CN212776782U - 一种高效真空多层低温绝热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高效真空多层低温绝热结构，包括内容器和外容器，内容器包括筒体和两端的封头，筒体外表面及封头外表面均设有绑扎固定环；筒体外侧包覆有若干层筒体绝热被，筒体绝热被与筒体外表面的绑扎固定环绑扎连接，筒体两端的封头外侧均包覆有若干层封头绝热被；每层筒体绝热被和封头绝热被均由绝热被子单元拼接而成，同层筒体绝热被中相邻绝热被子单元的起始端错开，环状拼缝处重叠，相邻两层筒体绝热被的环状拼缝及纵向拼缝均相互错开，同层的筒体绝热被和封头绝热被拼缝处重叠，相邻两层封头绝热被的径向拼缝错开，相邻两层筒体绝热被和封头绝热被的环向拼缝错开。采用本实用新型涉及的结构可以使实施容器获得优异的绝热性能。

Description

一种高效真空多层低温绝热结构

技术领域

本实用新型涉及真空绝热深冷压力容器的绝热技术领域，尤其涉及一种高效真空多层低温绝热结构，适用于高真空多层绝热型式的大型低温储运装备。

背景技术

高真空多层绝热方式可以最大程度地限制热量通过传导、对流、辐射三种途径传递，被广泛用于低温储运装备来实现高效绝热效果，其结构原理是将高反射率的金属薄膜和低导热率的间隔材料交替组合的多层绝热材料放置在真空夹套内，真空夹套和其中的多层绝热材料形成一个完整的高真空多层绝热结构，其包覆在低温壳体外，实现有效绝热。当夹套内被抽空至≤10^-2Pa的高真空，且绝热材料合理开孔(缝)时，热量通过对流的传递已基本为零，多层绝热结构主要用于遏制热量通过导热和辐射两种途径的传递。

工程常用多层绝热结构为缠绕式绝热结构和绝热被结构。缠绕式结构内罐体筒体由一组或多组(间隔层+反射材料)预制成卷后缠绕在低温壳体外，封头绝热结构由1/5～1/3绝热结构总层数的材料多次覆合而成。该种绝热结构构成单一、施工简单，无法获得内外一致的层密度，绝热性能波动性大，性能相对较差。绝热被结构可以根据需要设置不同种类、不同次序的反射材料+间隔层组合，根据低温壳体形状及尺寸预制成被状，现场敷设完成，绝热被结构具有绝热效果好、操作简单、性能稳定等特点。因此，目前绝大多数LNG罐箱采用绝热被结构。

常用绝热被结构根据反射屏和隔热层的层数不同，通常预制为3～5单元，现场按照低温侧-→常温侧逐单元实施包覆。比如专利号为CN105757446A公开的一种真空绝热深冷压力容器的绝热方法，在真空绝热深冷压力容器的内容器上包覆绝热被而形成绝热结构，所述的绝热被分为封头绝热被和筒体绝热被，所述绝热结构的形成依次经过绝热被的预制和绝热被的包扎，所述绝热被的预制包括：首先，将绝热材料的反射屏与间隔材料以交替间隔方式逐层复合而形成绝热单元；然后，将复合好的绝热单元按照层数要求复合成绝热块；最后，在绝热块上固定连接用于包扎的系带；所述绝热被的包扎是先完成筒体绝热被的包扎，再完成封头绝热被的包扎。由此可见，制造单位为提高生产率，想方设法缩短绝热被包扎时间，常规工艺包扎绝热被的热流密度≥1W/m²，生产出来的低温储运装备绝热性能在国标合格线上下浮动。其原因是：平行于多层反射屏方向上的热导率比垂直于多层反射屏方向要大10³～10⁵倍，平行方向的导热会在反射屏的边缘部分寻找辐射窗口，并通过该辐射窗口传递至相邻子单元中，导致绝热性能降低。

另外，大部分生产单位在绝热被结构包覆施工时需焊接若干“L”型不锈钢固定钉，用于固定绝热被，绝热被包覆完成后，将固定钉敲弯，裸露在绝热被外，形成尖端导热，外界热量可以通过这些裸露的固定钉直接传导至内容器，从而严重影响整个绝热被结构的绝热性能。

当前LNG罐箱行业提出“一罐到底、多式联运”储运模式，对罐箱无损储存时间提出更高要求，在罐箱结构(管路、支撑)相对固化前提下，对罐箱的绝热结构整体绝热性能提出更高要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述绝热结构的包覆方法导致绝热被结构的绝热性差等问题，提出一种高效真空多层低温绝热结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型涉及一种高效真空多层低温绝热结构，包括内容器和外容器，内容器包括筒体和焊接在筒体两端的封头，内容器和外容器之间通过支承连接，内容器和外容器之间形成真空夹层，内容器上设有贯穿外容器的管路，一端封头处设有吸附舱，其特征在于：所述的筒体的外表面及筒体两端封头的外表面均设有绑扎固定环；所述的筒体外侧包覆有若干层筒体绝热被，筒体绝热被与筒体外表面的绑扎固定环绑扎连接，筒体两端的封头外侧均包覆有若干层封头绝热被，封头绝热被与封头外表面的绑扎固定环绑扎连接，支承的外侧包裹有支承绝热被，管路位于真空夹层的部分外圈包裹有管路绝缘被；

每层筒体绝热被和封头绝热被均由绝热被子单元拼接而成，同层筒体绝热被中相邻绝热被子单元的起始端错开，环状拼缝处重叠，相邻两层筒体绝热被的环状拼缝及纵向拼缝均相互错开，同层的筒体绝热被和封头绝热被拼缝处重叠，相邻两层封头绝热被的径向拼缝错开，相邻两层筒体绝热被和封头绝热被的环向拼缝错开；最外层筒体绝热被和封头绝热被用无碱玻璃纤维带绑扎。

优选地，所述的支承绝热被和支承绝热被均由若干层绝热被子单元复合而成。

优选地，所述的绝热被子单元包括间隔材料和反射材料，间隔材料和反射材料逐层复合，每块绝热被子单元包含3～5层反射材料；间隔材料边缘超出反射材料边缘3～5mm，反射材料上设有若干透气孔，透气孔总开孔面积不超过反射材料面积的千分之三。

优选地，所述的管路绝热被中包括20～30层反射材料；所述的支承两端放置10层反射材料的绝热被子单元。

优选地，所述的内容器筒体外表面点焊两排绑扎固定环，同一排绑扎固定环每间隔300mm～1000mm设置一个，两排绑扎固定环的圆形角为60°～120°；所述的内容器两端封头的外表面各点焊一圈绑扎固定环。

优选地，所述的同层筒体绝热被中相邻绝热被子单元的环状拼缝重叠50～100mm。

优选地，所述的同层的筒体绝热被和封头绝热被的拼缝重叠50～200mm。

优选地，所述的相邻两层筒体绝热被的环状拼缝相错≥200mm，纵向拼缝相错≥500mm；相邻两层封头绝热被的径向拼缝相错≥15°，相邻两层封头绝热被和筒体绝热被的环向拼缝相错50～100mm。

优选地，所述的无碱玻璃纤维带呈“井”字格状捆扎，相邻无碱玻璃纤维带间距300mm～500mm。

优选地，所述的封头绝热被的对应吸附仓的位置开设有若干孔径为2～10mm的透气孔。

与现有技术相比，采用本实用新型提供的技术方案具有以下技术效果：

1.本实用新型涉及的一种高效真空多层低温绝热结构的包覆方法，在内容器外包覆多层绝热被，每层绝热被均由绝热被子单元构成，同一层绝热被的各相邻绝热被子单元通过合理的重叠搭接，有效减少在反射材料的边缘部分留下辐射窗口，避免了边缘效应，保证了每单元反射材料呈等温状态；相邻两层绝热被的绝热被子单元环状拼缝又相互错开，进一步减少边缘辐射窗口产生的法向漏热。

2.本实用新型涉及的方法形成多层绝热被，进而形成多个等温层，有效增加传热途径，减小相邻绝热被的温差，从而实现高效低温绝热。

3.本实用新型涉及的高效真空多层低温绝热结构的包覆方法使用工艺绑扎固定环替代常用的“L”型固定钉，使用缝线缝制实现固定绝热被功能，杜绝了尖端漏热现象，整体绝热性能较常规技术绝热系统提升100％～200％。

附图说明

图1为实施例涉及的高效真空多层低温绝热结构的示意图；

图2为内容器侧视视角下绑扎固定环位置布置示意图；

图3为绑扎固定环结构图；

图4为内容器主视视角下绑扎固定环位置布置示意图；

图5为内容器筒体外侧各层筒体绝热被的搭接关系示意图；

图6为筒体绝热被与绑扎固定环的连接结构的示意图；

图7为实施例中筒体绝热层和封头绝热层连接示意图；

图8为实施例中管路绝热单元包扎示意图；

图9为内容器侧视视角下玻璃纤维带布置示意图；

图10为内容器主视视角下玻璃纤维带布置示意图。

其中：1-内容器；2-外容器；3-筒体绝热被；4-支承绝热被；5-封头绝热被；6-管路绝热被；7-绑扎固定环；8-缝线；9-玻璃纤维布；10-玻璃纤维带；11、吸附舱。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的保护范围的限定。

参照附图1所示，本实施例涉及一种高效真空多层低温绝热结构，包括内容器1和外容器2，内容器1包括筒体和焊接在筒体两端的封头，内容器1和外容器2之间通过支承连接，内容器1和外容器2之间形成真空夹层，内容器1上设有贯穿外容器的管路，封头处设有吸附舱11；参照图2～4所示，所述的筒体的外表面及筒体两端封头的外表面均设有绑扎固定环7，内容器1筒体处的绑扎固定环设置两排，同一排绑扎固定环7每间隔300mm～1000mm设置一个，两排绑扎固定环7的圆形角为60°～120°；所述的筒体外侧包覆有若干层筒体绝热被3，筒体绝热被3与筒体外表面的绑扎固定环7绑扎连接，筒体两端的封头外侧均包覆有若干层封头绝热被5，封头绝热被5与封头外表面的绑扎固定环7绑扎连接，支承的外侧包裹有支承绝热被4，管路位于真空夹层的部分外圈包裹有管路绝缘被6；

每层筒体绝热被3和封头绝热被5均由绝热被子单元拼接而成，绝热被子单元包括间隔材料和反射材料，间隔材料和反射材料逐层复合，每块绝热被子单元包含3～5层反射材料，间隔材料边缘超出反射材料边缘3～5mm，反射材料上设有若干透气孔，透气孔总开孔面积不超过反射材料面积的千分之三。同层筒体绝热被的绝热被子单元的的起始端错开，环状拼缝处重叠50～100mm，相邻两层筒体绝热被的环状拼缝及纵向拼缝均相互错开，环状拼缝相错≥200mm，纵向拼缝相错≥500mm；相邻两层封头绝热被的绝热被子单元的径向拼缝错开，径向拼缝相错≥15°，及环向拼缝均相互错开；同层封头绝热被和筒体绝热被搭接拼缝重叠50～200mm，相邻两层筒体绝热被和封头绝热被的环向拼缝错开，环向拼缝相错50～100mm；最外层筒体绝热被和封头绝热被用无碱玻璃纤维带10绑扎，相邻无碱玻璃纤维带10间距300mm～500mm。

一种高效真空多层低温绝热结构的包覆方法，包括以下步骤：

S1.预制绝热被子单元：将间隔材料和反射材料逐层复合形成绝热被子单元，依据待包扎内容器绝热参数，确定绝热被子单元的结构，包括间隔材料和反射材料的种类、叠放顺序，将间隔材料和反射材料按照叠放顺序逐层复合形成绝热被子单元，每块绝热被子单元包含3～5层反射材料；复合时，间隔材料边缘超出反射材料边缘3～5mm，保证绝热被重叠搭接处仅限于间隔层接触，杜绝反射屏相互接触，所述的反射材料上设有若干透气孔，透气孔总开孔面积不超过反射材料面积的千分之三；预制好的绝热被子单元充氮气保存。

S2.绑扎固定环焊接：对内容器的外表面进行脱脂、整体烘烤脱水处理，表面脱水可用整体烘烤方式或者局部火焰烧烤模式，然后参照附图2～4所示，将待包扎内容器两端封头中部连接至缠绕工装上，使得待包扎内容器可以绕圆心转动，在内容器两端封头的外表面各点焊一圈绑扎固定环7，内容器筒体的外圈点焊两排绑扎固定环7，内容器筒体处的绑扎固定环7每间隔300mm～1000mm设置一个，两排绑扎固定环7的圆形角α为60°～120°。

S3.包覆筒体绝热被3：参照附图5和6所示，在筒体外逐一包覆绝热被子单元形成一层筒体绝热被3，用缝线8将绝热被子单元缝在内容器筒体外圈的绑扎固定环7上，同层筒体绝热被相邻绝热被子单元的起始端相互错开，即相邻子单元分别以A位置/B位置作为起始，在筒体外逐一包覆绝热被子单元形成一层筒体绝热被3，相邻绝热被子单元环状拼缝重叠，环状拼缝重叠50～100mm。

S4.包覆封头绝热被5：每包覆一层筒体绝热被3，在封头位置逐一包覆绝热被子单元，形成一层封头绝热被5，同层的筒体绝热被和封头绝热被搭接拼缝，如图7所示，同层封头绝热被5和筒体绝热被3搭接拼缝重叠C为50～200mm。

S5.按层密度～30屏/cm确定筒体绝热被3的总厚度，重复S3～S4，按照从低温端向常温端的顺序逐层包覆筒体绝热被3和封头绝热被5，使筒体绝热被和封头绝热被达到设计厚度，相邻两层筒体绝热被的环状拼缝及纵向拼缝均相互错开，环状拼缝相错≥200mm，纵向拼缝相错≥500mm，两层封头绝热被的绝热被子单元的径向拼缝相错≥15°，相邻两层封头绝热被和筒体绝热被的环向拼缝错开50～100mm，封头绝热被5包覆时，遇到管路处，用剪刀剪开绝热被子单元，让出管路后用铝箔胶带将剪缝稍微叠加后粘住。

S6.包扎管路绝热被6：依据管路粗细和长度剪裁绝热被子单元，根据每层绝热被子单元内反射材料的层数确定管路上包扎绝热被子单元的层数，在管路上逐层包扎裁剪后的绝热被子单元形成管路绝热被6，使管路绝热被中包括20～30层反射材料，管路绝热被6包扎完成后，参照附图8所示，在管路绝热被6外层包覆一层玻璃纤维布9，用玻璃纤维带扎住玻璃纤维布9；

S7.用缝线8将封头绝热被5缝制在封头外表面的绑扎固定环7上，参照附图9和10所示，使用无碱玻璃纤维带10对筒体和封头进行“井”字格状永久性捆扎，相邻无碱玻璃纤维带10间距300mm～500mm。

S8.包扎支承绝热被4：在支承中填充绝热材料，根据每层绝热被子单元内反射材料的层数确定支撑两端设置的绝热被子单元层数，支承两端放置10层反射材料的绝热被子单元，形成支承绝热被4；

S9.在吸附剂舱处的封头绝热被5上开若干透气孔，透气孔的直径为8mm。

S10.将包覆绝热被的内容器1在套入外容器2前，用圆饼状全单元绝热被对内容器两端封头中心安装包扎工装的裸露部分进行封堵和缝制。

效果实施例一

衡量一台高真空多层绝热低温容器性能的最终指标是“维持时间”，该指标越长，说明环境透过高真空多层绝热夹层漏入内容器的热量越少，容器绝热性能越好。

2016年-2017年，由某研究所和某物流有限公司共同开展的“LNG罐箱水陆联运试点项目”组织了国内知名的4家低温容器制造厂商参加性能竞赛。

2016年9月～10月，在江西某公司对2台40呎LNG集装罐箱按本实用新型所述一种高效真空多层低温绝热结构的包覆方法进行包覆，其绝热被共分为15层绝热被子单元。在夹层抽空结束后，产品运至九江某堆场进行无损储存测试。同时进行测试的还有该公司实施自有绝热结构及包覆方法制造的2只同规格LNG集装罐箱，以及其余3家制造厂制造的12只同规格LNG集装罐箱。参试罐箱规格及设计参数均相同，安全阀动作压力0.8MPa。参试罐箱采用相同的测试方法和要求，基本流程为加注→热平衡→关阀→无损储存→安全阀起跳，试验结束。根据注液时间不同，热平衡后封罐时间分别为2016年12月27日和28日。测试结束时间为2017年6月18日，结束时仅剩3台罐箱安全阀尚未起跳，其中就有两台使用本实用新型技术的罐箱，充装LIN(液氮)介质和LNG(液化天然气)介质的罐箱维持时间分别为173天和172天，试验结束时罐内压力分别为0.56MPa和0.27MPa；以安全阀动作压力0.8MPa计算，该两台罐箱计算维持时间分别为LIN介质221天、LNG介质458天。第三台未起跳罐箱介质为LNG，结束时维持时间172天，结束时罐内压力0.71MPa，该罐箱最终于184天时安全阀起跳。江西某公司自制的另外两台罐箱测试维持时间分别为LIN介质71天、LNG介质123天。详情见表1：

表1：维持时间测试记录表

上表仅列举2017年6月18日现场安全阀未起跳公司罐箱数据。由上表可见，同为九江X公司4台参试产品，2台实施本实用新型技术的罐箱和未实施本实用新型技术的罐箱相比，维持时间分别增加了210％(LIN介质)和270％(LNG介质)。

表2系本实用新型实施江西X公司产品和国内其他主流罐箱产品主要技术指标，以及国标要求，表中低温性能参数为实测值。目前国内主流LNG罐箱性能指标参见：《多式联运LNG罐箱低温性能指标确定及测试分析》(周伟明、沈铣、滕俊华)，发表于《压力容器》2018年第35卷第8期。作者于2017年-2018年对5家国内主流LNG罐箱生产厂家生产40呎LNG罐箱进行低温性能测试后得出一系列结论。

表2 本实用新型实施40呎LNG罐箱和国内主流罐箱维持时间比较

表1和表2数据表明本实用新型高效真空多层低温绝热结构的包覆方法可以使实施产品绝热性能成倍提高，该绝热性能完全可以使实施产品杜绝BOG现象，解决困扰行业的基本问题，具有相当的社会效益。本实用新型实施40呎LNG集装罐箱维持时间可达300天以上，完全具备战略储备能力，具备相当的国家安全效益。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种高效真空多层低温绝热结构，包括内容器和外容器，内容器包括筒体和焊接在筒体两端的封头，内容器和外容器之间通过支承连接，内容器和外容器之间形成真空夹层，内容器上设有贯穿外容器的管路，一端封头处设有吸附舱，其特征在于：所述的筒体的外表面及筒体两端封头的外表面均设有绑扎固定环；所述的筒体外侧包覆有若干层筒体绝热被，筒体绝热被与筒体外表面的绑扎固定环绑扎连接，筒体两端的封头外侧均包覆有若干层封头绝热被，封头绝热被与封头外表面的绑扎固定环绑扎连接，支承的外侧包裹有支承绝热被，管路位于真空夹层的部分外圈包裹有管路绝缘被；

每层筒体绝热被和封头绝热被均由绝热被子单元拼接而成，同层筒体绝热被中相邻绝热被子单元的起始端错开，环状拼缝处重叠，相邻两层筒体绝热被的环状拼缝及纵向拼缝均相互错开，同层的筒体绝热被和封头绝热被拼缝处重叠，相邻两层封头绝热被的径向拼缝错开，相邻两层筒体绝热被和封头绝热被的环向拼缝错开；最外层筒体绝热被和封头绝热被用无碱玻璃纤维带绑扎。

2.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的支承绝热被和支承绝热被均由若干层绝热被子单元复合而成。

3.根据权利要求2所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的绝热被子单元包括间隔材料和反射材料，间隔材料和反射材料逐层复合，每块绝热被子单元包含3～5层反射材料；间隔材料边缘超出反射材料边缘3～5mm，反射材料上设有若干透气孔，透气孔总开孔面积不超过反射材料面积的千分之三。

4.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的管路绝缘被中包括20～30层反射材料；所述的支承两端放置10层反射材料的绝热被子单元。

5.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的内容器筒体外表面点焊两排绑扎固定环，同一排绑扎固定环每间隔300mm～1000mm设置一个，两排绑扎固定环的圆形角为60°～120°；所述的内容器两端封头的外表面各点焊一圈绑扎固定环。

6.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的同层筒体绝热被中相邻绝热被子单元的环状拼缝重叠50～100mm。

7.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的同层的筒体绝热被和封头绝热被的拼缝重叠50～200mm。

8.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的相邻两层筒体绝热被的环状拼缝相错≥200mm，纵向拼缝相错≥500mm；相邻两层封头绝热被的径向拼缝相错≥15°，相邻两层封头绝热被和筒体绝热被的环向拼缝相错50～100mm。

9.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的无碱玻璃纤维带呈“井”字格状捆扎，相邻无碱玻璃纤维带间距300mm～500mm。

10.根据权利要求1所述的高效真空多层低温绝热结构，其特征在于：所述的封头绝热被的对应吸附仓的位置开设有若干孔径为2~10mm的透气孔。

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