简析冷冻液化气体罐箱的容积最大化设计

张炫

摘 要：随着液化天然气、液氮、液氧等冷冻液化气体的广泛应用，冷冻液化气体罐式集装箱作为液化气体的重要设备，有着广阔的市场前景。如何通过各种技术手段将罐箱容积设计最大化，是提升罐箱产品竞争力的重点。

关键词：冷冻液化气体；容积最大化；夹层空间

随着液化天然气、液氮、液氧等冷冻液化气体的广泛应用，冷冻液化气体罐式集装箱作为液化气体的重要设备，有着广阔的市场前景。1990年至今，经历了推广和广泛发展阶段，目前罐式集装箱已经成为欧美地区化学品陆运、多式联运的主要载体，并在全球得到蓬勃发展。

冷冻液化气体罐式集装箱相对槽车、储罐等其他储运设备，具有如下等诸多优势：（1）既可作运输工具，在生产、使用场地也可用作储存容器；（2）可实现门对门运输，使运输更加安全可靠；（3）可实现公路、铁路、内河、洋联运，大大缩短车、站码头的装卸时间。箱子可堆码6～9层，占有场地小；（4）由于罐式集装箱可实现箱、车分离，拥有罐式集装箱的企业，可不必同时拥有自备车或自备车实现一车多用。

冷冻液化气体罐式集装箱的结构随着几十年的技术发展已趋于成熟，而为了进一步的节能降耗，提高工业生产经济效益，在确保安全的前提下，要求单位重量的冷冻液化气体罐式集装箱所运输的液体越多，即降低低温冷冻液化气体罐式集装箱的自重、提高罐箱的总容积。本文主要分析了目前国内针对冷冻液化气体罐箱容积最大化的几种设计优化方案。

1 应变强化工艺

应变强化工艺，是指针对奥氏体不锈钢内容器在室温下施加强化压力，拉伸到塑性变形，卸载后使壳体发生总体塑性变形，不锈钢材料的屈服强度提高、塑性下降，从而达到结构稳定的容器。以一台40ft罐箱为例，其采用应变强化工艺的内容器可以降低自总2吨左右，而不同箱型的罐箱对其总重是有要求的。这意味着一台罐箱可以节省两顿左右的原材料费用，和多盛装2t左右的介质。

2 无横梁设计

早期的冷冻液化气体罐箱一般都会在罐体轴向八个角件处设置4根横梁，用以增加罐箱框架的稳定性。但随着市场对罐箱重容比要求的进一步提高，近年来已逐渐将这四根横梁取消。这四根横梁，一般由5mm以上壁厚的矩形碳钢制作，以40ft罐箱为例，总重在650KG左右，无横梁设计进一步降低了罐箱的自总，提升其可盛装容积重量的上限值。

3 高真空多层绝热

由于该罐箱的盛装介质为冷冻液化气体，罐箱结构为内外两层，中间设有夹层绝热保温，避免内胆介质吸热过快而蒸发。早期罐箱一般采用真空粉末，为了达到绝热效果，其夹层厚度一般要求在200mm左右。而罐箱的外容器可设计最大直径是个定值，过厚的夹层空间压缩其内容器的全容积。随着高真空多层绝热技术的到来，对罐箱容积最大化有了突破性的进展，使其夹层厚度降低至80-100mm左右。高真空多层绝热，是通过对夹层抽真空，并在夹层中对内容器缠绕多层由铝箔和玻纤纸复合而成的绝热纸反射屏，从而大大降低冷冻液化气体罐箱的外部通过对流、导热、辐射等途径流入内胆的热量，使其满足对冷冻液化气体正常储运的作用。以一台20ft罐箱为例，其夹层绝热形式的改变，可使罐箱有效容积有原先的13m3左右增至18m3左右。而因为真空粉末复合绝热纸的取代，其自重也可减少1.5噸左右。

4 加强圈外置

为了增加罐箱外容器的稳定性，通常罐箱的外容器均为设置角钢加强圈，加强圈的间距使其结构与外容器壁厚设置在200-600mm不等。以前，加强圈一般设置在罐箱外容器的内侧，为了预留加强圈的空间、复合绝热纸的厚度以及内容器与外容器的套装空间，所以罐箱的夹层空间一般设置在80-100mm左右，而现在，加强圈的外置设计已经在越来越多的应用在容器要求相对较高的案例中。其方案是在不改变外容器最大直径的基础上，将加强圈设计在外容器外侧，并在外容器整圆的顶端与左右两侧超宽超高处打断，并设置补强板与加强圈连接。是加强圈的外端面仍处于罐箱限定尺寸内（如图1所示）。

通过加强圈外置的设计，使得罐箱夹层容积进一步缩小到45-70mm左右，以20ft罐箱为例，可将罐箱全容积提升至20m3左右。

随着社会工业化的发展，冷冻液化气体需求的日益增加，冷冻液体气体罐式集装箱由于其运输灵活，运输成本低等优势，需求量不断增加。罐箱容积最大化设计可降低运输成本，达到节能减排的效果，提升产品竞争力。