PDF《车用 LNG 抽真 空系统及工 艺浅谈》

《 装备制造技术) )

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1 4年第

7 期 车用 L N G抽真空系统及工艺浅谈 周炳水 , 章宇庆 ( 中国联合工程公司 , 浙江 杭州

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2 2 ) 摘要:介绍了车用 L NG气瓶及 其生产工 艺流程 , 重点分析现 有抽 真空及加 热方式存 在的 问题 , 提 出了加 热抽真 空系统改进的方案 , 提高了内外筒节夹层 的抽 真空效率 , 缩短 了生产周期 .

关键词 : L NG;

气瓶 ;

加热抽真 空 中图分类号: U

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4 文献标识码 : B 文章编号 :

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5 X(

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0 3 随着世界性能源结构的调整 ,天然气在一次能 源消费 中所 占的比例越来越大 ,天然气具有资源丰 富、 利用广泛 、 使用方便 、 排放清洁等特点 , 特别是它 作为环保 型燃料更为人们所青睐 , 以代替煤 、 油等污 染较重的燃料 . 天然气在汽车上 的应用 , 大大降低了 尾气有害物质 的排放 ,成为城市解决大气污染的重 要 途径 . 近两年笼罩在中国大地上 的雾霾天气 ,极大 的 加快了 L N G ( 液化天然气) 作为汽车动力燃料 的应用 进程.L N G在汽车上 的应用具有很多的优点 : (

1 ) L NG通过净化处理几乎除掉 了天然气 中的 全部杂质 , 纯度 高, 甲烷含量为

9 7 . 5%

9 9 . 5%, L N G 燃料成分的单一性和一致性有利于发动机压缩 比等 设计参数的确定 ;

(

2 ) L N G气瓶为具有绝热夹层 的压力气瓶 , 储存 温度为 一162℃, 储存压力 最大为

1 .

5 0 M P a , 并且 因 为真空绝热夹层 的存在 , 安全可靠 ;

(

3 ) 使用 L N G可 以充分利用其低温特性降低混 合气 的温度 , 从而降低燃烧温度 , 提高发动机 的热效 率,同时降低 N O x的排放 ;

(

4 ) 使用 L N G易于使发动机对负荷变化获得更 好 的响应性. 本文针对车用 L N G储罐制作过程的夹层抽真空 系统进行研究 ,通过实践检验形成一套完整可靠 的 系统 , 达到 L N G气瓶制作关键的抽真空工艺能耗小、 成本低 、 产品质量稳定 的目的. : 哑巫睡圈 区巫亟悃 : ! 匦匦―厦垂卜豳 : 羞茜一堡H垫垄H 垫垫:垫皇H竖堡图1车用 t _ N G气瓶生产工艺流程

2 加 热抽 真空 系统

1 车用 L N G气瓶及工艺简介 车用 L N G气瓶内胆内液体温度为 一162℃, 外筒 车用 L N G气瓶是作为一种低温绝热压力容器, 节为常温 ,所以需要低温绝热.高真空加多层绝热 收稿 日期 :

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0 4 ―

1 8 作者简介: 周炳水(

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6 7 - -) , 男,汉族, 浙江杭州人 , 高级工程师, 学士, 主要从事专用设备设计研究.

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7 E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y N o . 7,

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1 4 纸,因绝热性能好 、 工艺简便获得广泛应用 . 在影响多层绝热性能的诸多 因素中 ,真空度起 到 十分关键 的作用 .研究表 明,当真空度较低 , 即P>

10Pa时,真空度变化对热导率 的影响不大 ;

当真 空度为

1 O 一1O五Pa区间, 随着真空度的提高 , 热导率 急速下降 ;

当真空度优于

1 O P a 时,热导率趋近恒定 值 .因此 , 一般夹层 的表观真空度要优于

1 O P a , 多 层绝热才能充分发挥效果 , 达到 良好 的绝热 目的 , 如图2所示 . 且艇,ra图2多层绝热 的表观真空度与有效 热导 率的关系 获取好的真空度成为制造优质高真空多层绝热 容器 的关键之一 ,这就对抽真空工艺提出了较高的 要求. 现有工艺仅有 内加热方式或外加热方式. 内胆 内加热方式从蒸发夹层中隔热材料 内的水分及夹层 内不锈钢板表面的水分等角度来讲要 比外加热方式 好 ,但是由于进入 内胆 内部空间的管子是弯 曲的且 管 口非常小 , 直径 只有

8 ~

1 3 m m, 最多只有 2个 口子 可以利用通入加热空气 , 因此加热风量非常小 , 而且 由于内胆 内部有电容式液位计 ,瓶内温度一般不超 过150℃, 所以要加热内胆及夹层 , 加 热需要较长 的 时间.而且在夹层抽真空后 , 成了隔热层 , 外筒内壁 无法获得较高 的温度 ,水分子等气体分子逸出不充 分,在工厂内抽 真空完成并封瓶后 , 长期保持真空度 性能受到影响.另外 内加热方式加热用气体不循环 利用 , 直接排放 , 能耗高. 纯粹 的外部加热方式也是 目前较常用 的方式 , 但是从 目前各家使用的状况来看 , 效果也不是太好 , 加热时间还是 比较长的 ,主要是 因为与内胆加热方 式相 比较 ,外部加热对 内胆上的隔热纸不能形成直 接 的传热 ,不如 内胆加热方式从绝热纸内表面直 接 传热给绝热纸使其 中的水分逸出效果好 ,因此加 热 时间很长 , 延长了抽真空时间, 使得生产效率降低. 根据高真空多层绝热的特点 ,抽真空 系统采用 图3所示方案 ,采用加热炉给气瓶外加热和内加热 结合的形式 , 同时采用真空夹层高温氮气 自动置换. 图3抽真 空工艺流程

2 .

1 系统组成 气管路 , 提高抽真空效率. 如图

3 所示 , 抽真空系统主要 由旋 片泵、 罗茨泵、 扩散泵及相应的高真空阀门组成 , 扩散泵采用进 口泵 及高真空 油,扩散泵 的极 限真空 可达7*1

0 P a , 阀门采用高真空阀门,整个系统必须保证漏率 <

1 *

1 0 P a ・ mT s . 图3所示 的结构使得系统使用比较灵活 , 采用

1 套抽真空泵组 , 节约 了投 资成本 , 采用左右

2 套加热 系统可以使左右

2 套加热系统可 以分开使用 ,也可 以一起使用 , 当其 中一套系统泄漏需要检查时 , 另一 套仍然可以工作 ,当气瓶数量较少时也可以节约使 用 ,并且抽真空系统主机放在中间位置可 以减短抽

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8 系统分左右 2个烘箱 ,每个 烘箱放置

2 0 个气 瓶,烘箱热源为燃气直燃气循环加热 , 使烘箱温度达 到150oC左右加热气瓶外壁 ,气瓶的内加热通过 吸 取烘箱内热空气 , 向气瓶 内胆 吹气 , 排 出的热气重新 回到烘箱内, 实现热空气在烘箱内循环 . 系统中与气瓶抽真空 口连接采用推拉 阀 ,根据 比较 , 推拉阀应采用波纹管密封方式 , 可大大提高系 统 的可靠性. 自动控制 系统实现加热 、 氮气置换 、 抽 真空全过程 自动完成 .

2 .

2 抽真空基本工艺过程 抽真空的基本工艺过程如下 : 《 装备制造技术1

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1 4 年第

7 期(1)首先对连接气瓶后的系统检漏 , 确保 系统密 封性能好 . 系统检查合格后加热 , 气瓶 内外同时加热 , 在此 过程 中,夹层 内的气体随温度的升高 ,从夹层 内逸 出 ,并且 随着气体膨胀通过抽真空管道 自然逸 出系 统外 .在加热一定时 间后 , 粗抽真空 , 关 闭扩散泵前 的阀门 , 开启罗茨泵后的粗抽真空 阀门 , 当达到一定 的真空度后 , 关闭初抽真空阀门, 停止抽真空. (

2 ) 然后开启加氮气管的真空阀, 向系统注人热 氮气,氮气温度180℃左 右,当系统压力达到约0.1MPa时,停止充气 , 保压

3 个小时以上 . 再重复上述过程 , 如此反复多次抽真 空、 冲热氮 气,使得 氮气充分置换系统及瓶 内的残余 气体 , 保证 后续精抽真空的顺利进行. (

3 ) 当完成置换程序后 , 粗抽真 空,真空度达到 扩散泵启动 的条件后 , 关........