鐵路運輸低溫液體罐式集裝箱結構與工藝分析

張旭平 宋超 謝淑賢 安宇龍 徐瑞峰

摘 要：在鐵路運輸過程中，氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體多以液體形式進行運輸，而為了確保運輸的穩定性和安全性，需借助低溫液體罐式集裝箱來承擔運輸載體，究其原因，多與罐式集裝箱所具有的良好密封性和隔熱性有關。對此，通過分析鐵路運輸低溫液體罐式集裝箱的基本特點和主要原理，深入研究該類集裝箱的結構特點和工藝特點，并指出其發展趨勢，進而進一步就罐式集裝箱進行優化，并促進鐵路運輸行業的可持續健康發展。

關鍵詞：鐵路運輸;低溫液體;罐式集裝箱;結構特點;工藝特點

0 引言

氧氣、氮氣等氣體，其廣泛應用于航空航天、醫藥化工、軍事制造等多個領域之中，這些氣體運輸過程中需要以液態形式存在，具有一定的危險性，因此在運輸過程中需借助低溫液體儲存方式以保證其運輸穩定性和安全性。在此基礎上，低溫液體罐式集裝箱是一種十分常見的用于液態氣體儲存運輸的壓力容器，不僅能夠滿足液態氣體的運輸要求，同時因其較強的穩定性和密封性也能夠適用于多種運輸作業環境。對此，文章以目前較為先進的低溫液體罐式集裝箱為例進行了分析。

1 低溫液體罐式集裝箱的生產技術和生產流程

現階段不同種類的低溫液體罐式集裝箱，雖然從使用方法及使用目的上來看其均存在較大差異，但其生產流程和所需要的生產技術則大同小異。低溫液體罐式集裝箱的生產主要包括罐體制造、框架制造及結構總裝等三個環節。首先，圍繞罐體制造過程，筒體卷圓成型焊接以及封頭與筒體的組對焊接是罐體制造的關鍵，而針對此項，加工過程中會采用等離子/氬弧焊一體焊接設備來保證焊接質量，單筒節用卷板機卷制成型，用長軸組對滾輪架進行筒節組對以及筒體封頭組對，此外，加工過程中對筒體進行酸洗及脫脂處理，保證筒體的整體潔靜，進而為后續罐體安裝鋪墊基礎;其次，圍繞框架制造過程，該階段關鍵要保證角柱與角件的焊接質量，角柱角件焊接后要進行拉力試驗來檢驗焊接質量，而框架的最大作用在于支撐罐體，因此確保框架的強度和穩定性往往是該階段的關鍵所在;最后，圍繞結構總裝制造過程，該階段主要針對罐體、框架及各種附件進行組合安裝，尤其是應注意管路系統的安裝。同時，在整個罐箱制作過程中，考慮到需始終確保罐體的密封性，需要對內外筒體的A、B類焊縫進行100%射線無損檢測，在X射線探傷設備的支撐下能及時發現罐式集裝箱存在的危險因素[1]。

2 低溫液體罐式集裝箱的發展和應用現狀

低溫液體罐式集裝箱，早在1997年德國Babcock-Borsig公司便與瑞典ESAB公司合作開發了一臺大型龍門式全自動自適應控制埋弧裝備，其中，該裝備用于環縫焊接方式焊接，投入至今依舊運行良好，進而為低溫液體罐式集裝箱的發展奠定了良好的技術基礎。同時，該裝置由計算機軟件控制的ABW系統和激光圖像傳感器組成，這意味著焊接精度得以充分保障，能夠基本滿足低溫液體罐式集裝箱的焊接需求。在此基礎上，低溫液體罐式集裝箱擁有了充足的生產技術支持，因此已經受到了當前交通運輸行業的重視和認可[2]。

此外，圍繞現階段低溫液體罐式集裝箱，其大多擁有以下特點：首先，低溫液體罐式集裝箱包括罐體、加強圈、真空絕熱層、框架、管路系統等多個組成部分，而由于加強圈的存在，低溫液體罐式集裝箱的整體抗壓性能相對較強，既能夠達到液態氣體的儲存要求，又可以滿足液態氣體的低溫高壓運輸需求，有助于確保氣體運輸的穩定性和安全性;其次，低溫液體罐式集裝箱在保證罐體容積的基礎上盡可能就罐體的整體重量進行降低，且結構要相對簡單，這樣不僅焊接難度較低，同時在開展清理、除銹、噴砂、涂漆等作業時也相對容易，能夠進一步就工作人員工作量進行降低，并提高實際生產的具體效率;最后，低溫液體罐式集裝箱對于任何氣體而言均具有較強的適用性，即能夠滿足絕大多數氣體的低溫運輸儲存需求，這使得低溫液體罐式集裝箱具有較高的應用價值，市場空間較為寬廣。

3 低溫液體罐式集裝箱的結構分析

低溫液體罐式集裝箱，其由罐體、加強圈、框架、管路系統等幾部分組成，整體尺寸為長6056mm，寬2438mm，

高2591mm。罐體由內層筒體、外層殼體、絕熱層組成，并且內筒體以S30408作為筒體材料，碳鋼作為外層殼體材料。此外，在低溫液體罐式集裝箱所有結構中，罐體的絕熱層始終占有舉足輕重的作用和地位，因此通常以絕熱層的隔絕程度來判定低溫液體罐式集裝箱的質量優劣。而對于絕熱層的隔絕程度來說，其在通常情況下會受到絕熱體熱量損失、框架支撐材料強度、絕熱材料傳導效率等多方面因素影響[3]。

4 低溫液體罐式集裝箱的工藝特點和生產要求

4.1 隔熱層生產

針對低溫液體罐式集裝箱的罐體隔熱層，確保其清潔度往往是保障生產質量的關鍵所在。首先，考慮到絕熱層的清潔程度會直接對整個集裝箱罐體的密封性和隔熱性造成影響，因此除了應于生產過程中嚴格把關控制灰塵雜質等物質進入罐體內外，還應在階段性生產過程后系統的就罐體內部進行清潔，進而及時排除污染物并保障隔熱層的清潔度。其次，除控制污染物外，針對絕熱材料所進行的包扎組裝作業同樣十分重要，而在組裝隔熱層時，除了應確保層與層之間絕熱材料均按照縱向或環向方向布置外，還應始終于干燥的環境下開展相關作業，進而一方面通過減少層與層之間的縫隙以在阻礙熱量損失的基礎上達到最佳的隔熱效果，另一方面借助除濕機以規避絕熱材料與空氣長期接觸所產生的吸潮問題，并最終保障絕熱材料的使用質量。此外，考慮到絕熱材料在抽真空時往往會放出過多的氣體而導致真空度難以達到，因此應適當就包扎的松緊度進行調整，在確保隔熱層達到低溫液體罐式集裝箱生產要求的基礎上為后續作業流程奠定充實的基礎。

4.2 罐體生產

在罐體生產過程中，保證罐體的密封性和真空性往往尤為重要。首先，應在罐體生產完成后系統就罐體的隔熱夾層進行密封性能檢測，其中可在烘烤罐體的基礎上采取抽真空方式開展檢測作業，同時，可借助氦質譜真空檢測手段就罐體進行全方位漏點查找，進而及時發現罐體的漏點，保障低溫液體罐式集裝箱的安全投產;其次，在罐體焊接過程中，一般需使用環焊方式進行焊接，且考慮到罐體整體尺寸較大，需用專業設備進行吊裝，以免給現場人員帶來危險，同時，采用反射屏材料，應避免其與隔熱層接觸，進而規避熱量傳導增加問題的出現[4]。

4.3 框架罐體總裝

在框架罐體總裝過程中，焊接是工作人員開展安裝作業的主要形式，而由于需要借助吊裝和定位工裝就框架及罐體進行組裝，因此應嚴格控制框架及連接件的尺寸，在以生產圖紙和生產工藝為指導的基礎上保障組裝過程的準確性。同時，應確保各連接部件間的的焊接質量，進而從根本上防止集裝箱質量問題出現。此外，在總裝過程中，應就裝配間隙進行合理控制，以免構件于焊接中出現變形問題，并應在總裝作業完成后詳細就集裝箱的結構強度、低溫性能等進行型式試驗，在滿足相關行業規范且取得《可移動罐柜認可證書》的前提下方可允許投入使用。

5 結束語

綜上，圍繞低溫液體罐式集裝箱，我們詳細介紹了低溫液體罐式集裝箱的結構特點和工藝要點，其中，需針對隔熱層、罐體、框架總裝等罐式集裝箱的要點進行完善的質量控制，在杜絕質量隱患的基礎上保障罐式集裝箱的安全使用，最終促進低溫液化氣體運輸及儲存的正常進行。

參考文獻：

[1]韓樂，真空絕熱低溫液體罐式集裝箱檢驗方法[Z].吉林省特種設備安全與節能促進會，2018-07-30.

[2]俞志東.鐵路罐式箱LNG運輸振動三分相蒸發計算模型及安全評估技術研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2017.

[3]毛海濤，液態CO2罐式集裝箱[Z].江西制氧機有限公司，2015-09-29.

[4]王琨博.20英尺低溫液體罐式集裝箱的結構強度計算[J].中國化工裝備，2014，16（05）：15-18.