小型低温储罐供气系统结构现状及优化方向

惠阿玲+刘彬彬+杨帆

摘 要：概述了目前市场上1-5立方低温供气系统的结构现状及主要特点，基于现有的小型立式低温储罐与低温绝热气瓶[1]及焊接绝热气瓶等结构特点提出快易冷供气系统结构的优化方向，为产品的改进提供应用价值。

关键词：低温供气系统；小型立式低温储罐；低温绝热气瓶；优化方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.225

1 小型低温储罐供气系统简介

1～5 m?低温储罐作为一种低温绝热压力容器，主要用于运输和存储液氧、液氮、液氩及LNG等低温液态气体，并能够自动提供连续的气体。低温液体要保证其在储罐内不被汽化，需要从物理学的热传导、热辐射、热对流[2]三方面进行考虑，与低温绝热气瓶相同的，小型低温储罐需设置双层结构。其一，夹套内被抽成高真空有效防止热对流；其二，内容器外壁缠有多层绝热材料有效防止热辐射；其三，内容器与外壳之间相连的支撑部分设置有环氧玻璃钢衬套有效阻止热传导，三者共同形成良好的绝热系统。

该类储罐外部设有自增压系统与汽化系统，可直接安装于水平面、置于用气设备旁，输气距离短，供气压力稳定，用户可根据实际使用情况进行用气压力的调节；广泛应用于切割、焊接、低温实验室、医院等领域。该类产品存储量是普通钢瓶（210L）的5～24倍左右，可有效避免频繁更换钢瓶产生的时间耗费、液体损耗及操作风险。

2 小型低温储罐供气系统结构现状

小型低温储罐供气系统是一种小型低温供气站，又称快易冷装置或速必达产品等，其立式结构主要分为三部分：支撑结构、夹层管路系统及外部阀门管路系统，以下就这几个方面对其现有结构进行总结对比。

2.1 支撑结构

支撑结构包括顶端支撑结构及底端支撑结构，内容器与外壳之间通过支撑结构相连，并对内容器进行限位，其中一端为固定端，一端为自由端。

图1所示顶端为固定端（又称顶端吊拉结构），底端为自由端。图1.1所示顶端支撑结构[3]，其一，在内集管器下端设置一封盖，阻隔了内集管器与内容积之间的大部分通道，使得内容器中的低温气体无法大量的参与到外集管器与外界环境的热交换中，有效降低了内容器的冷损，抑制漏冷，提升了储罐的保温效果；其二，外集管器与内集管器直接连接的颈管其外部缠绕绝热层，近似认为与颈管无热交换，为抑制颈管与内集管器之间发生的热交换，可以适当增加两者之间的厚度差，在满足强度要求的前提下，可减小颈管壁厚；两者结合更有利于液体的存储及运输。图1.2所示底端支撑结构[4]，其与图1.1所示顶部支撑结构配套使用，应用于10m?以下的立式平底储罐又称快易冷立式平底储罐，其底部支撑钉与轴套间隙配合，通过限位板限定内容器沿径向晃动，同时轴套采用环氧玻璃钢材质其热导率较金属大大减少，可有效减少热量传输。

圖2所示顶端为自由端，底端为固定端。图2.1所示顶端支撑结构，其颈管与内容器不相通，可达到与图1.1相似的作用，颈管在限位管的作用下可防止径向晃动，但其无法控制轴向位移及周向转动；图2.2所示后端支撑结构[5]依靠重力作用使得内容器与外壳之间轴线方向固定，下管座与支撑管采用间隙配合，同时设置有销轴防止内容器周向运动，同时支撑管采用环氧玻璃钢材质。图2.1所示顶端支撑结构与图2.2所示后端支撑结构需配套使用，方可达到固定内容器的作用。此种支撑结构稳定性较图1所示结构较差。

2.2 夹层管路系统及外部阀门管路系统

图3所示为现有夹层管路系统及外部阀门管路系统结构形式。图3.1所示其内容器与外壳连通的所用管线均经过真空夹层，出液管路与底部进液管路集成为一体，设计加长“U型”热桥，可有效降低热导[6]；图3.2所示外部阀门管路系统布置较为集成且合理，节省空间的同时可方便安装及用户操作。

另一种结构类似于大型立式储罐，采用立式支座形式，所有阀门均安装于储罐底部进行操作，结构及生产制造工艺均较为复杂，图1.1所示顶部支撑结构常出现在此类结构中。

3 小型低温储罐供气系统结构优化方向

鉴于此类小型低温储罐供气系统需求量日渐提升，并且相关技术日趋成熟，其内部结构将会越来越倾向于焊接绝热气瓶及低温绝热气瓶向制造便捷化方向发展，外部操作系统越来越倾向于智能化、人性化方向发展。基于以上结构的总结，提出以下结构优化方向。

（1）夹层管线优化：除液位计及增压出液管线外的其余夹层管线可设置于颈管内，同时可设计为直管，以便于弯制及焊接，同时顶部充装管伸入内容器端焊接封板，其侧面钻小孔，小孔累计面积不小于充装管的截面积，在充装液体时可使内容器均匀冷却。

（2）外集管器优化：其可设计为上、下联轴器，下联轴器直接与外顶封头连接，周向设置液位计液相出口、液位计气相出口、经济回路口，上、下联轴器之间通过螺纹连接，中间设置密封垫，下联轴器周向设置顶部充装口、底部充装口、溢流口、出液口。

（3）外部阀门管路系统可在图3.2基础上增加智能化操作平台，更有利操控、提高操作安全性。

参考文献：

[1]区建霞.液化天然气（LNG）车用瓶[J].广东化工，2014（06）.

[2]陈国邦，张鹏.低温传热与传热技术[M].北京：科学出版社，2004.

[3]张建.小型低温容器[P].CN205372058U，2016（07）06.

[4]赵伟.立式平底罐底部限位装置[P].CN103935654A，2014（07）23.

[5]朱国忠.低温贮罐中内容器的支撑装置[P].CN101737623A，2010（06）16.

[6]尹忠浩.一种小型低温储罐[P].CN202791316U，2013（03）13.endprint