一種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩及其製作方法與流程

2023-12-04 03:09:56 4

本發明涉及裝備製造領域，具體涉及一種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩及其製作方法。

背景技術：

在新疆等晝夜溫差較大的地方對於壓力容器的使用具有較大的影響，白天溫度高，晚上溫度低，長期在冷熱交替的下會使壓力容器始終存在溫差應力，導致壓力容器極易受損，致使其壽命降低。對壓力容器進行保溫處理能大大提高它的壽命，而現有針對低溫容器的保溫方式主要有：真空粉末、真空夾層、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等保溫材料作保溫隔熱層。現有的保溫方式基本上都是在壓力容器的外側加上一層保溫隔熱層以達到保溫的目的，但是在使用時難免會出現被腐蝕等現象導致保溫層的脫落；另外，由於保溫層是直接附著在壓力容器外表面，如果沒有全部覆蓋住，極有可能會引起內部各部位溫差不均勻，致使溫差應力損傷更嚴重，達不到預期效果；此外，太陽能沒有得到有效利用。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對上述現象提供一種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩及其製作方法，該保護罩整體結構簡單，不僅能夠起到保溫蓄熱的作用，而且還能夠便於移動運輸和組裝，這種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩在晝夜溫差較大的地方能夠起到很好地保護效果，延長壓力容器的使用壽命。

為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案：

一種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩，包括帶有滾輪的撬板，撬板上設置有相連的第一半圓筒罩和第二半圓筒罩，第一半圓筒罩和第二半圓筒罩結構相同；第一半圓筒罩的橫截面為半圓形，第一半圓筒罩包括由外向內間隔設置的第I層框架、第Ⅱ層框架以及第Ⅲ層框架，第I層框架與第Ⅱ層框架之間形成真空層，第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間形成蓄熱層，蓄熱層內放有蓄熱材料。

本發明進一步的改進在於，第一半圓筒罩和第二半圓筒罩的端部均設置有端蓋，第一半圓筒罩的端蓋上設置有壓力表，第二半圓筒罩的端蓋上設置有溫度儀表。

本發明進一步的改進在於，第二半圓筒罩的頂部設置有安全閥以及氣體檢測感應器。

本發明進一步的改進在於，第一半圓筒罩和第二半圓筒罩之間通過法蘭盤連接。

本發明進一步的改進在於，第Ⅱ層框架的材質為鐵皮，在第Ⅱ層框架上還設置有若干層鋁箔。

本發明進一步的改進在於，蓄熱層內設置有聚乙烯蓄熱塊，在聚乙烯蓄熱塊內放置有相變蓄熱材料。

本發明進一步的改進在於，相變蓄熱材料為CaCl2·6H2O和硼砂的混合物，且硼砂的質量為CaCl2·6H2O質量的1％；或相變蓄熱材料為CaCl2·6H2O與H2O的混合物，且H2O的質量為CaCl2·6H2O的質量的10％。

一種用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩的製作方法，包括以下步驟：

1)將鋼條交叉設置形成網狀結構，網狀結構整體呈半圓形，在該網狀結構上設置一層鐵皮，形成第I層框架，在第I層框架內由外向內製作結構相同的第Ⅱ層框架以及第Ⅲ層框架，第I層框架與第Ⅱ層框架之間以及第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間均通過鋼條連接；第I層框架與第Ⅱ層框架之間形成真空層，第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間形成蓄熱層，將蓄熱材料放入到蓄熱層中，形成半圓形筒A；

2)製作與半圓形筒A結構相同的半圓形筒B；

3)將半圓形筒A和半圓形筒B一端相連，在第一半圓筒罩和第二半圓筒罩的另一端部均設置端蓋，然後設置在帶有滾輪的撬板上；在第一半圓筒罩的端蓋上設置壓力表，在第二半圓筒罩的端蓋上設置溫度儀表；且在第二半圓筒罩的頂部設置安全閥以及氣體檢測感應器。

本發明進一步的改進在於，第一半圓筒罩和第二半圓筒罩之間通過法蘭盤連接。

本發明進一步的改進在於，第Ⅱ層框架的材質為鐵皮，在第Ⅱ層框架上設置有若干層鋁箔。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果：陽光照射到蓄熱式撬裝保護罩上，保護罩會吸收陽光中的能量，向內部傳熱，但由於真空層的存在，導致缺乏介質無法進行傳導，此時真空層將會隔絕部分的熱量。在真空層中只能通過熱輻射的形式將熱量進一步向內擴散，對蓄熱層放熱過程起到良好的保溫效果，利於維持保護罩內溫度的室溫化，克服了現有技術中保溫層脫落的問題。

進一步的，由於在第Ⅱ層框架上還設置有若干層鋁箔，當真空層中熱量通過熱輻射的形式進一步向內擴散時，鋁箔則起到了反射輻射的作用，隨著鋁箔純度的增加與熱射線波長的增大，鋁箱對光的反射率增大，隨著平整度的降低與表面粗糙度的增大鋁箔對光的反射率降低，從而會將一部分熱量再次反射回去，減少對蓄熱層的影響。

進一步的，在蓄熱層中，CaCl2·6H2O晶體即受到剩餘熱量影響，也受到保護罩內溫度影響，剩餘熱量和保護罩內溫度通過傳導的形式將信息透過聚乙烯塑料傳遞給CaCl2·6H2O晶體，使之發生相變，去吸收剩餘的熱量和放熱維持內部溫度的室溫化。

進一步的，該蓄熱式撬裝保護罩頂蓋上安裝有測壓儀表和測溫儀表。測壓儀表能夠及時反映保護罩內壓力變化情況，實時監測罩內壓力；最頂端設有安全閥，當壓力容器正常工作壓力情況下，保持嚴密不漏，當容器內壓力一旦超過規定，它就能自動迅速排洩保護罩內介質，使容器內的壓力始終保持在最高允許範圍之內。本發明的保溫的蓄熱式撬裝保護罩，不僅能降低外界環境溫度對壓力容器的影響而且還能起到蓄熱保溫的作用。除此之外，由於保護罩的存在也能降低雨水等對壓力容器的腐蝕，同時還具有防爆，易檢測洩露等優點。

進一步的，測溫儀表選用熱電偶溫度計，將測溫儀表安裝在套管中，帶套管的溫度計接口安全可靠，應用比較廣泛，在中、高壓反應容器中常被採用，套管與保護罩的連接用螺紋連接。

進一步的，在安全閥接近出口處還安裝有一個氣體檢測感應器，在壓力容器發生洩漏時，感應器會接收信息並反饋出警報信號，讓工作人員能及時發現問題。

本發明保護罩的製作方法簡單，保護罩以撬塊的形式存在，便於移動運輸和安裝，該蓄熱式撬裝保護罩加入了相變蓄熱材料，能有效的保護和維持保護罩內的溫度，使其不會出現太大的溫度變化，基本維持在室溫環境。

附圖說明

圖1為本發明的保護罩結構示意圖。

圖2為保護罩側視圖(法蘭盤面)。

圖3為半圓筒罩內部結構示意圖。

圖4為I、Ⅱ層框架搭建示意圖。

圖5為I、Ⅱ、Ⅲ層連接方式。

圖6為Ⅱ、Ⅲ層之間的凹槽示意圖。

圖7為聚乙烯塑料蓄熱塊模型。

其中，1為鋁箔，2為端蓋，3為法蘭盤，4為壓力表，5為溫度儀表，6為安全閥，7為撬板，8為滾輪，9為氣體檢測感應器，10為真空層，11為蓄熱層12為第一半圓筒罩，13為第二半圓筒罩，14為蓄熱塊。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖進行詳細描述。

如圖1和圖2所示，本發明的用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩的橫截面呈半圓，包括撬板7，撬板7底部設置有滾輪8，撬板7上設置有沿軸向相連的第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13，第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13之間通過法蘭盤3連接；第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13的端部均設置有端蓋2，第一半圓筒罩12的端蓋2上設置有壓力表4，第二半圓筒罩13的端蓋2上設置有溫度儀表5，壓力表4用於監測保護罩內壓力變化，溫度儀表5選用熱電偶溫度儀，用套管連接安全可靠。第二半圓筒罩13的頂部設置有安全閥6以及氣體檢測感應器9，安全閥6能保證操作時的安全，而氣體檢測感應器9能對壓力容器的洩漏起到監測和示警的作用。

參見圖3，第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13結構相同，第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13的橫截面均為半圓形，第一半圓筒罩12包括由外向內間隔設置的第I層框架、第Ⅱ層框架以及第Ⅲ層框架，第I層框架與第Ⅱ層框架之間形成真空層10，第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間形成蓄熱層11。

第Ⅱ層框架的材質為鐵皮，在第Ⅱ層框架上還設置有若干層鋁箔1。

蓄熱層11內設置有聚乙烯蓄熱塊，在聚乙烯蓄熱塊內放置有相變蓄熱材料，相變蓄熱材料為CaCl2·6H2O和硼砂的混合物，且CaCl2·6H2O和硼砂的混合物中硼砂的質量為CaCl2·6H2O質量的1％。除此之外，相變蓄熱材料還可以為CaCl2·6H2O與H2O的混合物，其中，H2O的質量為CaCl2·6H2O的質量的10％，相變蓄熱材料還可以為CaCl2·6H2O-MgCl2·6H2O複合鹽相變材料，以SrCl2·6H2O作為成核劑，能使溫度達到21℃等。

上述用於壓力容器保溫的蓄熱式撬裝保護罩的製作方法如下：

該蓄熱式撬裝保護罩製造安裝時，分為三部分：起主體作用的第一半圓筒罩12、第二半圓筒罩13、兩端部的端蓋2和連接第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13的法蘭盤3。端蓋2、第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13都是安裝在撬板7上。

第一步，搭建半圓形第Ⅰ層框架以及第Ⅱ層框架。第Ⅰ層框架和第Ⅱ層框架結構均如圖4所示。按中徑確定每一層的圓筒半徑，I層框架和II層框架均是先採用鋼條，按照軸向和周向交替編織(或焊接)，呈網狀結構，如圖4所示，網編制的越密，承壓能力越強，然後將網狀結構的外側用鐵皮包裹，形成第I層框架和第II層框架，其中，第II層框架上再覆蓋幾層鋁箔1，鋁箔1起反射輻射的作用；

第二步，搭建徑向鋼條連接Ⅲ層框架。如圖5所示，先將第II層框架在周向和軸向鋼條的相交處向各自所在圓平面的圓心搭建徑向鋼條，徑向鋼條向外延伸可以將第Ⅰ框架和第Ⅱ層框架連接在一起，在各自圓平面的徑向鋼條上搭建第III層周向鋼條，將第II層框架和第III層框架固定成一個整體，第II層框架和第III層框架形成半圓環形凹槽，如圖6所示；

第三步，在半圓環形凹槽內放置聚乙烯蓄熱塊，完成第III層框架。聚乙烯蓄熱塊即用聚乙烯塑料做成的蓄熱塊14，蓄熱塊14的結構如圖7所示，蓄熱塊14兩端各有一個小孔，將蓄熱材料通過小孔放入聚乙烯蓄熱塊中，最後用塞子將孔封上，再將其放置在第II層和第III層之間的半環形凹槽內，在第III層框架的周向和徑向相交處搭建軸向鋼條，最後第III層框架搭建完成，同樣第III層框架結構如圖4所示，第III層框架起到將聚乙烯蓄熱塊封裝在凹槽內，再用鐵皮將第III層內側包裹起來，完成起主體作用的第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13。三層框架所覆蓋的鐵皮厚度為5mm～8mm。

對於最端部的端蓋2，其製作方法與第一半圓筒罩12和第二半圓筒罩13製作方法類似，相對而言較簡單些，由鋼條搭建平面半圓形構架，同樣構建三層框架構成真空層和蓄熱層，將半圓形的蓄熱塊放置蓄熱層內中，最後用軸向鋼條封裝，裹上鐵皮，鐵皮厚度大約為5mm～8mm。

這三部分與撬板7之間的連接方式都是焊接，頂蓋2與第一半圓筒罩12、頂蓋2與第二半圓筒罩13、法蘭盤3與第一半圓筒罩12、第二半圓筒罩13也是焊接連接，而兩個撬板7則是由法蘭盤連接在一起形成一個完整的蓄熱式撬裝保護罩。

具體的，本發明中通過交叉設置的細長型鋼條形成網狀結構，如圖4所示，網狀結構整體呈半圓形，在該網狀結構上設置一層鐵皮，形成由外向內且結構相同的第I層框架、第Ⅱ層框架以及第Ⅲ層框架，第I層框架與第Ⅱ層框架之間以及第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間均通過徑向的鋼條連接，徑向的鋼條同時起到支撐的作用。第I層框架與第Ⅱ層框架之間形成真空層10，第Ⅱ層框架與第Ⅲ層框架之間形成蓄熱層11，將蓄熱材料放入到蓄熱層11中。

外界環境溫度的變化引起保護罩外壁溫度的改變，吸收熱量通過傳導進入第I層框架，使其壁溫發生變化。此時途經真空層10，而真空層10具有很高的絕熱性能，其導熱係數熱係數視為0.023W/(m·K)，由於小於0.05W/(m·K)，則可視為該層有高效保溫效果，真空層10對於熱量起到了隔絕作用，讓熱量不能通過傳導或對流的形式對內部產生影響，同時減少了內部熱量的流失，致使在真空層10中只能以輻射的形式向內傳遞熱量。即真空層10既能有效降低外部環境溫度大幅度改變帶來的影響，也能對蓄熱層放熱過程起到良好的保溫效果。由於鋁箔1的存在，起到了反射輻射的作用，將一部分由輻射產生熱量反射回去，降低了外界溫度對真空層10內部溫度的影響。

在蓄熱層11中，放置著聚乙烯蓄熱塊，其導熱係數為0.42W/(m·K)，鋼條(碳素鋼)的導熱係數較高在48W/(m·K)左右，都能很好的傳遞熱量。

聚乙烯蓄熱塊內放置著CaCl2·6H2O和硼砂的混合物，其中，硼砂的質量為CaCl2·6H2O質量的1％。該CaCl2·6H2O晶體為無機水合鹽相變蓄熱材料，無機水合鹽相變材料具有比較大的熔解熱和固定的熔點，脫出的結晶水使鹽熔解而吸熱，降溫時發生逆過程，吸收液態水而放熱再次生成無機水合鹽結構。其中CaCl2·6H2O晶體的熔解溫度為29℃，在加入其質量1％的硼砂後，其熔解溫度變為26℃。當溫度超過該值時，CaCl2·6H2O晶體開始熔解，脫出結晶水並吸收267kJ/kg的熱量。當溫度低於該值時，CaCl2將會與水以硼砂為核心重新結晶為CaCl2·6H2O晶體，並放出大量的熱，對保護罩內儲蓄物進行加熱，溫度也不會超過26℃，當溫度超過26℃時，CaCl2·6H2O晶體就會發生相變，重新吸熱，所以保護罩內溫度最後會維持在26℃左右來回改變直至穩定。其中硼砂在熔解和結晶過程中起了很大的作用，硼砂作為成核劑，以充當成核中心，硼砂的加入可以抑制過冷現象，而且由於硼砂的成核作用，可以加快材料的冷卻凝固過程。可根據具體實際情況，確定所需蓄熱材料的質量。CaCl2·6H2O晶體即受到剩餘外界的溫度影響，也受到保護罩溫度影響，剩餘熱量和保護罩溫度通過傳導的形式將信息透過聚乙烯塑料傳遞給CaCl2·6H2O晶體，使之發生相變，去中和剩餘的熱量和維持內部溫度的室溫化。

該蓄熱式撬裝保護罩以撬塊的形式存在，便於移動運輸和安裝，該蓄熱式撬裝保護罩加入了相變蓄熱材料，能有效的保護和維持保護罩內的溫度，使其不會出現太大的溫度變化，基本維持在室溫環境。

本發明的保溫技術主要是依靠蓄熱材料的特性。溫度的高低決定了所選蓄熱材料對熱量的吸收與釋放，使得蓄熱材料不斷進行相變反應，但保護罩內溫度不會超過26℃，最終達到控溫的效果。

本發明中保護罩的核心部分為相變蓄熱材料所在的蓄熱層11和起到絕熱作用的真空層10，整體結構採用搭建框架填鋪鐵皮的方式製造。該蓄熱式撬裝保護罩加工採用的是雙層壓力容器的製作方法，分為兩層：外部的真空層和內部的蓄熱層，一層套一層，結構簡單；該蓄熱式撬裝保護罩是由兩個一樣的撬塊拼接而成，先將臥式壓力容器放置其中後，再將兩部分由法蘭連接緊固密封。

應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。