液氨立式储罐保冷设计

【摘要】本文针对5000立方米液氨立式储罐，充分考虑环境条件和储液性质等因素，并参考相关标准进行保冷设计。选择保冷结构各层的材料，并通过热价计算、冷价计算和换热系数计算，最终得到保冷层的经济厚度。

【关键词】液氨 立式储罐 保冷设计

氨在常温常压下是无色有刺激性臭味的气体，密度比空气小。氨很容易液化，可以在常压下降温或在常温下加压使气态的氨变成液氨。从冷冻工序出来的-33.3℃低温液氨，导入罐内储存，为防止周围大气将热量传入罐内而导致液氨蒸发量增加，所以必需采取相应的设备保冷措施，以确保罐内的温度、压力保持稳定，保证储液的质量及安全生产。现针对5000立方米液氨储罐进行保冷设计，根据计算储罐高度为12米，储罐内径为23.4米。

1 保冷结构材料的选择

保冷结构由内至外，按功能和层次由防锈层、保冷层、防潮层、保护层、防腐蚀及识别层组成。

1.1 绝热材料

绝热材料是一种轻质的绝热性能优良的材料，常温下导热系数低于0.2W/（m・K）。常用的绝热材料及制品主要有：矿棉制品、玻璃棉制品、泡沫玻璃制品、硬质聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等。

选择保冷材料时，应满足以下要求：①导热系数不大于0.064W/（m・K）；②密度不大于200kg/m3；③抗压强度不小于0.15MPa；④质量含水率不大于1%；⑤化学性能要稳定，对金属不含有腐蚀作用[1]。

在投资费用最少、施工难度最低的原则下，采用单壳体外保冷的结构形式，罐体保冷材料选用泡沫玻璃。泡沫玻璃是一种以磨细玻璃粉为主要原料，通过添加发泡剂，经烧熔、发泡、退火冷却、加工处理而成。它具有均匀、独立密闭的气隙结构，具有绝热、防潮、防火、防腐、抗老化等性能[2]。

1.2 防水材料

为了防止外部水分或水蒸气侵入影响绝热层的工作，保冷结构需要敷设防潮层。防水材料应选择具有抗蒸汽渗透功能、防水性能和防潮性能，且吸水率不大于1%的材料。并且化学性能稳定，无毒、耐腐蚀，在低温使用时不脆化、不开裂、不脱落。综合考虑选择聚氨酯密封膏作为防潮层材料。聚氨酯密封膏是以聚氨基甲酸酯聚合物为主要成分的单组份或双组分的密封材料，其收缩率小、耐磨性好，接缝允许有较大幅度运动。

1.3 保护层材料与辅助材料

保护层材料应选择强度高，防水防潮、化学稳定性好，不燃或难燃性材料。金属保护层材料主要包括镀锌薄钢板和铝及铝合金板，其中镀锌薄钢板在作为保护层材料时得到广泛的应用。复合保护层材料包括铝箔、玻璃纤维布、玻璃钢等，其中较为常用的是玻璃纤维布。

2 保冷层经济厚度计算

保冷计算的目的是确定绝热层的选定类别品种及其所需要的厚度。通常为了减少冷损失而需要的保冷绝热层厚度，应按经济厚度的计算方法确定[3]。

所谓经济厚度，即绝热工程绝热后的冷损失费用和投资的年分摊费用之和为最小值时绝热层的计算厚度。圆筒面保冷层厚度可按下式计算[4]：

3 结论

液氨的储存方式一般选择低温常压工艺，因此在设计过程中首先根据储罐的容量确定储罐的高度和内径，然后选定保冷结构各层的材料，并计算保冷层的经济厚度。

3.1 保冷层材料

（1）因为具有绝热、防潮、防火、抗老化等性能，因此选择泡沫玻璃作为绝热材料。（2）化学性能稳定，无毒、耐腐蚀，在低温工况下使用时不脆化、不开裂、不脱落，因此选择聚氨酯密封膏作为防潮层材料。（3）镀锌薄钢板强度高，防水防潮、化学稳定性好、不易燃，可作为保护层材料。复合保护层材料较为常用的是玻璃纤维布。

3.2 保冷层经济厚度

热价计算结果为22.1元/106KJ，冷价计算结果为57.15元/106KJ，保冷层外表面对周围空气的换热系数13.55 W/（m2・K），保冷层经济厚度最后计算结果为160毫米，储罐外径达到23.72米。进行保冷后的液氨储罐，能够满足液氨在零下33.3℃的低温环境中常压储存的要求。

参考文献

[1] GB50264.工业设备及管道绝热工程设计规范[S].1997：6-8

[2] 秦景娜，佟富维.低温液氨储罐的保冷设计[J].化工设备及管道，2001（4）19-20

[3] 路延魁.保冷绝热层经济厚度的探讨[J].洁净与空调技术，2001（1）：12-15

[4] GB/T 15586.设备及管道保冷设计导则[S].1995：3-4