部的形状也可以呈弧形，那么第一支撑柱12的一端的形状也是需要呈弧形，且与内容器6下部的弧形弧度一致；内支座中的第二支撑柱22一端固定于外壳7的下部内壁，同样地，第二支撑柱22与外壳7下部的形状也要保持一致；如此，从下至上，第二支撑柱22上一端固定于外壳7内壁，另一端固定连接有第二支撑板21，第二支撑板21与第一绝热垫4一面接触，第一绝热垫4另一面与第一支撑板11接触，第一支撑板11与第一支撑柱12一端固定连接，第一支撑柱12另一端与内容器6外壁接触，在内容器6及储存的低温液化气体的重力作用下，内支座各部件之间形成牢固的连接关系，进而将内容器6固定；如此，内支座的数量至少为2个，2个以上的内支座刚好可以形成“Y”型的卡缝，在内容器及储存的低温液化气体的重力作用下可以将内容器固定住；当然，3个内支座效果稳固性会更好，所以一般选择3个；还需要说明的是，内容器6储存的LO2、LN2、LAr、LNG、LCO2或LNO等低温液化气体，温度会比较低，会使得第一支撑部1和第二支撑部2的温度较低，一般低于-20℃，所以第一支撑柱12、第一支撑板11、第二支撑柱22和第二支撑板21的材料一般会选择能在-20℃环境不会碎断且热导率比较低的材料，比如不锈钢或碳钢。
需要说明的是，不同材料的力学性能、热导率和价格存在区别，不同部件的材料选择会对配置的立式低温液体储罐的负载承受能力、绝热能力以及成本产生影响，在实际生产制造中，往往需要综合考虑三者的关系，经过本发明的探索，第一支撑柱12和第一支撑板11可以选择S30408不锈钢材料，第二支撑柱22可以选择20号钢，第二支撑板21可以选择Q345R钢材,配置的立式低温液体储罐可以满足23315kg的液氮负载，而且静态蒸发率可以低至0.198％，远低于最高标准的0.317％。还需要说明的是，为了增加立式低温液体储罐整体的稳定性，可以在第一支撑柱12与内容器6之间设置垫板，垫板的形状与内容器下部6一致，垫板的材料可以选择S30408不锈钢材料；同样地，在第二支撑22柱与外壳7之间也可以设置垫板，垫板的形状与外壳下部一致，该垫板可以选择Q345R钢材；应当理解的是，内容器6下部和外壳7下部可以分别是与内容器6分开的内容器6下封头和与外壳7分开的外壳7下封头，如此，第一支撑部1可以通过焊接的方式与内容器6下封头固定连接，第二支撑部2可以通过焊接的方式与外壳7下封头固定连接，然后按照上述结构进行组装配置。
进一步地，第一绝热垫4可以由玻璃制备而成。具体地，第一绝热垫4可以选择任意热导率比较低、且强度高的材料，而且为了装配后的立式低温液体储罐结构稳定，第一绝热垫4优选具有一定力学性能，且热导率比较低的玻璃钢材料。
进一步地，选择玻璃钢材料制备的第一绝热垫4的厚度可以为40mm-60mm。具体地，对于第一绝热垫4的厚度,理论上是越厚绝热越好，但是玻璃钢材料价格相对比价高，所以玻璃钢制备的第一绝热垫4综合考虑成本、绝热、负载及稳固性的问题，厚度选择40mm-60mm，厚度若大于60mm，由于第一绝热垫处于第一支撑部1和第二支撑部2之间，立式低温液体储罐稳固性不好；而且制造成本相对比较高；但是厚度小于40mm，热量损失会相对比较多，无法满足相关标准规定的静态蒸发率的值；经过综合研究与计算，厚度选择40mm-60mm，比如45mm、50mm或55mm，既能满足其稳定性及负载需求，使得可以负载23315kg的液氮，静态蒸发可以低至0.198％，远低于最高标准的0.317％。
进一步地，第一绝热垫4靠近第一支撑板11一面的面积≥第一支撑板11靠近第一绝热垫4一面的面积；第一绝热垫4靠近第二支撑板21一面的面积≥第二支撑板21靠近第一绝热垫4一面的面积。具体地，为了能够使得绝热充分，第一绝热垫4的面积优选大于支撑板的面积，可以将第一支撑板11和第二支撑之间21充满，避免第一支撑板11与第二支撑板21直接接触，影响绝热效果。
进一步地，如图1至图5所示，上述立式低温液体储罐还可以包括紧固部3，第一支撑板11、第二支撑板21和第一绝热垫4分别对应设置第一安装孔111、第二安装孔211和第三安装孔41，紧固部3贯穿第一安装孔111、第二安装孔211和第三安装孔41使第一支撑部1和第二支撑部2固定连接。具体地，如果仅仅依靠内容器6及储存的低温液化气体的重力使得内容器6可以依靠第一支撑部1和第二支撑2部进行稳固，储罐可能还是存在不稳定的风险，所以进一步设置安装孔和紧固部3，通过安装孔和紧固部3增加第一支撑部1、第二支撑部2和第一绝热垫4的稳固性，从而加强内容器6的稳固性；需要说明的是，紧固部3可以贯穿第一安装孔111、第二安装孔和211第三安装孔41与第一支撑板11、第二支撑板41和第一绝热垫4通过过盈配合的方式将第一支撑部1和第二支撑部2连接；为了方便拆卸，第一支撑板11及第一安装孔111和第二支撑板21及第二安装孔211可以设置内螺纹，同时紧固部3可以设置成螺柱，螺柱两端增加螺帽，使用螺柱依次贯穿第一支撑板11、第一绝热垫4和第二支撑板21，然后螺柱两端使用螺帽固定。
应当理解的是，紧固部也是内容器热量损失途径之一，紧固部3直径大小、长短(长短也取决于上述的第一绝热垫的厚度)及材料选择对负载以及热量损失存在影响，为了使得负载和热量损失的平衡最大化，紧固部3的尺寸大小和材料选择，也需要综合考量，经综合研究与计算，紧固部3直径大小约80mm，材料选择A2-70材料；如果紧固部3为螺柱和螺帽的话，螺帽选择A2-50材料，如此配置的立式低温液体储罐可以负载23315kg的液氮，静态蒸发率可以低至0.198％，远低于最高标准的0.317％。
进一步地，如图1至图6所示，上述立式低温液体储罐还包括第二绝热垫5，第二绝热垫5对应第一安装孔111或第二安装孔211设置第四安装孔51，紧固部3通过第四安装孔51贯穿第二绝热垫5使第一支撑部1和第二支撑部2固定连接。具体地，上述立式低温液体储罐设置安装孔和紧固部3加强稳固性的同时，也增加了紧固部3的漏热量，所以可以在紧固部3与第一支撑板11或第二支撑板21之间设置第二绝热垫5作为紧固部3的垫片减少通过紧固部3的漏热量；第二绝热垫5的材料优选具有一定力学性能，且热导率比较低的玻璃钢材料。
进一步地，如图3、图4和图5所示，第一安装孔111、第二安装孔211和第三安装孔41可以分别设置四个，四个第一安装孔111分别设置于第一支撑板11的对角线的四个顶点，第二安装孔211和第三安装孔41对应第一安装孔111的位置分别设置于第二支撑板21和第一绝热垫4的对应位置。具体地，在第一支撑板11的四角上设置四个第一安装孔111，第二支撑板21的四角上设置四个第二安装孔211，第一绝热垫4上设置四个第三安装孔41，第一安装孔111、第二安装孔211和第三安装孔41对应设置，紧固部3通过安装孔固定连接第一支撑部1和第二支撑部2。需要说明的是，将第一安装孔111、第二安装孔211和第三安装孔41分别设置四个，并设置于第一支撑板11、第二支撑板21和第一绝热垫4的顶点，相比安装孔设置在其他位置可以更大程度的减少热量的损失。
进一步地，第一支撑柱12和第二支撑柱22为中空，第一支撑柱12和第二支撑柱22的壁厚可以分别为40mm-60mm。具体地，为了减少漏热量，在满足低温液体储罐承载负荷的前提下，可以将第一支撑柱12和第二支撑柱22设置为中空，如此可以减少热传导面积，进而减少漏热量；第一支撑柱12和第二支撑柱22的壁厚可以分别设置为40mm-60mm，比如45mm、50mm或55mm；如此，配置的立式低温液体储罐可以负载23315kg的液氮，静态蒸发率可以低至0.198％，远低于最高标准的0.317％。
在进一步地，第一支撑柱12和第二支撑柱22的内部可以填充超细玻璃棉或珠光砂或两者的混合物。具体地，填充超细玻璃棉或珠光砂或两者的混合物可以进一步减少漏热。在装配时，可以在第二支撑柱22先填充超细玻璃棉或珠光砂，然后装配第一绝热垫4和第一支撑板11和第一支撑柱12，然后再向第一支撑柱12内部填充珠光砂或超细玻璃棉。
进一步地，如图1和图7所示，上述立式低温液体储罐还可以包括进出管8、内容器定位件9和外支腿10；进出管8分布在内容器6周围，内容器定位件9一端连接内容器6顶部外壁，一端连接外壳7顶部内壁，外支腿10与外壳7下端外壁固定连接。需要说明的是，内容器定位件9不同于吊带结构的作用，内容器定位件9仅仅是将内容器6定位于外壳7中，对其稳固性的作用比较小；内容器定位件9也是低温液化气体的主要漏热途径之一，所以内容器定位件9可以选择热导率比较低的玻璃钢材料；对于进出管8，主要包括排水管、液位管、进水管等。在本发明的一些具体立式低温液体储罐中，进出管8可以包括进出管a81、进出管b82、进出管c83、进出管d84、进出管f85、进出管h86、进出管m187和进出管m288，进出管8也是低温液化气体的主要漏热途径之一，考虑到成本问题，进出管8可以选择不锈钢材料；外支腿10的作用是在地面支撑立式低温液体储罐，考虑到稳固性，数量至少为3个。
为了验证本发明实施例中的立式低温液体储罐的静态蒸发率小于标准所规定的值，计算以下参数的本发明实施例的立式低温液体储罐的静态蒸发率，具体如下：
选择LN2(液氮)为储存低温液化气体，低温液体储罐储存体积为60m3，第一支撑柱12和第一支撑板11选择S30408不锈钢材料，第二支撑柱22选择20号钢，第二支撑板21选择Q345R钢材；第一绝热垫和第二绝热垫和内容器定位件9选择玻璃钢材料(gl)；紧固部选择螺柱和螺帽的形式，螺柱选择A2-70材料，螺帽选择A2-50材料，紧固部设置4个；内支座设置3个；第一支撑柱12和第一支撑柱22填充超细玻璃棉；进出管8选择不锈钢材料；内容器选择不锈钢材料；外壳选择碳钢材料；其中，S30408、A2-70和A2-50统称不锈钢材料(ss)，20号钢和Q345R钢材统称碳钢(cs)，λ为热导率，L为构件长度，A为面积构件横截面积。
首先，计算工作温度下不锈钢(ss)、玻璃钢(gl)和碳钢(cs)的热导率，结果如下表1所示。
表1不同材料的热导率
然后，根据上表1计算得到的不锈钢(ss)、玻璃钢(gl)和碳钢(cs)的热导率计算本方明低温液体储罐在储存液氮时的静态蒸发率，结果如下表2所示。
表2静态蒸发率计算情况
通过上表2得知，本发明的低温液体储罐储存液氮的静态蒸发率0.198％，与最大允许蒸发率0.317％相比，静态蒸发率降低了37.5％,效果显著。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种立式低温液体储罐，包括内容器(6)和外壳(7)，其特征在于，内容器(6)和外壳(7)之间设置内支座，内支座包括第一支撑部(1)、第二支撑部(2)和第一绝热垫(4)；第一支撑部(1)包括第一支撑板(11)和第一支撑柱(12)，第一支撑柱(12)一端固定连接第一支撑板(11)，另一端与内容器(6)下部外壁相连；第二支撑部(2)包括第二支撑板(21)和第二支撑柱(22)，第二支撑柱(22)一端固定连接第二支撑板(21)，另一端与外壳(7)下部内壁相连；第一绝热垫(4)一面与第一支撑板(11)相连，另一面与第二支撑板(21)相连。
2.根据权利要求1所述的立式低温液体储罐，其特征在于，第一绝热多垫(4)由玻璃钢制备而成。
3.根据权利要求2所述的立式低温液体储罐，其特征在于，第一绝热多垫(4)的厚度为40mm-60mm。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的立式低温液体储罐，其特征在于，第一绝热垫(4)靠近第一支撑板(11)一面的面积≥第一支撑板(11)靠近第一绝热垫(4)一面的面积；第一绝热垫(4)靠近第二支撑板(21)一面的面积≥第二支撑板(21)靠近第一绝热垫(4)一面的面积。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的立式低温液体储罐，其特征在于，还包括紧固部(3)，第一支撑板(11)、第二支撑板(21)和第一绝热垫(4)分别对应设置第一安装孔(111)、第二安装孔(211)和第三安装孔(41)，紧固部(3)贯穿第一安装孔(111)、第二安装孔(211)和第三安装孔(41)使第一支撑部(1)和第二支撑部(2)固定连接。
6.根据权利要求5所述的立式低温液体储罐，其特征在于，还包括第二绝热垫(5)，第二绝热垫(5)对应第一安装孔(111)或第二安装孔(211)设置第四安装孔(51)，紧固部(3)通过第四安装孔(51)贯穿第二绝热垫(5)使第一支撑部(1)和第二支撑部(2)固定连接。
7.根据权利要求5所述的立式低温液体储罐，其特征在于，第一安装孔(111)、第二安装孔(211)和第三安装孔(41)分别设置四个，四个第一安装孔(111)分别设置于第一支撑板(11)的对角线的四个顶点，第二安装孔(211)和第三安装孔(41)对应第一安装孔的位置分别设置于第二支撑板(21)和第一绝热垫(4)的对应位置。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的立式低温液体储罐，其特征在于，第一支撑柱(12)和第二支撑柱(22)为中空，第一支撑柱(12)和第二支撑柱(22)的壁厚分别为40mm-60mm。
9.根据权利要求8所述的立式低温液体储罐，第一支撑柱(12)和第二支撑柱(22)的内部填充超细玻璃棉或珠光砂或两者的混合物。
10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的立式低温液体储罐，其特征在于，还包括进出管(8)、内容器定位件(9)和外支腿(10)；进出管(8)分布在内容器(6)周围，内容器定位件(9)一端连接内容器(6)顶部外壁，一端连接外壳(7)顶部内壁，外支腿(10)与外壳(7)下端外壁固定连接。
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