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液化天然气汽车罐车外壳结霜,原因究竟为何?

2022-03-16

本文从真空多层夹层真空度、保温层材料、结构、现场结霜的位置和形状等方面对液化天然气汽车罐车外壳结霜现象进行了详细分析。结合真空保温压力容器和管道外壳结霜的原因,判断结霜原因是真空多层保温材料脱落导致热流短路。分析结果为维护方案提供了参考。


1背景介绍


2018年3月,在天津市武清区对一家燃气公司的液化天然气汽车罐车进行检查时,发现罐体外表面有结霜。结霜部分为罐体左下角夹层支撑外壳固定盖,位置外观无变形,无外壳开裂。根据初步数据审查,罐车的保温结构为真空多层保温。与用户负责人沟通,得知罐车未发生事故,未进行维修改造。


2结构分析


通过对天然气汽车罐车结构的数据审查和外观检查,罐车采用8点支撑结构。查询制造单位专利,支撑结构为径向支撑。支撑结构分为两组,每组有4个支点,如图1所示。8点支撑是卧式移动压力容器常用的支撑结构。8点支撑的一端为固定端,另一端为滑动端,如图2所示,用于释放内容器热膨胀和冷收缩的变形。为了保护系统管道,固定端一般为后端,靠近操作箱。


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根据制造单位的另一项专利,真空夹层的支撑结构具有以下特点:外容器支撑开口、固定碗固定盖、固定盖内碗底固定玻璃钢支撑外端、内容器外壁夹层抽真空,如图3所示。


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天然气汽车罐车的真空多层结构由玻璃纤维纸和铝箔制成。缠绕时采用玻璃纤维纸和铝箔的形式。为了保持夹层的真空度,在夹层空间中设置分子筛吸收装置。


3同类型事故案例


赵洲等人在分析发射场真空多层管道局部结冰现象时指出,天然气汽车罐车局部结冰现象可能是由材料放气、接口泄漏或短路引起的。特别指出,内外壁间隔太小,保温玻璃纤维布与外管壁连接是短路的原因。


李丽红等人分析了预冷过程中天然气汽车罐车外罐壁1万m3LNG储罐的结霜现象。夹层内的管道、支架等结构件为形成保温材料的空腔创造了有利条件,而冷却是由于填充过程中保温层的空洞造成的。


钱红华等人分析了立式低温储罐结霜的原因,认为天然气汽车罐车长途运输后保温材料沉降,使跑冷严重结霜。


4结霜原因分析


结霜的原因有两种:


(1)内容器焊缝或母材在低温下产生裂纹、砂眼等缺陷。内部低温液体或气体泄漏,导致外壳温度下降,结霜;


(2)天然气汽车罐车长期运输后,夹层保温结构受路面颠簸影响脱落。局部区域的隔热能力大大降低,这部分的传热率增加,导致霜冻。


通过对结霜部位的观察,发现结霜部位具有以下特点:


(1)结霜部位为罐体左后内容器支撑结构与壳体连接处;


(2)天然气汽车罐车结霜区形状为圆形;


(3)结霜部位无开裂,无明显变形;


(4)夹层真空度经检测符合要求。


夹层真空度符合要求,因此不可能是内容器破裂低温介质泄漏引起的局部低温。由于壳体结霜部分与壳体连接处内容器支撑结构一致,推断结霜原因是保温层脱落,天然气汽车罐车局部保温能力大大降低,漏冷严重,局部温度降低,导致结霜现象。


5保温结构脱落的原因


天然气汽车罐车保温层脱落接近内容器支撑结构。天然气汽车罐车通常使用8点支撑作为真空夹层支撑结构。为了保护管道,后部为固定端,内容器焊接管固定支撑。支撑结构本身占据了一定的空间,真空多层缠绕绝缘层不能在这里正常铺设。在制造过程中,需要在支撑位置打开绝缘层,以避免支撑位置,并重新包裹绝缘层。因此,在支撑结构的支撑部分,保温层与其他部分的保温层相互分离。


在天然气汽车罐车的长期公路运输中,由于路面颠簸,保温层受到路面振动的影响,变得越来越松散,从原来的位置脱落,如图4所示。保温层脱落后,支撑结构暴露在夹层空间中,脱落的保温层与外壳接触产生短路,降低了保温能力。因此,有霜冻。


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