低溫容器是貯存與運輸低溫液體的設備的統稱。習慣上又分成小型杜瓦瓶，貯槽，槽車、槽船等。在工業上貯運的液化氣體有液化天然氣、液氧、液氮、液氫、液氦以及液氟等。
基本介紹
- 中文名：低溫容器
- 外文名：cryogenic vessel
- 學科：機械工程
- 作用：儲運低溫液體
- 設計要點：絕熱形式、形狀和尺寸
- 分類：固定式及運輸式
分類及套用,設計要點,形狀和尺寸,絕熱型式,材料及結構,管道布置,逃逸氣體回收,
分類及套用
低溫液體的貯運容器（簡稱低溫容器）通常是以所貯存或運輸的液化氣體命名。在工業上貯運的液化氣體有液化天然氣、液氧、液氮、液氫、液氦以及液氟等。
低溫容器按其絕熱的方法可以分為：
（1）普通絕熱結構的容器，這種容器用於液化天然氣的貯運及大量的液氧、液氮的貯運。
（2）高真空絕熱容器，這種容器一般僅做成小型，只用於液氧、液氮及液氬的貯運。
（3）真空粉末絕熱及真空纖維絕熱容器，這種容器可用於液氧、液氮及液氫的貯運。
（4）真空多層絕熱容器以及帶液氫屏或傳導屏的容器，用於液氫及液氦的貯運，特別是液氦容器一般多帶有保護屏。上述後三種容器通常稱為杜瓦容器。杜瓦容器是由同心裝置的兩層或多層金屬殼構成，最內層的稱為內膽，它是用來存放低溫液體，最外層的稱為外殼。內膽與外殼之間即為絕熱夾層，內裝絕熱材料，或者再裝入保護屏。除上述四種低溫容器之外，對於液化天然氣還可採用地下貯槽。地下貯槽可以採用混凝土結構，內部加絕熱結構；也可以用凍土法將貯槽的周圍土壤凍結成一個絕熱殼體。地下貯槽的優點是安全性好，經濟性好，且可提高土地的利用率。
低溫容器可以分為固定式及運輸式兩種，前者是為了貯存，後者用於運輸。運輸式容器有陸運、水運與空運之分。陸運容器與運輸工具結合在一起稱為槽車，它有拖車（用汽車或電車牽引）及鐵路槽車兩種。
低溫容器按其工作壓力可分為兩類：一類是在接近大氣壓的壓力下工作，稱為低壓容器（或敞開式容器）；一類是在1.5～3.0MPa的壓力下工作，稱為高壓容器。低壓容器用於一般的貯存和運輸；高壓容器則是設定於消費中心，通過管網向用戶供給低溫液體，或者經汽化後供給氣體。無論供給液體或氣體，管網中需保持規定的最低壓力。
設計要點
形狀和尺寸
低溫容器一般多做成球形或者圓筒形，當然也可以做成其他形狀（如圓錐形），但較少見到。球形容器可使器壁較薄，且單位容積的表面積最小，故可以節省材料和減少冷量損失。但從製造工藝方面考慮，球形只適用於杜瓦瓶（器壁衝擊成型）和大型固定式貯槽，而容量在100m3以下的貯槽通常都做成圓筒形，且兩端用蝶形封頭。公路及鐵路運輸式貯槽，因受運輸工具的制約，也總是做成圓筒形。圓筒形容器可做成立式或者臥式，依具體條件而定。
容器的尺寸根據設計容量確定。容器的實際容積應大於有效貯存容積，一般應留5%～10%的蒸氣空間，以保證安全。圓筒形容器的直徑與長度相等時與球形容器很接近，因而絕熱效果最好。但高壓容器應選用較大的長徑比，而運輸式貯槽的尺寸需和運輸工具相適應。
絕熱型式
選擇絕熱結構的型式時應從絕熱性能、經濟性、堅固性、重量、體積及製作方便等多方面考慮。目前還沒有一種絕熱型式在所有情況下都認為是十全十美的。一般說來，低沸點液體採用高效的絕熱型式；大型容器應選用成本低的絕熱型式而不必考慮重量和所占空間的大小，而運輸式及輕便型容器就應採用重量輕、體積小的絕熱型式；形狀複雜的容器一般不宜用真空多層絕熱。此外，對於短期使用或間歇使用的容器，絕熱結構的熱容量應儘可能小，這樣預冷時間較短，冷耗量較小。
材料及結構
選用金屬材料時應考慮材料在低溫下的力學性能，而對於內膽還需考慮材料與低溫液體的相互作用。一般低溫容器的內膽可用銅、鋁合金及奧氏體不鏽鋼，液化天然氣貯槽還可用9%的鎳鋼；液氟容器的內膽多用蒙乃爾金屬，也可使用不鏽鋼、銅、鋁等材料，因熱導率較大，不宜用作管道及內膽與外殼之間的支承構件。至於容器的外殼，系在室溫下工作，故用普通碳素鋼即可。
容器的壁厚及支承構件的尺寸是通過強度計算及穩定性計算確定。在強度計算中，除考慮工作壓力及液體的重力作用外，對於運輸式貯槽還需考慮因運輸加速及震動而引起的加速度力，一般是按（3～4）g的加速度計算。如果考慮地震及核子爆炸震動，則需考慮（4～5）g的加速度。
內膽與外殼之間的支承構件構成了熱量傳人的熱橋，是引起冷量損失的途徑之一。為了減小支承構件的傳熱量，除採用熱導率小的材料（如不鏽鋼、鈦合金）並在接觸處加絕熱墊之外，還可將構件加長，以增大導熱熱阻。
管道布置
在低溫容器上要布置低溫液體的進入及排出管、放氣管、排污管、儀表管以及其他必需的管道。這些管道同樣是使熱量傳人的熱橋。為了減小管道的傳熱量，除採用熱導率小的材料外，在滿足操作、流速及工作壓力要求的前提下，管道的數量應儘可能少，管徑應儘可能小，管壁應儘可能薄；而管長則希望長一些，其在絕熱層中一段的長度最好在1m以上。
管道的兩端分別焊接在內膽和外殼上，當其預冷到工作溫度時，各個部分有不同程度的收縮（內膽也要收縮）。因此管道在絕熱層內應彎成U形、環形或螺旋形，或在適當的地方加伸縮節，使具有較大的脹縮能力。
逃逸氣體回收
低溫液體在貯運中因外部熱量的傳人而不斷汽化，故經常有氣體向外逃逸（如果不讓逸出則壓力升高）。對於較貴重的氣體（如稀有氣體及天然氣）應設法予以回收或利用，以減少損失。回收的方法有兩種，一種是用壓縮機壓入氣瓶中，一種是用小型液化器使之液化後再返回貯槽中。
