低温液体贮存容器升压速度分析

中国船级社质量认证公司 付饶

体现低温液体贮存在容器的低温绝热性能的重要指标是标准日蒸发率（NER），GB18442-2001《低温绝热压力容器》规定了各类低温绝热压力容的标准日蒸发率。而在使用环节，升压速度则普遍受到关注，尤以低温液体罐式集装箱罐体，由于需要长时间海上运输，要求较小的升压速率以达到更长的维持时间。《国际海运危险货物规则》（IMDG）对第二类冷冻液化气体也提出维持时间的要求，并规定维持时间应体现在产品标牌上，IMDG（35-10）6.7.4.1条款定义“维持时间”为“从满足充灌条件开始到由于热量汇集导致压力上升到压力限定装置的最低设定压力时所用的时间”。本文通过对一典型的小型低温绝热容器的低温性能试验数据和理论模拟计算进行对比分析，以探明低温液体贮存容器在不同压力下的升压速度，了解影响影响升压速度的各因素，为低温绝热容器的相关技术提供参考。

一台容积为1100升小型低温液体贮存容器的静态压力维持试验，20天的试验数据记录于表1，该容器按GB18443.5-2001《低温绝热压力容器试验方法——静态蒸发率测量》测定的静态蒸发率是0.89%/day(液氮)。表中列出了在闭压状态下每隔24小时的压力指示值。

该压力维持试验是在下列条件下进行的，将容器充装液氮至90%容积，在打开容器气相阀门的情况下静置72小时，使容器内液氮达到大气压下的饱和状态，经充分静置后关闭容器的所有外部阀门开始记录压力变化。图中示出了低温绝热容器的内部压力随时间变化的曲线，并且容器的升压速度随着时间而变快，越到后来单位时间内压力增加值越大。

为方便分析，下面是以容积为5m3，最大工作压力为2.5MPa的低温液体贮罐绝热性能模拟计算来进一步分析这个问题，计算条件是：在50%液位下，选择饱和压力分别为5bar、10bar和15bar（表压力）三个状态点，分别计算24小时内的压力升高值，以液氧为计算介质，其计算结果列于表2(基础数据来源:ASHRAEHandbook)：

表1

表2

根据上述对5m3低温液体贮罐绝热性能的模拟计算，该计算过程是基于如下假设：1）以系统在0、5、10、15bar压力（表压）下的饱和状态的液氧作为计算的初始状态；2）为便于分析，假设容器的日蒸发率为0.5%/day(液氧)。计算结果显示，在此假设条件下，在15bar压力下，一天内压力上升3.10 bar是正常的。由于实际情况与上述假设之间存在一定的偏差，即实际情况下，由于低温液体在容器内长期存放各部位吸热和压力的不均匀(比如液柱静压的存在等)，因而在液体内部不可能达到完全饱和状态,表现为：其一，容器内下部液体存在一定的过冷度,而上部靠近液面部位则存在一定的过热度；其二，容器在使用过程中，这一点也与假设的纯饱和状态存在一定的偏差；其三，15bar压力状态时，由于液氧的实际温度高于标准沸点状态下的液氧温度，因此液体与外界环境之间的温差与标准蒸发率测试状态的温差要小些，24小时内系统从外界环境实际吸入的热量也就相对较小。综上所述，在实际情况下， 24小时内的压力升高值与理论计算值会存在一定的偏差。然而，该理论计算结果有一定的参考价值，实际上由于存在上述情况的影响，其压力上升值会比理论计算值稍小，加之在运输工况下，由于液体在容器内的翻动，使得容器内部的液体整体接近于均匀的类似于“扬汤止沸”的状态，因而较之于静止状态，运输工况下的升压过程更接近于理论计算的假设状态条件。

以上分析结果，对T75型可移动罐柜的维持时间测试具有理论指导意义，对T75型可移动罐柜运行管理部门在核定罐柜在装运各类冷并液化气体的实际维持时间时也有一定的参考价值。

从表1的试验结果来看，该小型1100L低温绝热容器从常压自然升压到0.92MPa的实测维持时间是20天。从传热学的原理可知传热量与表面积成正比例关系，对容积较大的低温绝热容器而言，由于大型容器的比表面积（容器表面积与容积的比值）远小于小型容器，因而，通常罐式集装箱能满足长时间无损贮运的要求。