随着我国LNG终端产业的迅速发展，中小型LNG储罐作为储存液化天然气的关键设备日益得到广泛的应用，而由于LNG储存温度与环境温度的温差极大，为了延缓LNG汽化，减少安全阀起跳排放或者人为向外排放天然气的次数，要求储存LNG的低温容器必须具有良好的绝热性能。
目前低温容器常见的绝热方式主要是高真空多层绝热和真空粉末绝热，LNG卧式储罐常采用的是真空粉末绝热。本文对影响LNG卧式储罐（绝热材料为珠光砂）绝热性能的因素进行了分析，并提出一些保证及改善措施，供相关产品研发人员参考。
1 影响绝热性能的因素
影响真空粉末绝热容器绝热性能的因素是多方面的，但在绝热材料和内外容器连接结构等确定的条件下，真空度是的影响容器绝热性能的最大因素。以LNG卧式储罐为例，通过珠光砂绝热层所传的热量约占总漏热的83%，而绝热层的漏热量与绝热材料的导热系数成正比[1]，理论上，当夹层内真空度为13.3Pa时，珠光砂的导热系数是常压下的1/15左右，真空度低于此值后，导热系数迅速升高，因此保证真空粉末绝热储罐绝热性能的关键的就是维持夹层的真空状态。
表1 珠光砂在不同压力下的热导率[2] [3]
1.1夹层抽真空的影响
在低温容器漏放气速率一定的条件下，采用适当的抽空结构以及对应的抽空工艺将夹层抽至合适的真空，是保证真空度的关键，同时也可以大大缩短产品的制造周期。
1.2夹层内材料放气的影响
在真空状态下，夹层内材料如珠光砂自身吸附的气体会随着时间自然的放出，为了保证及延长低温容器的真空寿命，就需要设置盛装有吸附剂[4]的吸附器来吸附放出的气体。
2 设计和制造中的保证及改善措施
2.1内、外容器的处理
在内、外容器组装前，应对夹层空间的表面进行除油、除锈等清洁处理，减少夹层在真空状态下气体的释放量，从而减少抽空时间和维持夹层真空。内容器及其管路表面用丙酮或无水酒精清洁表面，外壳内表面进行打砂除锈露出金属光泽，并尽快进行套装，同时在形成夹层密闭空间前，对开放的的夹层空间采取有效的遮挡，防止有害杂质污染夹层；还应在珠光砂填充前用干燥的热空气（氮气）对夹层进行烘干，进一步减少夹层空间对真空的影响。
2.2珠光砂的填充处理
珠光砂是一种多孔性绝热材料，很容易吸水和空气等杂质，如果不做处理的直接填充，严重影响容器的抽空时间和真空状态，所以需在填充前对珠光砂进行干燥处理，并尽快进行密闭式的填充；即使这样，珠光砂吸附气体和水分也无法彻底清除，而这些水分和气体随着时间慢慢释放，所以为了加快珠光砂自然放气的过程，可采用干燥、纯净的热氮气（空气）多次置换或加热内罐体的措施（两者同时采用效果更好），可大大减少了夹层抽真空的时间。
2.3抽真空结构的设置
LNG储罐夹层在填充完珠光砂之后，由于珠光砂在夹层形成阻力，阻止了夹层内气体的流动，为了让夹层内的气体容易被抽出，必须设置专门的抽真空通道，即采用特制的抽真空结构，将抽真空口延伸至夹层珠光砂的内部。
从接触面、结构刚度、制造方便等方面综合考虑，60m3LNG卧式储罐采用了“○”形的多孔管缠绕结构。“○”形的多孔管上重叠缠绕玻璃丝布和不锈钢筛网，从夹层的一端铺设到夹层的另一端，同时在夹层每个周向截面上对称设置两个抽空管路，保证在夹层珠光砂填实后，气体以短路径、小阻力快速高效地扩散进入抽空过滤管道内。该抽空结构简单，抽空效率高，抽空彻底，延长了真空寿命。
2.4低温吸附器的设置及改进
低温吸附器是在设备漏放气速率一定的情况下，用来提高和维持夹层真空度一个不可或缺的部件，吸附器里面的分子筛可以在低温条件下吸附设备在使用期间夹层空间内的气体，它吸附性能的好坏直接影响着夹层真空度的高低及保持时间。
LNG卧式储罐设置的低温吸附器如图1所示，在夹层达到一定的真空度时，打开防爆口的防爆盖，将防爆口处的预设的分子筛充装管拉出后，将活化处理后的分子砂倒入吸附器，在这个过程中分子砂暴露在空气中，不可避免的会吸收空气中一定量的水汽，对低温吸附器的吸附性能会产生一定影响，同时由于这种靠分子筛重力充装的方式速度较慢，进一步加剧了对吸附器性能的影响，而且分子筛更换操作复杂。
图1
为了保证吸附器发挥其最佳性能，改进后的吸附器装置如图2所示，在低温吸附器上部和中部分别固定设置分子筛充装管和真空管，并将真空管和分子筛充装管在防爆口侧的管端开制外螺纹，同时加装螺纹管堵；在达到一定的真空度时，打开防爆口的防爆盖，将真空管和分子筛充装管管端的螺纹管堵去除，分别用带截止阀的波纹管连接，先从真空管口通入一定量氮气进行置换后，再将真空管和分子筛充装管的波纹管分别连接真空泵和分子筛（活化处理过）储存设备，启动真空泵并缓慢将分子筛充装口的截止阀打开，在负压的作用下，分子筛会迅速不断装入低温吸附器中，待分子筛填充完后，先拆除连接分子筛充装管的波纹管并用螺纹管堵封口，然后关闭真空泵，拆除连接真空管的的波纹管并用螺纹管堵封口。
分子砂在封闭的环境下依靠负压进行充填，与空气基本不接触，可以保证活化处理过的分子砂的吸附性能不受影响，同时更换分子筛也简单方便，降低了维护成本。
图2
3 结语
本文结合LNG卧式储罐的设计、制造经验，对影响设备绝热性能的因素进行分析，并提出了相应地保证及改善措施，大大缩短了抽真空时间，延长了真空寿命，降低了设备使用过程的真空维护成本和LNG无效放散。
参考文献：
[1] 陈国邦,张鹏.低温绝热与传热技术.北京:科学出版社,2004.
[2] 徐烈,朱卫东,汤晓英.低温绝热与贮运技术.北京:机械工业出版社,1999.
[3] 王忠建,焦安军.低温用膨胀珍珠岩绝热性能的实验研究.深冷技术,2001(4) :13～16.
[4] GB/T 18442.3-2011固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分:设计.中国标准出版社,2012.
