LNG罐車夾層真空度影響因素及處理方法

高小琦，趙 波，李昳心

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院，陜西西安 710065）

1 在用LNG罐車夾層真空度影響因素分析

夾層真空度變化的主要原因是外筒體漏氣和夾層材料放氣。LNG（liquefied natural gas，液化天然氣）罐車在實(shí)際使用過程中，由于其使用的不確定性，及出廠制造時遺留問題，外筒體漏氣在真空度超標(biāo)的車輛中比較常見。部分罐車在設(shè)計時將加強(qiáng)筋置于外筒體外部（圖1a），這種設(shè)置由加強(qiáng)筋與外殼角焊縫開裂引起外筒體漏氣的情況時常會發(fā)生，加強(qiáng)筋置于外側(cè)時，其與外筒體的連接方式是角焊縫間斷焊接，由于此種焊接導(dǎo)致加強(qiáng)筋與外筒體的密封性比較差，所以會導(dǎo)致外界雨水進(jìn)入加強(qiáng)筋內(nèi)部，加強(qiáng)筋內(nèi)部的水分在環(huán)境溫度降至零度以下時會結(jié)冰膨脹，導(dǎo)致加強(qiáng)筋變形，從而引起外加強(qiáng)筋和外筒體角焊縫處撕裂現(xiàn)象，致使外筒體漏氣，引起夾層真空度超標(biāo)。另一種是將加強(qiáng)筋置于外筒體內(nèi)部（圖1b），該種設(shè)置整體密封性比較好，雨水等其他介質(zhì)不易進(jìn)入，若非外部機(jī)械損傷，一般不易產(chǎn)生外筒體撕裂性損傷。

圖1 罐車加強(qiáng)筋設(shè)計位置

LNG罐車在設(shè)計時會考慮到意外情況下，夾層瞬間失真空狀態(tài)致使內(nèi)筒壓力短時急劇升高，基于該情況，廠家會在內(nèi)外筒體前封頭或后封頭預(yù)留防爆口，防爆口在夾層真空狀態(tài)形成之后，靠夾層真空牢牢吸住密封元件使得內(nèi)外筒體得以實(shí)現(xiàn)密封。密封件在使用中隨著罐車的振動及外界環(huán)境的影響，會出現(xiàn)老化及密封不嚴(yán)的情況，該現(xiàn)象也會使夾層真空出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

在用LNG罐車真空隔離閥、真空規(guī)管（圖2）出廠安裝時會用密封膠密封，隔離閥、真空規(guī)管在進(jìn)行真空度測量時會進(jìn)行手動開關(guān)操作，操作力度的大小、密封膠的老化程度也直接影響到真空隔離閥、真空規(guī)管的密封性能。此外抽完真空度之后，若抽真空口密封不嚴(yán)（圖3），也會造成夾層真空度快速升高。

接管與外筒體連接部位焊縫在出廠時進(jìn)行滲透檢測，已排除表面缺陷的存在，但焊縫內(nèi)部質(zhì)量不容易把控，接管與外筒體焊縫如果在制造時存在內(nèi)部缺陷，罐車在使用過程中管路部分會經(jīng)受-162℃（液化天然氣溫度）與環(huán)境溫度的交替溫度變化，在大范圍溫度變化之下，焊縫處會產(chǎn)生比較大的交變應(yīng)力，加之罐車在運(yùn)行過程中的振動，內(nèi)部原始缺陷可能會擴(kuò)展，從而形成貫穿整個焊縫厚度的裂紋。裂紋的存在會導(dǎo)致失真空現(xiàn)象（圖4），此外還有事故撞擊造成外筒體破損等。以上幾種情況主要是夾層快速失真空的情況。

另外一種就是夾層材料放氣。罐車在制造過程中會經(jīng)過嚴(yán)格的過程控制，內(nèi)筒體在和外筒體套和之前會經(jīng)過加溫處理，目的是將奧氏體不銹鋼（S30408）在出廠時聚集在內(nèi)部的氫氣通過加溫使其擴(kuò)散出來。同樣夾層中放置的鋁箔和絕熱紙也要進(jìn)行加溫烘干處理，便于鋁箔和絕熱紙中殘留的水分、氫氣及其他氣體擴(kuò)散。夾層中添加的吸附劑在置入夾層之前也會經(jīng)過活化處理，但是LNG罐車在使用過程中由材料制造烘干、吸附劑活化不到位的情況都會導(dǎo)致夾層材料放氣量大于吸附劑吸附量，所以會導(dǎo)致夾層真空度超標(biāo)。

LNG罐車夾層中在出廠時會放置一定量的吸附劑主要是PdO（氧化鈀）和分子篩，在高真空及低溫環(huán)境下（-162℃），分子篩能有效的吸附空氣中的水分，以及氮?dú)狻⒀鯕夂蜌鍤?，但是對氫氣、氦氣和氖氣，不能有效吸附。在用LNG罐車夾層材料放氣的主要成分是氫氣，并且在用低溫罐車夾層內(nèi)材料的放氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外筒體實(shí)際的漏氣量，可見氫氣是影響夾層真空度的主要原因。而一氧化鈀是一種穩(wěn)定的化合物，對于氫氣的吸附量大、性質(zhì)穩(wěn)定目前廣泛應(yīng)用于大多數(shù)高真空多層絕熱低溫液體儲罐中。

圖2 在用LNG罐車真空隔離閥、真空規(guī)管

圖3 抽真空口密封不嚴(yán)

圖4 失真空

分之篩在低溫低壓下對氫氣的吸附效果并不明顯，并且受到條件的限制。因?yàn)?，分子篩主要對非極性分子中的一部分和沸點(diǎn)低的物質(zhì)，其很難吸附，但對于極性分子和不飽和分子具有較高的親和力；尤其對于水分，其具有很大吸附量。

2 夾層真空度超標(biāo)罐車處理方法

在用LNG罐車使用過程夾層中的兩種吸附劑會存在吸附飽和的情況，一旦吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)，在空載或是外筒體溫度升高時，其分子篩會釋放出已吸附的水分，這將致使夾層真空度繼續(xù)升高。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中一般選擇在每天溫度最高時對夾層真空度進(jìn)行測量。對于LNG罐車真空度偏高原因確實(shí)是因?yàn)槲絼╋柡偷那闆r，可通過對外筒體加溫+抽真空處理，但此種方法具有一定的局限性，并且該方法真空度維持時間比較短?，F(xiàn)在部分廠家的做法是在外筒體后封頭或前封頭上開孔并加裝常溫吸附室（圖5），通過該方法可以有效地解決因吸附劑飽和而引起的真空度超標(biāo)問題。

LNG罐車的安全運(yùn)行受到多種因素影響，夾層真空度是罐車安全性能、低溫性能的一種直觀體現(xiàn)，分析確定出夾層真空度影響因素及處理方法對于使用單位及檢驗(yàn)單位意義重大。

圖5 加裝常溫吸附室