液化天然氣半掛運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

詹杰元，周小剛，張 振

（渤海裝備制造有限公司石油機(jī)械廠，河北任丘 062550）

0 引言

液化天然氣（LNG）的主要成分是甲烷，是國(guó)內(nèi)最清潔的石化能源，它無味、無色、無腐蝕性且無毒。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)及民用行業(yè)對(duì)燃料需要的劇增，以及國(guó)家環(huán)保的需求，液化天然氣在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來越廣，LNG 運(yùn)輸半掛車與站用低溫儲(chǔ)罐必將得到廣泛的應(yīng)用。然而渤海裝備公司內(nèi)部尚無一家單位可以制造該類產(chǎn)品，為了在市場(chǎng)中占有一席之地，特進(jìn)行液化天然氣半掛運(yùn)輸車及其低溫儲(chǔ)罐的研制。

1 主要研究?jī)?nèi)容

研制的車罐內(nèi)裝載介質(zhì)液化天然氣，儲(chǔ)存溫度-162 ℃，一次可裝載44 m3，相當(dāng)于2.7×104m3天然氣。該車的核心在于罐體，除了“暖水瓶膽”式的內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，罐體采用高真空多層絕熱，夾層封結(jié)真空度為0.01 Pa，就此容積同類罐車而言，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)數(shù)量級(jí)；罐體借鑒航天技術(shù)增設(shè)低溫吸附裝置，在抽真空過程中氣體開啟，可使罐體真空保持時(shí)間較同類產(chǎn)品延長(zhǎng)2年。避振系統(tǒng)采用空氣懸掛，采用ABS 制動(dòng)系統(tǒng)，適應(yīng)崎嶇的山地情況?？杉友bGPS 全球定位系統(tǒng)。

液化天然氣獨(dú)有的特性就是-162 ℃的低溫，所以準(zhǔn)備采用高真空多層絕熱工藝對(duì)車輛的儲(chǔ)罐進(jìn)行處理，儲(chǔ)罐內(nèi)罐材質(zhì)優(yōu)選0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼，外部罐體優(yōu)選低合金鋼鋼板。該液化天然氣半掛運(yùn)輸車包括罐內(nèi)儲(chǔ)液進(jìn)排管網(wǎng)、進(jìn)氣排氣管網(wǎng)、儲(chǔ)罐增壓器、儀表控制單元、緊急截?cái)嚅y及其控制系統(tǒng)、罐車安全系統(tǒng)等。由于液化天然氣具有易燃易爆的特點(diǎn)，該運(yùn)輸車采取了以下的安全措施：緊急切斷控制系統(tǒng)，安全閥，阻火閥，導(dǎo)靜電裝置，滅火系統(tǒng)等。液化天然氣半掛運(yùn)輸車能夠滿足GB 7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》、GB 1589《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》各項(xiàng)要求，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果

2.1 完成了奧氏體不銹鋼焊接工藝的研究

焊接作業(yè)是罐體制造過程中最為重要的環(huán)節(jié)，為此進(jìn)行了奧氏體不銹鋼及奧氏體不銹鋼與碳鋼的焊接工藝研究。針對(duì)不同厚度的S30408 及Q345R 樣板，分別用SMAW、GTAW、SAW對(duì)其施焊，多次試驗(yàn)，調(diào)整出最佳電流、電壓及焊速。共研究制定出21 組焊接工藝評(píng)定，可以覆蓋不同焊接方法下1.5～32 mm板材的焊接。按照該焊接工藝規(guī)程要求試制的焊接試板，滿足了-192 ℃下低溫沖擊試驗(yàn)的性能要求，以及拉伸彎曲試驗(yàn)的性能要求。

2.2 完成了高真空多層絕熱工藝的研究

高真空多層纏繞絕熱技術(shù)是LNG 半掛運(yùn)輸車研制的關(guān)鍵問題，其中絕熱施工技術(shù)（包括絕熱材料結(jié)構(gòu)、纏繞施工工藝）受到同行嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，通過反復(fù)深入的試驗(yàn)研究，完成了該技術(shù)的研究。

該車采用高真空多層絕熱方式的深冷容器中的絕熱用材料，包括低溫絕熱材料和反射屏材料。其中絕熱材料由低溫絕熱材料與反射屏材料間隔交替復(fù)合而成，有良好的低熱導(dǎo)率，反射屏有良好的輻射熱反射率。根據(jù)《深冷容器—?dú)怏w與材料的相容性判定準(zhǔn)則》規(guī)定，絕熱材料選用玻璃纖維紙鋁箔的復(fù)合結(jié)構(gòu)，單層復(fù)合厚度<0.1 mm。包扎過程中需要嚴(yán)格控制纏繞層的松緊度及分層搭接工序。為此，研制了纏繞機(jī)、可調(diào)送紙機(jī)，為保證施工環(huán)境，加蓋了纏繞工房。同時(shí)，為進(jìn)一步減少纖維紙孔隙中雜質(zhì)氣體的干擾，研發(fā)了氮?dú)庵脫Q工藝。完成的多層絕熱工藝，產(chǎn)品效果優(yōu)于國(guó)標(biāo)（表1）。

表1 高真空多層絕熱工藝的產(chǎn)品漏放氣速率與國(guó)標(biāo)對(duì)比數(shù)據(jù)

2.3 完成了真空粉末絕熱工藝的研究

真空粉末絕熱是低溫儲(chǔ)罐常用的絕熱方式，為此設(shè)計(jì)了珠光砂儲(chǔ)運(yùn)罐、增壓罐，研發(fā)了真空負(fù)壓充填，正壓壓實(shí)的填砂工藝。GB/T 18442—2011 要求的最終填充密度是120～140 kg/m3，利用該套系統(tǒng)與工藝，實(shí)際填充密度137.4 kg/m3。經(jīng)后期型式試驗(yàn)證明，該結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可滿足用戶使用（表2）。

表2 真空粉末絕熱工藝的產(chǎn)品與國(guó)標(biāo)對(duì)比數(shù)據(jù)

2.4 完成了抽真空工藝的研究

夾層真空度是液化天然氣半掛運(yùn)輸車的核心參數(shù)，同高真空多層纏繞絕熱技術(shù)一樣，同樣受到同行嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。經(jīng)多次試驗(yàn)，形成了循環(huán)控制工序中預(yù)冷內(nèi)罐冷抽工藝，同時(shí)掌握了干燥置換工序中氮?dú)獾淖⑷肓考白⑷霚囟鹊葏?shù)。經(jīng)多次試驗(yàn)，形成了循環(huán)控制工序中預(yù)冷內(nèi)罐冷抽工藝，同時(shí)掌握了干燥置換工序中氮?dú)獾淖⑷肓考白⑷霚囟鹊葏?shù)。

3 試驗(yàn)情況

集上述技術(shù)于一體的液化天然氣半掛運(yùn)輸車研制成功后，配套相關(guān)的程序文件及工藝包，在廠內(nèi)進(jìn)行了整機(jī)運(yùn)行，之后液化天然氣半掛運(yùn)輸車其儲(chǔ)罐通過了國(guó)家低溫設(shè)備鑒定中心的低溫性能型式試驗(yàn)，同時(shí)通過了國(guó)家工信部的車輛性能型式試驗(yàn)，經(jīng)過試驗(yàn)論證，該車型額定工作壓力達(dá)到0.7 MPa，工作溫度為-162 ℃，有效容積為44 m3，最大充裝重量為19 350 kg，充裝系數(shù)為90﹪，連續(xù)運(yùn)行1000 h 無故障。

4 結(jié)論

該項(xiàng)目自2019年6月生產(chǎn)出第1 臺(tái)樣車以來，已經(jīng)在華北地區(qū)廣泛使用并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，該車型的運(yùn)行情況得到了用戶的好評(píng)。該項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，計(jì)劃年生產(chǎn)100 臺(tái)（一期）。預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)銷售收入9000 萬元，形成銷售利潤(rùn)2400 萬元，上繳國(guó)家各項(xiàng)稅款約900 萬元，有巨大的市場(chǎng)空間。