一种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩及其制作方法与流程

本发明涉及装备制造领域，具体涉及一种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩及其制作方法。

背景技术：

在新疆等昼夜温差较大的地方对于压力容器的使用具有较大的影响，白天温度高，晚上温度低，长期在冷热交替的下会使压力容器始终存在温差应力，导致压力容器极易受损，致使其寿命降低。对压力容器进行保温处理能大大提高它的寿命，而现有针对低温容器的保温方式主要有：真空粉末、真空夹层、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等保温材料作保温隔热层。现有的保温方式基本上都是在压力容器的外侧加上一层保温隔热层以达到保温的目的，但是在使用时难免会出现被腐蚀等现象导致保温层的脱落；另外，由于保温层是直接附着在压力容器外表面，如果没有全部覆盖住，极有可能会引起内部各部位温差不均匀，致使温差应力损伤更严重，达不到预期效果；此外，太阳能没有得到有效利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现象提供一种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩及其制作方法，该保护罩整体结构简单，不仅能够起到保温蓄热的作用，而且还能够便于移动运输和组装，这种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩在昼夜温差较大的地方能够起到很好地保护效果，延长压力容器的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩，包括带有滚轮的撬板，撬板上设置有相连的第一半圆筒罩和第二半圆筒罩，第一半圆筒罩和第二半圆筒罩结构相同；第一半圆筒罩的横截面为半圆形，第一半圆筒罩包括由外向内间隔设置的第I层框架、第Ⅱ层框架以及第Ⅲ层框架，第I层框架与第Ⅱ层框架之间形成真空层，第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间形成蓄热层，蓄热层内放有蓄热材料。

本发明进一步的改进在于，第一半圆筒罩和第二半圆筒罩的端部均设置有端盖，第一半圆筒罩的端盖上设置有压力表，第二半圆筒罩的端盖上设置有温度仪表。

本发明进一步的改进在于，第二半圆筒罩的顶部设置有安全阀以及气体检测感应器。

本发明进一步的改进在于，第一半圆筒罩和第二半圆筒罩之间通过法兰盘连接。

本发明进一步的改进在于，第Ⅱ层框架的材质为铁皮，在第Ⅱ层框架上还设置有若干层铝箔。

本发明进一步的改进在于，蓄热层内设置有聚乙烯蓄热块，在聚乙烯蓄热块内放置有相变蓄热材料。

本发明进一步的改进在于，相变蓄热材料为CaCl₂·6H₂O和硼砂的混合物，且硼砂的质量为CaCl₂·6H₂O质量的1％；或相变蓄热材料为CaCl₂·6H₂O与H₂O的混合物，且H₂O的质量为CaCl₂·6H₂O的质量的10％。

一种用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩的制作方法，包括以下步骤：

1)将钢条交叉设置形成网状结构，网状结构整体呈半圆形，在该网状结构上设置一层铁皮，形成第I层框架，在第I层框架内由外向内制作结构相同的第Ⅱ层框架以及第Ⅲ层框架，第I层框架与第Ⅱ层框架之间以及第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间均通过钢条连接；第I层框架与第Ⅱ层框架之间形成真空层，第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间形成蓄热层，将蓄热材料放入到蓄热层中，形成半圆形筒A；

2)制作与半圆形筒A结构相同的半圆形筒B；

3)将半圆形筒A和半圆形筒B一端相连，在第一半圆筒罩和第二半圆筒罩的另一端部均设置端盖，然后设置在带有滚轮的撬板上；在第一半圆筒罩的端盖上设置压力表，在第二半圆筒罩的端盖上设置温度仪表；且在第二半圆筒罩的顶部设置安全阀以及气体检测感应器。

本发明进一步的改进在于，第一半圆筒罩和第二半圆筒罩之间通过法兰盘连接。

本发明进一步的改进在于，第Ⅱ层框架的材质为铁皮，在第Ⅱ层框架上设置有若干层铝箔。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：阳光照射到蓄热式撬装保护罩上，保护罩会吸收阳光中的能量，向内部传热，但由于真空层的存在，导致缺乏介质无法进行传导，此时真空层将会隔绝部分的热量。在真空层中只能通过热辐射的形式将热量进一步向内扩散，对蓄热层放热过程起到良好的保温效果，利于维持保护罩内温度的室温化，克服了现有技术中保温层脱落的问题。

进一步的，由于在第Ⅱ层框架上还设置有若干层铝箔，当真空层中热量通过热辐射的形式进一步向内扩散时，铝箔则起到了反射辐射的作用，随着铝箔纯度的增加与热射线波长的增大，铝箱对光的反射率增大，随着平整度的降低与表面粗糙度的增大铝箔对光的反射率降低，从而会将一部分热量再次反射回去，减少对蓄热层的影响。

进一步的，在蓄热层中，CaCl₂·6H₂O晶体即受到剩余热量影响，也受到保护罩内温度影响，剩余热量和保护罩内温度通过传导的形式将信息透过聚乙烯塑料传递给CaCl₂·6H₂O晶体，使之发生相变，去吸收剩余的热量和放热维持内部温度的室温化。

进一步的，该蓄热式撬装保护罩顶盖上安装有测压仪表和测温仪表。测压仪表能够及时反映保护罩内压力变化情况，实时监测罩内压力；最顶端设有安全阀，当压力容器正常工作压力情况下，保持严密不漏，当容器内压力一旦超过规定，它就能自动迅速排泄保护罩内介质，使容器内的压力始终保持在最高允许范围之内。本发明的保温的蓄热式撬装保护罩，不仅能降低外界环境温度对压力容器的影响而且还能起到蓄热保温的作用。除此之外，由于保护罩的存在也能降低雨水等对压力容器的腐蚀，同时还具有防爆，易检测泄露等优点。

进一步的，测温仪表选用热电偶温度计，将测温仪表安装在套管中，带套管的温度计接口安全可靠，应用比较广泛，在中、高压反应容器中常被采用，套管与保护罩的连接用螺纹连接。

进一步的，在安全阀接近出口处还安装有一个气体检测感应器，在压力容器发生泄漏时，感应器会接收信息并反馈出警报信号，让工作人员能及时发现问题。

本发明保护罩的制作方法简单，保护罩以撬块的形式存在，便于移动运输和安装，该蓄热式撬装保护罩加入了相变蓄热材料，能有效的保护和维持保护罩内的温度，使其不会出现太大的温度变化，基本维持在室温环境。

附图说明

图1为本发明的保护罩结构示意图。

图2为保护罩侧视图(法兰盘面)。

图3为半圆筒罩内部结构示意图。

图4为I、Ⅱ层框架搭建示意图。

图5为I、Ⅱ、Ⅲ层连接方式。

图6为Ⅱ、Ⅲ层之间的凹槽示意图。

图7为聚乙烯塑料蓄热块模型。

其中，1为铝箔，2为端盖，3为法兰盘，4为压力表，5为温度仪表，6为安全阀，7为撬板，8为滚轮，9为气体检测感应器，10为真空层，11为蓄热层12为第一半圆筒罩，13为第二半圆筒罩，14为蓄热块。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明的用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩的横截面呈半圆，包括撬板7，撬板7底部设置有滚轮8，撬板7上设置有沿轴向相连的第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13，第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13之间通过法兰盘3连接；第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13的端部均设置有端盖2，第一半圆筒罩12的端盖2上设置有压力表4，第二半圆筒罩13的端盖2上设置有温度仪表5，压力表4用于监测保护罩内压力变化，温度仪表5选用热电偶温度仪，用套管连接安全可靠。第二半圆筒罩13的顶部设置有安全阀6以及气体检测感应器9，安全阀6能保证操作时的安全，而气体检测感应器9能对压力容器的泄漏起到监测和示警的作用。

参见图3，第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13结构相同，第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13的横截面均为半圆形，第一半圆筒罩12包括由外向内间隔设置的第I层框架、第Ⅱ层框架以及第Ⅲ层框架，第I层框架与第Ⅱ层框架之间形成真空层10，第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间形成蓄热层11。

第Ⅱ层框架的材质为铁皮，在第Ⅱ层框架上还设置有若干层铝箔1。

蓄热层11内设置有聚乙烯蓄热块，在聚乙烯蓄热块内放置有相变蓄热材料，相变蓄热材料为CaCl₂·6H₂O和硼砂的混合物，且CaCl₂·6H₂O和硼砂的混合物中硼砂的质量为CaCl₂·6H₂O质量的1％。除此之外，相变蓄热材料还可以为CaCl₂·6H₂O与H₂O的混合物，其中，H₂O的质量为CaCl₂·6H₂O的质量的10％，相变蓄热材料还可以为CaCl₂·6H₂O-MgCl₂·6H₂O复合盐相变材料，以SrCl₂·6H₂O作为成核剂，能使温度达到21℃等。

上述用于压力容器保温的蓄热式撬装保护罩的制作方法如下：

该蓄热式撬装保护罩制造安装时，分为三部分：起主体作用的第一半圆筒罩12、第二半圆筒罩13、两端部的端盖2和连接第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13的法兰盘3。端盖2、第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13都是安装在撬板7上。

第一步，搭建半圆形第Ⅰ层框架以及第Ⅱ层框架。第Ⅰ层框架和第Ⅱ层框架结构均如图4所示。按中径确定每一层的圆筒半径，I层框架和II层框架均是先采用钢条，按照轴向和周向交替编织(或焊接)，呈网状结构，如图4所示，网编制的越密，承压能力越强，然后将网状结构的外侧用铁皮包裹，形成第I层框架和第II层框架，其中，第II层框架上再覆盖几层铝箔1，铝箔1起反射辐射的作用；

第二步，搭建径向钢条连接Ⅲ层框架。如图5所示，先将第II层框架在周向和轴向钢条的相交处向各自所在圆平面的圆心搭建径向钢条，径向钢条向外延伸可以将第Ⅰ框架和第Ⅱ层框架连接在一起，在各自圆平面的径向钢条上搭建第III层周向钢条，将第II层框架和第III层框架固定成一个整体，第II层框架和第III层框架形成半圆环形凹槽，如图6所示；

第三步，在半圆环形凹槽内放置聚乙烯蓄热块，完成第III层框架。聚乙烯蓄热块即用聚乙烯塑料做成的蓄热块14，蓄热块14的结构如图7所示，蓄热块14两端各有一个小孔，将蓄热材料通过小孔放入聚乙烯蓄热块中，最后用塞子将孔封上，再将其放置在第II层和第III层之间的半环形凹槽内，在第III层框架的周向和径向相交处搭建轴向钢条，最后第III层框架搭建完成，同样第III层框架结构如图4所示，第III层框架起到将聚乙烯蓄热块封装在凹槽内，再用铁皮将第III层内侧包裹起来，完成起主体作用的第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13。三层框架所覆盖的铁皮厚度为5mm～8mm。

对于最端部的端盖2，其制作方法与第一半圆筒罩12和第二半圆筒罩13制作方法类似，相对而言较简单些，由钢条搭建平面半圆形构架，同样构建三层框架构成真空层和蓄热层，将半圆形的蓄热块放置蓄热层内中，最后用轴向钢条封装，裹上铁皮，铁皮厚度大约为5mm～8mm。

这三部分与撬板7之间的连接方式都是焊接，顶盖2与第一半圆筒罩12、顶盖2与第二半圆筒罩13、法兰盘3与第一半圆筒罩12、第二半圆筒罩13也是焊接连接，而两个撬板7则是由法兰盘连接在一起形成一个完整的蓄热式撬装保护罩。

具体的，本发明中通过交叉设置的细长型钢条形成网状结构，如图4所示，网状结构整体呈半圆形，在该网状结构上设置一层铁皮，形成由外向内且结构相同的第I层框架、第Ⅱ层框架以及第Ⅲ层框架，第I层框架与第Ⅱ层框架之间以及第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间均通过径向的钢条连接，径向的钢条同时起到支撑的作用。第I层框架与第Ⅱ层框架之间形成真空层10，第Ⅱ层框架与第Ⅲ层框架之间形成蓄热层11，将蓄热材料放入到蓄热层11中。

外界环境温度的变化引起保护罩外壁温度的改变，吸收热量通过传导进入第I层框架，使其壁温发生变化。此时途经真空层10，而真空层10具有很高的绝热性能，其导热系数热系数视为0.023W/(m·K)，由于小于0.05W/(m·K)，则可视为该层有高效保温效果，真空层10对于热量起到了隔绝作用，让热量不能通过传导或对流的形式对内部产生影响，同时减少了内部热量的流失，致使在真空层10中只能以辐射的形式向内传递热量。即真空层10既能有效降低外部环境温度大幅度改变带来的影响，也能对蓄热层放热过程起到良好的保温效果。由于铝箔1的存在，起到了反射辐射的作用，将一部分由辐射产生热量反射回去，降低了外界温度对真空层10内部温度的影响。

在蓄热层11中，放置着聚乙烯蓄热块，其导热系数为0.42W/(m·K)，钢条(碳素钢)的导热系数较高在48W/(m·K)左右，都能很好的传递热量。

聚乙烯蓄热块内放置着CaCl₂·6H₂O和硼砂的混合物，其中，硼砂的质量为CaCl₂·6H₂O质量的1％。该CaCl₂·6H₂O晶体为无机水合盐相变蓄热材料，无机水合盐相变材料具有比较大的熔解热和固定的熔点，脱出的结晶水使盐熔解而吸热，降温时发生逆过程，吸收液态水而放热再次生成无机水合盐结构。其中CaCl₂·6H₂O晶体的熔解温度为29℃，在加入其质量1％的硼砂后，其熔解温度变为26℃。当温度超过该值时，CaCl₂·6H₂O晶体开始熔解，脱出结晶水并吸收267kJ/kg的热量。当温度低于该值时，CaCl₂将会与水以硼砂为核心重新结晶为CaCl₂·6H₂O晶体，并放出大量的热，对保护罩内储蓄物进行加热，温度也不会超过26℃，当温度超过26℃时，CaCl₂·6H₂O晶体就会发生相变，重新吸热，所以保护罩内温度最后会维持在26℃左右来回改变直至稳定。其中硼砂在熔解和结晶过程中起了很大的作用，硼砂作为成核剂，以充当成核中心，硼砂的加入可以抑制过冷现象，而且由于硼砂的成核作用，可以加快材料的冷却凝固过程。可根据具体实际情况，确定所需蓄热材料的质量。CaCl₂·6H₂O晶体即受到剩余外界的温度影响，也受到保护罩温度影响，剩余热量和保护罩温度通过传导的形式将信息透过聚乙烯塑料传递给CaCl₂·6H₂O晶体，使之发生相变，去中和剩余的热量和维持内部温度的室温化。

该蓄热式撬装保护罩以撬块的形式存在，便于移动运输和安装，该蓄热式撬装保护罩加入了相变蓄热材料，能有效的保护和维持保护罩内的温度，使其不会出现太大的温度变化，基本维持在室温环境。

本发明的保温技术主要是依靠蓄热材料的特性。温度的高低决定了所选蓄热材料对热量的吸收与释放，使得蓄热材料不断进行相变反应，但保护罩内温度不会超过26℃，最终达到控温的效果。

本发明中保护罩的核心部分为相变蓄热材料所在的蓄热层11和起到绝热作用的真空层10，整体结构采用搭建框架填铺铁皮的方式制造。该蓄热式撬装保护罩加工采用的是双层压力容器的制作方法，分为两层：外部的真空层和内部的蓄热层，一层套一层，结构简单；该蓄热式撬装保护罩是由两个一样的撬块拼接而成，先将卧式压力容器放置其中后，再将两部分由法兰连接紧固密封。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。