冷冻液化气体罐箱静态蒸发率与维持时间关系

傅军波　顾昊　魏国星 朱长浩

摘 要：静态蒸发率和维持时间是冷冻液化气体罐箱绝热性能的重要参数，本文探讨了两者之间的换算关系。

关键词：冷冻液化气体罐箱;静态蒸发率;维持时间

1 前言

随着液氧、液氩、液氮、液化天然气等冷冻液化气体的广泛应用，冷冻液化气体罐箱（以下简称低温罐箱）凭借其安全可靠、运输灵活、快捷方便、经济实用、绿色环保等优势，越来越多的被用于国际间的水路、公路、铁路运输以及这些方式的联运。为了保证低温罐箱的安全运输，其设计、制造必须满足一系列的国内、国际规范的要求，同时由于盛装介质为冷冻液化气体，所以对整个低温罐箱的绝热性能有很高的要求，而静态蒸发率和维持时间是反映低温罐箱绝热性能的重要参数，这两个指标都可以通过实验实际测量得出。既然这两个参数都是反映低温罐箱的绝热性能，那么两者之间是否有关联，是否可以通过一个参数理论上推导出另一个参数，答案是肯定的。

2 低温罐箱的总热流量

为了满足冷冻液化气体的储存于运输，就必须有优良的绝热性能，因此低温罐箱通常设计成有内容器与外容器的双层结构。内容器表面包扎由绝热纸和铝箔组成的绝热材料，内外容器之间采用合適的支撑结构，并抽真空，以减少漏热。所以我们可以看出低温罐箱与外界的热交换主要由以下几个部分组成：由绝热材料传入的热流量，与绝热层的热导率、面积等参数有关;由内外容器的支撑传入的热流量，与夹层支撑的截面积、长度、导热系数等参数有关;由夹层管道传入的热流量，与夹层管道的截面积、长度、导热系数等参数有关。则：

Q总=Q1+Q2+Q3

Q总：由外壳传入内容器的总热流量，单位W;Q1：由绝热材料传入的热流量，单位W;Q2：由内外容器的支撑传入的热流量，单位W;Q3：由夹层管道传入的热流量，单位W。

3 静态蒸发率与总热流量的关系

静态蒸发率是指在额定充满率下，静置达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和内容器有效容积下低温液体质量的百分比，换算成标准大气压（1.01325×105Pa）和环境温度（20℃）的状态下的蒸发率值，单位为百分比每天。

我们假设外界漏进内容器的热量全部用于低温液体的气化，与低温液体的气化潜热有关，则我们可以用以下公式求出静态蒸发率：

NER=[Q总*24*3600]/[1000*H*ρ*ν]

Q总：由外壳传入内容器的总热流量，单位W;H：装载低温液体的气化潜热，单位kJ/kg;ρ：装载低温液体的密度，单位kg/m3ν：罐箱的有效容积，单位m3。

4 维持时间与总热流量的关系

维持时间是指按额定充满率充装低温液体，内部静置的低温液体在大气压力下与外界环境温度达到热平衡后，补液至额定充满率，且关闭气相阀后，内容器从环境大气压力开始上升到安全泄放装置开始泄放的经历时间，且换算成标准大气压（1.01325×105Pa）和环境平均温度（30℃）的状况下的时间，单位为天。

我们可以假设传入的热量全部用来使低温液体的内能增加，而忽略气体部分的影响。我们可以用以下公式计算得出维持时间。

HT=[（u2-u1）*w*1000]/[3600*Q总]

HT：计算维持时间，单位h;u1：初始装载压力下低温液体的单位内能，单位kJ/kg;u2：安全阀整定压力下低温液体的单位内能，单位kJ/kg;w：低温液体的总质量，单位kg;Q总：由外壳传入内容器的总热流量，单位W。

5 静态蒸发率与维持时间的关系

从第3段和第4段的公式中，我们可以看出，静态蒸发率和维持时间都与一个参数总热流量Q总有关，不管是上面的哪个试验，最终验证的都是总的热流量是多少。所以我们完全可以通过静态蒸发率试验来推导出总热流量Q总，从而计算出维持时间。也可以反过来通过维持时间来计算出静态蒸发率。在GB/T18443.7-2010附录A中也给出了静态蒸发率和标态维持时间的换算关系。

另外从《国际海运危险货物规则》IMDG CODE的要求中也可以看出两者试验之间是可以互相换算的。在《国际海运危险货物规则》IMDG CODE的6.7.4章中要求对绝热系统的有效性（总热流量）进行试验得出，可以采用以下两种方法：

①持续压力试验（例如在大气压下），测出一段时间内低温液体的损失量;②关闭系统的试验，在一段时间内测出罐内压力上升。

再用通过以上试验得出总热流量（①方法实则为静态蒸发率试验方法），结合初始充灌条件，安全阀整定压力、环境温度、充装介质的物理性质，确定标态维持时间。

需要注意的是，在低温罐箱的实际运输中，需要对于每一航次的实际情况来确定所运介质的实际维持时间，该时间可以根据标态维持时间、实际充灌密度、实际充灌压力、安全阀整定压力来确定。并且绝热系统的有效性会随着罐箱使用时间的增加会逐渐变差，这一点也需注意。

6 结束语

通过以上我们可以看出，静态蒸发率与维持时间是绝热系统有效性的不同表现形式，可以通过一个参数理论上推导出另一个参数。

参考文献：

[1]李晓明，许燕，姚淑婷，王冰，李国艳.LNG储罐日蒸发率测量方法及计算[J].低温与超导，2013（09）.

[2]兰书彬，金颖，江金华.液化天然气储罐蒸发率试验和计算[J].石油化工设备，2005（02）.