深冷真空绝热容器标准技术发展与展望

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)全国锅炉压力容器标准化技术委员会 作者:周伟明

  深冷真空绝热容器包括固定式深冷容器和移动式深冷容器二大类,结构型式多种多样,深冷容器的规范设计和制造,以及安全运行,需要多项关键技术,包括结构设计技术、低温绝热技术和标准化技术。深冷真空绝热容器的标准化技术发展可为我国低温储运行业快速规范发展起到一定的促进作用。

  引言

  伴随着低温技术发展的100 多年历程,以及低温技术的不断进步,气体工业取得了快速发展。液氧、液氮、液氩、液氦、液氢、液化天然气等低温液体的应用已从机械、石油、化工等行业,扩展到了能源、环保、造船、交通、生物、航天等领域,需求量也在逐年快速递增。同时,随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强,液氢、液化天然气等清洁能源的推广与应用已成当今社会能源领域的发展重点。随着低温液体的广泛应用,带动了深冷真空绝热容器( 以下简称“深冷容器”) 的快速发展,目前深冷容器已经发展成为压力容器行业增速最快、发展最有前景的产业。

  为了确保我国深冷容器行业快速、健康的发展,在国际贸易全球化趋势下,我国需要加强对ISO、欧盟和美国深冷容器标准体系及相关标准的分析研究,掌握世界深冷容器标准化技术发展方向; 并且,通过相关的基础技术研究工作,建立和完善我国深冷容器标准体系。

1、深冷容器产业现状

  从深冷容器行业现状来看,欧盟、俄罗斯、美国和日本等发达国家代表了国际深冷容器的发展前沿,在欧洲有15 个主要的深冷容器制造商,俄罗斯有7 个主要的深冷容器制造商,美国有3 个主要的深冷容器制造商,澳大利亚也有3 个主要的深冷容器制造商。美国查特、俄罗斯ISC 深冷机械和日本AW 等均代表规模较大的深冷容器制造企业。同样,随着我国国民经济的快速发展,以及法液空、梅塞尔、林德、BOC、普莱克斯、AGA、日酸、APCI 等世界上八大著名的跨国气体公司进驻中国市场,中国已成为了深冷容器的制造和使用大国,具有深冷容器制造能力的大小制造商近百家,除了中集安瑞科集团下属四家企业( 中集圣达因、石家庄安瑞科、南通中集和荆门宏图) 、富瑞特装、杭氧、南京晨光、川空等国内大型制造企业之外,美国查特和泰勒华顿分别在中国有制造工厂。据不完全统计,在世界范围内固定式真空绝热容器在役数量已超过了27 万台,移动式真空绝热容器在役数量已超过了3 万台。近年来,中国深冷真空绝热容器的市场需求以每年15% 左右的速度增长,2011 年销售额已达到50 亿元以上,约占世界同类产品销售额的1 /3。

  从深冷容器的制造能力来看,世界上固定式真空绝热容器的最大容积已达到了1000 m3,在美国、俄罗斯,已使用真空绝热技术制造深冷球罐,特别在火箭发射场用于盛装液氧、液氢等深冷液体,其容积最大可做到2500 m3。然而,我国固定式真空绝热容器目前在工厂完成制造的最大容积为500 m3,以容积在250 m3及以下的立式容器为主,我国只有少量真空粉末绝热的球罐案例。并且,其固定式真空绝热容器的工作压力一般在0.8 ~ 1.6 MPa,为了满足气瓶充装或高压供气的需求,也会把工作压力要求提高到3. 5 MPa左右。固定式真空绝热容器的绝热方式以真空粉末绝热为主,有关真空纤维绝热和高真空多层绝热的应用将逐渐增多。

  移动式深冷容器按运输方式,将其分为:铁路罐车、汽车罐车、罐式集装箱、船用深冷容器、航天深冷容器等。在美国、日本、俄罗斯等发达国家,铁路罐车是长途运输低温液体和LNG 的重要工具。如俄罗斯JSC“Cryogenmash”生产的铁路罐车,其容积可达108 m3

  但是,目前我国民用低温液体尤其是液化天然气还不允许在铁路进行运输,因此,汽车罐车成为了我国低温液体以及LNG 运输主流。目前我国真空绝热汽车罐车的最大容积仅能做到55 m3左右。

  罐式集装箱一般以20 英尺的工业气体罐箱和40 英尺的LNG 罐箱为主,也有30 英尺和43英尺等规格。随着LNG 清洁能源的推广应用,船用LNG 燃料罐、加注船用罐、LNG 运输船等需求量越来越大,目前国内已有产品可做到250 m3 以上。

  移动式深冷容器的工作压力一般不超过1.6MPa,其绝热方式以真空纤维绝热,或纤维与多层复合绝热的方式为主。为了确保移动深冷容器运输周期和无损储存时间,其罐体静态蒸发率一般控制0.2% /d 以下,维持时间要求在8 周以上,并且,移动容器轻型化设计理念越来越被广泛接受。

3、我国未来深冷容器标准化工作重点

  (1) 国际化将是我国深冷容器标准的发展方向

  在未来我国深冷容器标准制修订工作中,将以提高标准的效率和经济性作为提高竞争能力为手段,充分借鉴国际标准和国外先进标准,确保在材料使用、设计、制造、安全防护、新技术采用等方面接近国际先进水平,确保我国深冷容器产品的质量、成本等诸多方面具有国际竞争力,确保我国由深冷容器制造大国向制造强国发展。

  (2) 进一步梳理我国深冷容器的相关标准

  根据我国深冷容器标准化体系框架,以及新确立的深冷容器标准体系建设要求和原则,对我国现有深冷容器标准进行梳理,将有问题、矛盾或重复的标准进行废除、修改或整合,消除标准与标准之间存在的不和谐因素。

  (3) 进一步促进相关法规与标准之间的和谐

  在我国深冷容器标准体系的建设上,还需明确和理顺法规与标准的相互关系。并且借鉴欧盟的做法,在法律法规方面给出保证深冷容器的基本安全要求,在标准方面给出深冷容器产品的具体的技术指标和要求。标准要求以法律法规的基本要求为前提,产品满足了相应的标准要求,则能满足法律法规的基本要求。

  (4) 加快深冷容器的相关标准的制修订工作

  根据我国实际情况,需加快深冷容器的相关标准的制修订工作,特别是深冷容器标准在安全运行标准、深冷容器用材料(包括绝热材料) 标准、低温系统用安全附件和设备附件以及非真空绝热容器标准等的修订。在未来深冷容器领域将有27 项重点标准需要制修订,其制修订计划如表14 所示。

表14 深冷容器重点标准制修订计划

深冷容器重点标准制修订计划

深冷容器重点标准制修订计划

  (5) 按规定做好标准的有效性审查工作

  从我国现有的国家标准和行业标准可以看到,由于没有统一的标准归口管理单位,标准的有效性审查和修订工作比较滞后。因此,需要在国家标准化管理技术委员会领导下,统一归口单位,建立良好的运作模式,将标准的有效性审查工作应当做到常态化,保证标准的有效性、时代性和先进性。

  (6) 加强深冷容器标准技术的基础研究

  通过推进深冷容器领域的基础科研工作,提高标准技术水平,提升我国深冷容器产品的国际竞争能力。如深冷容器- 气体和材料的相容性试验方法研究、典型深冷容器用材低温韧性测试研究、奥氏体不锈钢低温性能的提高、奥氏体不锈钢应变强化制深冷容器技术研究、深冷容器安全阀及爆破片失效原因分析等。在充分掌握相关技术的基础上,逐步推进相关技术的应用,尽快将相关技术列入相关固定及移动式深冷容器标准中,从而提高我国产品的竞争力。因此,我国未来重点基础研究课题计划见表15。

重点基础研究课题计划

表15 重点基础研究课题计划

  (7) 积极参与国际标准事务,增加对深冷容器国际标准制修订的影响力

  通过参与ISO/TC 220 国际标准化事务,充分实现我国相关权力和利益,将有利于我国深冷容器行业发展的安全技术要求融入到国际标准的制修订过程中,逐步加强我国深冷容器行业对国际标准的影响力,提高中国在ISO/TC 220 的地位和话语权。因此,应做好以下几个方面的工作:

  1) 积极参与由ISO/TC 220 组织制修订的深冷容器标准的评议和表决;

  2) 组织国内专家参加ISO/TC 220 的年会和专题研讨会;

  3) 积极推进国际标准纳入我国不锈钢牌号;

  4) 跟踪ISO/TC 220 的动态,及时公布相关信息。

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