一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器的制作方法

1.本发明涉及低温压力容器技术领域，具体涉及一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器。


背景技术：

2.超低温液化气体存储压力容器是一种用于存放超低温液化气体的深冷压力容器，其采用双层结构，包括内容器和外容器，内容器和外容器之间形成真空夹层空间以隔绝外界热量的传递，以保证内容器中低温液化气体的安全性。为了提高绝热性能，通常还在内容器罐体上缠绕保温绝热材料来减少热量的传导、对流以及辐射，从而达到隔热保温、储存低温液体的目的。夹层抽真空以及夹层内的罐体上保温绝热材料的设置是确保深冷压力容器绝热效果的关键技术，其直接影响到深冷压力容器绝热性能的好坏。
3.现有技术中的超低温液化气体存储压力容器存在的问题如下：
4.一是内容器和外容器之间的支撑结构会产生一定的热传递，由此影响了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
5.二是超压泄放的液化气体其冷量未充分加以利用，由此同样会影响超低温液化气体压力容器的绝热效果。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，旨在提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。具体的技术方案如下：
7.一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，包括内容器、外容器、形成于所述内容器与所述外容器之间的夹层空间、支撑在所述内容器与所述外容器之间的支撑组件，所述支撑组件包括带有环形中空内腔的一对支撑环、设置在所述支撑环外周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑外容器内壁的外支撑绝热垫、设置在所述支撑环内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器外壁的内支撑绝热垫；所述一对支撑环包括第一支撑环和第二支撑环，在所述第一支撑环的环形中空内腔和第二支撑环的环形中空内腔之间设置有相互连通的气体节流管；在所述内容器内部的上部气体空间位置向外引出有第一气体管路，所述第一气体管路向外引出后进入所述第一支撑环的环形中空内腔，所述第二支撑环的环形中空内腔上向外引出有第二气体管路；所述第一气体管路上设置有第一阀门，所述第二气体管路上设置有第二阀门，在第二气体管路上位于所述第二阀门与所述外容器之间的一段位置设置有分支气体管路，所述分支气体管路上依次设置有第三阀门和抽真空装置。
8.优选的，所述气体节流管的数量有若干个且在所述内容器的外围沿周向均匀布置。
9.作为本发明的进一步改进，在所述夹层空间内设置有防热辐射绝热屏，若干个所述气体节流管分别与所述防热辐射绝热屏相连接。
10.优选的，所述防热辐射绝热屏包括外侧防热辐射绝热屏和内侧防热辐射绝热屏，若干个所述气体节流管连接在所述外侧防热辐射绝热屏和内侧防热辐射绝热屏之间。
11.本发明中，所述防热辐射绝热屏还设置在所述夹层空间上位于所述内容器的两端位置并与所述支撑环相连接。
12.本发明中，所述防热辐射绝热屏至少由依次叠合的玻璃纤维纸层、化学纤维网层和镀铝薄膜层所组成；其中，所述外侧防热辐射绝热屏上的所述镀铝薄膜层位于所述外侧防热辐射绝热屏的外侧，所述内侧防热辐射绝热屏上的所述镀铝薄膜层位于所述内侧防热辐射绝热屏的内侧。
13.本发明中，所述夹层空间上设置有可置换的分子筛吸附器。
14.本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器其提高绝热效果的方法依次包括如下步骤：
15.(1)支撑环预抽真空：将第一阀门、第二阀门设置在关闭状态，同时打开第三阀门，通过抽真空装置将支撑环的环形中空内腔抽成真空，抽真空后关闭第三阀门；
16.(2)第一阀门打开；当内容器中的气压升高至一定的压力值时，打开第一阀门；
17.(3)超压泄放一次制冷：第一阀门打开后，在第一支撑环的环形中空内腔真空吸力的作用下，超压的气体从内容器中通过第一气体管路进入第一支撑环的环形中空内腔，超压的气体进入第一支撑环的环形中空内腔后迅速膨胀，实现第一次吸热，同时第一支撑环被冷却；
18.(4)超压泄放二次制冷：在第二支撑环的环形中空内腔真空吸力的作用下，位于第一支撑环的环形中空内腔的气体通过气体节流管进入第二支撑环的环形中空内腔并在所述第二支撑环的环形中空内腔迅速膨胀，实现第二次吸热，同时第二支撑环被冷却；
19.(5)抽真空排气：第一阀门关闭，然后打开第三阀门，通过抽真空装置将支撑环的环形中空内腔中的吸热气体排走，抽真空后关闭第三阀门；
20.(6)支撑环的周期性冷却：重复步骤(2)至步骤5，直至内容器中的气压降低至安全压力值以下，从而实现对于所述第一支撑环、第二支撑环的周期性冷却，并起到减少所述支撑环与内支撑绝热垫、外支撑绝热垫之间热传递的作用，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果；
21.其中，所述第一支撑环、第二支撑环的周期性冷却带动夹层空间内所述防热辐射绝热屏的周期性冷却，从而进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
22.本发明中，通过定期置换分子筛吸附器中的分子筛来提高夹层空间内的真空度，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
23.本发明的有益效果是：
24.第一，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，采用特殊设计的带有环形中空内腔的支撑组件结构，环形中空内腔被预置为真空以用于内容器内部超压液化气体的快速泄放、膨胀、吸热；从内容器中引出的用于超压泄放的气体管路先接入到环形中空内腔中，内容器超压时打开第一阀接通环形中空内腔，超压液化气体在真空的作用下在环形中空内腔迅速膨胀而吸热，再将吸热后的液化气体向外泄放，由此实现了超压泄放液化气体冷量的充分利用，进而提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
25.第二，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，在第一支撑
环和第二支撑环之间连接有气体节流管，其能够实现超压液化气体的两次制冷，由此进一步提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
26.第三，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，气体节流管布置在外侧防热辐射绝热屏与内侧防热辐射绝热屏之间，且外侧防热辐射绝热屏与内侧防热辐射绝热屏的两端连接在一对支撑环上，通过热传递的作用使得超压泄放液化气体的冷量得到充分利用，由此形成了防热辐射绝热屏的冷屏，由此进一步提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
27.第四，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，所述支撑组件通过外支撑绝热垫、内支撑绝热垫与内容器、外容器隔开，绝热垫受到超压泄放液化气体冷量的作用，由此增强了绝热效果。
28.第五，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，第一阀门、第三阀门和抽真空装置相互协同，实现超压泄放液化气体的定量可控释放，其安全性好。
29.第六，本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器，可置换的分子筛吸附器实现了分子筛的定期置换，从而解决了传统深冷压力容器上分子筛失去活性后无法更换的技术难题，由此提高了深冷压力容器的使用寿命。
附图说明
30.图1是本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器的结构示意图；
31.图2是图1中涉及分子筛吸附盒和真空环境专用二通阀部分的局部放大视图(图中防热辐射绝热屏未画出)；
32.图3是图2的局部放大视图(吸附通道处于开通状态)；
33.图4是将图3中的电烙铁和热膨胀密封柱塞经移位进入真空密封孔中结构示意图(吸附通道处于封堵状态)；
34.图5是阀体上环形空腔部位的截面视图；
35.图6是将吸附管路改进为弯曲管路结构的示意图；
36.图7是在超低温液化气体压力容器的夹层空间内部的两端设置防热辐射绝热屏的示意图。
37.图中：1、内容器，2、外容器，3、夹层空间，4、分子筛吸附器，5、分子筛吸附盒，6、分子筛，7、盒盖，8、真空环境专用二通阀，9、吸附孔，10、密封片，11、阀体，12、真空密封孔，13、热膨胀密封柱塞，14、吸附管路，15、进料管路，16、出料管路，17、封头，18、主吸附通道，19、入口侧吸附通道，20、出口侧吸附通道，21、阀盖，22、电烙铁(手柄部分)，23、电烙铁加热棒，24、波纹管，25、保护套，26、耐高温密封件，27、抽真空管路，28、阀盖加热器，29、环形空腔，30、冷却液进液孔，31、冷却液出液孔，32、钢丝网过滤挡片，33、滤网，34、支撑组件，35、环形中空内腔，36、外支撑绝热垫，37、内支撑绝热垫，38、第一支撑环，39、第二支撑环，40、气体节流管，41、第一气体管路，42、第二气体管路，43、第一阀门，44、第二阀门，45、分支气体管路，46、第三阀门，47、抽真空装置，48、防热辐射绝热屏，49、外侧防热辐射绝热屏，50、内侧防热辐射绝热屏。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
39.实施例1：
40.如图1至7所示为本发明的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器的实施例，包括内容器1、外容器2、形成于所述内容器1与所述外容器2之间的夹层空间3、支撑在所述内容器1与所述外容器2之间的支撑组件34，所述支撑组件34包括带有环形中空内腔35的一对支撑环38、39、设置在所述支撑环38、39外周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑外容器2内壁的外支撑绝热垫36、设置在所述支撑环38、39内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器1外壁的内支撑绝热垫37；所述一对支撑环38、39包括第一支撑环38和第二支撑环39，在所述第一支撑环38的环形中空内腔35和第二支撑环39的环形中空内腔35之间设置有相互连通的气体节流管40；在所述内容器1内部的上部气体空间位置向外引出有第一气体管路41，所述第一气体管路41向外引出后进入所述第一支撑环38的环形中空内腔35，所述第二支撑环39的环形中空内腔35上向外引出有第二气体管路42；所述第一气体管路41上设置有第一阀门43，所述第二气体管路42上设置有第二阀门44，在第二气体管路42上位于所述第二阀门44与所述外容器2之间的一段位置设置有分支气体管路45，所述分支气体管路45上依次设置有第三阀门46和抽真空装置47。
41.优选的，所述气体节流管40的数量有若干个且在所述内容器1的外围沿周向均匀布置。
42.作为本实施例的进一步改进，在所述夹层空间3内设置有防热辐射绝热屏48，若干个所述气体节流管40分别与所述防热辐射绝热屏48相连接。
43.优选的，所述防热辐射绝热屏48包括外侧防热辐射绝热屏49和内侧防热辐射绝热屏50，若干个所述气体节流管40连接在所述外侧防热辐射绝热屏49和内侧防热辐射绝热屏50之间。
44.本实施例中，所述防热辐射绝热屏48还设置在所述夹层空间3上位于所述内容器1的两端位置并与所述支撑环38、39相连接。
45.本实施例中，所述防热辐射绝热屏48至少由依次叠合的玻璃纤维纸层、化学纤维网层和镀铝薄膜层所组成；其中，所述外侧防热辐射绝热屏49上的所述镀铝薄膜层位于所述外侧防热辐射绝热屏49的外侧，所述内侧防热辐射绝热屏50上的所述镀铝薄膜层位于所述内侧防热辐射绝热屏50的内侧。
46.本实施例中，所述夹层空间3上设置有可置换的分子筛吸附器4。
47.本实施例的一种用于提高绝热效果的超低温液化气体压力容器其提高绝热效果的方法依次包括如下步骤：
48.(1)支撑环预抽真空：将第一阀门43、第二阀门44设置在关闭状态，同时打开第三阀门46，通过抽真空装置47将支撑环38、39的环形中空内腔抽成真空，抽真空后关闭第三阀门46；
49.(2)第一阀门打开；当内容器1中的气压升高至一定的压力值时，打开第一阀门43；
50.(3)超压泄放一次制冷：第一阀门43打开后，在第一支撑环38的环形中空内腔35真空吸力的作用下，超压的气体从内容器1中通过第一气体管路41进入第一支撑环38的环形
中空内腔35，超压的气体进入第一支撑环38的环形中空内腔35后迅速膨胀，实现第一次吸热，同时第一支撑环38被冷却；
51.(4)超压泄放二次制冷：在第二支撑环39的环形中空内腔35真空吸力的作用下，位于第一支撑环38的环形中空内腔35的气体通过气体节流管40进入第二支撑环39的环形中空内腔35并在所述第二支撑环39的环形中空内腔35迅速膨胀，实现第二次吸热，同时第二支撑环39被冷却；
52.(5)抽真空排气：第一阀门43关闭，然后打开第三阀门44，通过抽真空装置47将支撑环38、39的环形中空内腔35中的吸热气体排走，抽真空后关闭第三阀门44；
53.(6)支撑环的周期性冷却：重复步骤(2)至步骤5，直至内容器1中的气压降低至安全压力值以下，从而实现对于所述第一支撑环38、第二支撑环39的周期性冷却，并起到减少所述支撑环38、39与内支撑绝热垫37、外支撑绝热垫36之间热传递的作用，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果；
54.其中，所述第一支撑环38、第二支撑环39的周期性冷却带动夹层空间内所述防热辐射绝热屏48的周期性冷却，从而进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
55.本实施例中，通过定期置换分子筛吸附器4中的分子筛6来提高夹层空间3内的真空度，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
56.实施例2：
57.上述实施例1中的可置换的分子筛吸附器采用以下结构：
58.所述分子筛吸附器4包括设置在所述内容器1罐体上的分子筛吸附盒5、填充在所述分子筛吸附盒5内部用于吸附所述夹层空间3内气体和水分的分子筛6、设置在所述分子筛吸附盒5上用于将所述分子筛6封闭在所述分子筛吸附盒5内部的盒盖7、设置在所述外容器2罐体上的真空环境专用二通阀8，所述盒盖7上开设有吸附孔9，所述吸附孔9上设置有可冲破的密封片10，所述真空环境专用二通阀8包括阀体11和设置在所述阀体11上的吸附通道、设置在所述吸附通道上的真空密封孔12、设置在所述真空密封孔12上用于封堵或开通所述吸附通道的热膨胀密封柱塞13，所述夹层空间3内设置有一吸附管路14，所述吸附管路14的一端与所述盒盖7上的吸附孔9相连接，所述吸附管路14的另一端与所述阀体11的吸附通道的一端相连接，所述阀体11的吸附通道的另一端与所述夹层空间13相连通；所述分子筛吸附盒5上还设置有用于置换所述分子筛吸附盒5内部分子筛6的进料管路15和出料管路16，所述进料管路15和出料管路16分别延伸至所述外容器2的罐壁外部并通过封头17进行封堵。
59.上述可冲破的密封片10在分子筛吸附器4的制造和安装过程中保持完整，在分子筛吸附器4安装到夹层空间3上并在夹层空间3抽真空后通过高压氮气进行冲破，从而使得分子筛吸附盒5内部与吸附通道相连通。
60.优选的，所述阀体11上的吸附通道包括主吸附通道18和分别横向连接在所述主吸附通道18两端侧面的入口侧吸附通道19和出口侧吸附通道20，所述主吸附通道18靠所述入口侧吸附通道19的一端封闭设置，所述真空密封孔12位于所述主吸附通道18的靠所述入口侧吸附通道19一端；所述主吸附通道18靠所述出口侧吸附通道20一端设置有阀盖21，所述阀盖21上设置有阀盖孔，所述阀盖孔内插入有用于对所述热膨胀密封柱塞13进行加热的电烙铁22，所述热膨胀密封柱塞13与插入到所述主吸附通道18内的所述电烙铁加热棒23的前
端相连接；在所述主吸附通道18内部且位于所述电烙铁加热棒23的外围设置有可伸缩的波纹管24，所述波纹管24的一端管口与所述阀盖21之间实现密封连接，所述波纹管24的另一端管口与所述热膨胀密封柱塞13之间实现密封连接。
61.本实施例中，所述主吸附通道18的通道直径大于真空密封孔12的内孔直径。
62.本实施例中，所述波纹管24的外围设置有保护套25，所述保护套25固定在所述阀盖21上且与所述波纹管24之间设置有空隙。
63.在波纹管24内外的压力不平衡时，保护套25的设置能够起到支撑和保护波纹管24、防止波纹管24过度变形的作用。
64.本实施例中，所述阀盖21的阀盖孔与所述电烙铁加热棒23之间还设置有耐高温密封件26。
65.优选的，所述阀盖21上还设置有用于平衡所述波纹管24内外压力的抽真空管路27，所述抽真空管路27连接抽真空装置。
66.通过使用所述电烙铁22对所述热膨胀密封柱塞13进行加热，使得所述热膨胀密封柱塞13与所述真空密封孔12之间实现过盈密封配合，从而将所述阀体11上的吸附通道封堵；通过取消所述电烙铁22的加热，使得所述热膨胀密封柱塞13逐步冷却至常态，实现所述热膨胀密封柱塞13与所述真空密封孔12之间的间隙配合，从而将所述阀体11上的吸附通道开通。
67.通过操作所述电烙铁22的手柄，可将所述热膨胀密封柱塞13移离所述真空密封孔12或进入所述真空密封孔12；所述热膨胀密封柱塞13移离所述真空密封孔12时，所述吸附通道处于最大开度状态；所述分子筛吸附器4安装到所述夹层空间3上后，通过向进料管路15内充入干燥高压氮气将所述可冲破的密封片10冲破，从而实现分子筛吸附盒5内的分子筛6通过所述吸附通道19、18、20对所述夹层空间3内的气体和水分的吸附作用。
68.本实施例中，所述阀盖21上设置有阀盖加热器28，通过使用所述阀盖加热器28对所述阀盖21进行加热，使得阀盖21上的阀盖孔受热膨胀从而与所述电烙铁22的加热棒23之间实现间隙配合；通过取消所述阀盖加热器28的加热，使得所述阀盖21冷却至常态，从而使得所述阀盖21上的阀盖孔收缩而与所述电烙铁22的加热棒23之间实现过盈密封配合。
69.在深冷压力容器正常工作状态下，上述阀盖加热器28是不工作的。这时电烙铁加热棒23与阀盖21上的阀盖孔处于过盈密封配合状态，且电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13是处于与真空密封孔12分离的状态，从而形成了连通所述分子筛吸附盒5内部和夹层空间3的吸附通道。
70.为了实现热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间的高可靠密封，在所述阀体11上位于所述真空密封孔12的外围沿周向设置有一圈环形空腔29，所述圈环形空腔29上分别开设有冷却液进液孔30和冷却液出液孔31，所述圈环形空腔29通过所述冷却液进液孔30和冷却液出液孔31连接冷却系统。
71.优选的，所述环形空腔29为通过在阀体11上钻孔所形成的矩形环形空腔29。
72.本实施例中，所述分子筛吸附盒5内通过卡扣连接设置有用于挡住分子筛6的钢丝网过滤挡片32，所述钢丝网过滤挡片32连接在位于所述分子筛6与所述盒盖7之间的所述分子筛吸附盒5内壁上并将所述分子筛6与所述盒盖7隔开一段间距；在所述阀体11上位于所述入口侧吸附通道19的入口部设置有滤网33。
73.本实施例中，所述吸附管路14与所述盒盖7之间、所述吸附管路14与所述阀体11之间、所述阀盖21与所述阀体11之间、所述波纹管24与所述阀盖21之间、所述波纹管24与所述热膨胀密封柱塞13之间、所述保护套25与所述阀盖21之间均采用焊接连接以形成高真空的密封。
74.本实施例中，所述热膨胀密封柱塞13通过螺纹配合连接在电烙铁加热棒23的前端并通过焊接进行固定。
75.本实施例中，所述吸附管路还可以改进为弯曲型吸附管路(如图6所示)，弯曲型吸附管路可以补偿内容器1和外容器2之间因温度变化而引起的的相对移位。
76.上述可置换的分子筛吸附器其分子筛置换方法包括如下步骤：
77.(1)吸附通道封堵：开启阀盖加热器28对阀盖21进行加热，使得阀盖21上的阀盖孔膨胀，从而实现电烙铁22的加热棒23与阀盖孔之间的间隙配合；然后操作电烙铁22的手柄，使得电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13进入到阀体11的真空密封孔12中；然后关闭阀盖加热器28，阀盖21逐步冷却至常态，使得阀盖21上的阀盖孔恢复至与电烙铁加热棒23之间的过盈密封配合状态；最后开启电烙铁22对电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13进行加热，热膨胀密封柱塞13受热膨胀，使得热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间实现密封过盈配合，从而将阀盖21的吸附通道封堵；其中，所述电烙铁22开启后维持一定的加热温度以使得吸附通道始终处于封堵状态；
78.(2)卸出旧料：拆去进料管路15和出料管路16上的封头，通过采用对进料管路15充入压缩空气的方法，或者通过采用对出料管路16进行抽真空的方法，将分子筛吸附盒5内旧的分子筛6从出料管路16中卸出；
79.(3)加入新料：在出料管路16的端部设置拦料网，然后通过在进料管路15上设置加料泵将新的分子筛从进料管路15加入到分子筛吸附盒5内直至加满，或者通过在出料管路16上连接真空泵将新的分子筛从进料管路15吸入到分子筛吸附盒5内直至加满；
80.(4)抽真空：将进料管路15进行封堵，然后在出料管路16上连接拦料网和真空泵对分子筛吸附盒5的内部进行抽真空，抽真空完成后将出料管路16进行封堵；
81.(5)吸附通道开通：关闭电烙铁22使得热膨胀密封柱塞13逐步冷却至常态，从而实现热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间的间隙配合；然后重新开启阀盖加热器28，阀盖21受热膨胀，从而实现阀盖21上阀盖孔与电烙铁加热棒23之间的间隙配合；再操作电烙铁22的手柄，将电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13移离真空密封孔12，从而实现吸附通道的开通；吸附通道开通后关闭阀盖加热器28，阀盖21逐步冷却至常态，从而使得阀盖21上的阀盖孔收缩并与电烙铁22的加热棒23之间重新恢复过盈密封配合。
82.作为本实施例中分子筛置换方法的进一步改进，在热膨胀密封柱塞13进入到真空密封孔12中并使用电烙铁22对热膨胀密封柱塞13进行加热的过程中，还通过连接在阀体11的环形空腔29上的冷却系统对阀体11的真空密封孔12部位进行冷却，从而提高热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间过盈密封配合的可靠性。
83.优选的，当波纹管24内外的压力不平衡导致在操作电烙铁22移动过程中阻力较大时，开启与阀盖21上抽真空管路27相连接的抽真空装置以平衡波纹管24内外的压力。
84.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，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。