深冷真空絕熱容器標準技術發(fā)展與展望
深冷真空絕熱容器包括固定式深冷容器和移動式深冷容器二大類，結構型式多種多樣，深冷容器的規(guī)范設計和制造，以及安全運行，需要多項關鍵技術，包括結構設計技術、低溫絕熱技術和標準化技術。深冷真空絕熱容器的標準化技術發(fā)展可為我國低溫儲運行業(yè)快速規(guī)范發(fā)展起到一定的促進作用。
引言
伴隨著低溫技術發(fā)展的100 多年歷程，以及低溫技術的不斷進步，氣體工業(yè)取得了快速發(fā)展。液氧、液氮、液氬、液氦、液氫、液化天然氣等低溫液體的應用已從機械、石油、化工等行業(yè)，擴展到了能源、環(huán)保、造船、交通、生物、航天等領域，需求量也在逐年快速遞增。同時，隨著世界各國對能源需求的不斷增長和環(huán)境保護意識的日益增強，液氫、液化天然氣等清潔能源的推廣與應用已成當今社會能源領域的發(fā)展重點。隨著低溫液體的廣泛應用，帶動了深冷真空絕熱容器( 以下簡稱“深冷容器”) 的快速發(fā)展，目前深冷容器已經發(fā)展成為壓力容器行業(yè)增速最快、發(fā)展最有前景的產業(yè)。
為了確保我國深冷容器行業(yè)快速、健康的發(fā)展，在國際貿易全球化趨勢下，我國需要加強對ISO、歐盟和美國深冷容器標準體系及相關標準的分析研究，掌握世界深冷容器標準化技術發(fā)展方向； 并且，通過相關的基礎技術研究工作，建立和完善我國深冷容器標準體系。
1、深冷容器產業(yè)現(xiàn)狀
從深冷容器行業(yè)現(xiàn)狀來看，歐盟、俄羅斯、美國和日本等發(fā)達國家代表了國際深冷容器的發(fā)展前沿，在歐洲有15 個主要的深冷容器制造商，俄羅斯有7 個主要的深冷容器制造商，美國有3 個主要的深冷容器制造商，澳大利亞也有3 個主要的深冷容器制造商。美國查特、俄羅斯ISC 深冷機械和日本AW 等均代表規(guī)模較大的深冷容器制造企業(yè)。同樣，隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，以及法液空、梅塞爾、林德、BOC、普萊克斯、AGA、日酸、APCI 等世界上八大著名的跨國氣體公司進駐中國市場，中國已成為了深冷容器的制造和使用大國，具有深冷容器制造能力的大小制造商近百家，除了中集安瑞科集團下屬四家企業(yè)( 中集圣達因、石家莊安瑞科、南通中集和荊門宏圖) 、富瑞特裝、杭氧、南京晨光、川空等國內大型制造企業(yè)之外，美國查特和泰勒華頓分別在中國有制造工廠。據(jù)不完全統(tǒng)計，在世界范圍內固定式真空絕熱容器在役數(shù)量已超過了27 萬臺，移動式真空絕熱容器在役數(shù)量已超過了3 萬臺。近年來，中國深冷真空絕熱容器的市場需求以每年15% 左右的速度增長，2011 年銷售額已達到50 億元以上，約占世界同類產品銷售額的1 /3。
從深冷容器的制造能力來看，世界上固定式真空絕熱容器的最大容積已達到了1000 m3，在美國、俄羅斯，已使用真空絕熱技術制造深冷球罐，特別在火箭發(fā)射場用于盛裝液氧、液氫等深冷液體，其容積最大可做到2500 m3。然而，我國固定式真空絕熱容器目前在工廠完成制造的最大容積為500 m3，以容積在250 m3及以下的立式容器為主，我國只有少量真空粉末絕熱的球罐案例。并且，其固定式真空絕熱容器的工作壓力一般在0.8 ～ 1.6 MPa，為了滿足氣瓶充裝或高壓供氣的需求，也會把工作壓力要求提高到3. 5 MPa左右。固定式真空絕熱容器的絕熱方式以真空粉末絕熱為主，有關真空纖維絕熱和高真空多層絕熱的應用將逐漸增多。
移動式深冷容器按運輸方式，將其分為：鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱、船用深冷容器、航天深冷容器等。在美國、日本、俄羅斯等發(fā)達國家，鐵路罐車是長途運輸?shù)蜏匾后w和LNG 的重要工具。如俄羅斯JSC“Cryogenmash”生產的鐵路罐車，其容積可達108 m3。
但是，目前我國民用低溫液體尤其是液化天然氣還不允許在鐵路進行運輸，因此，汽車罐車成為了我國低溫液體以及LNG 運輸主流。目前我國真空絕熱汽車罐車的最大容積僅能做到55 m3左右。
罐式集裝箱一般以20 英尺的工業(yè)氣體罐箱和40 英尺的LNG 罐箱為主，也有30 英尺和43英尺等規(guī)格。隨著LNG 清潔能源的推廣應用，船用LNG 燃料罐、加注船用罐、LNG 運輸船等需求量越來越大，目前國內已有產品可做到250 m3 以上。
移動式深冷容器的工作壓力一般不超過1.6MPa，其絕熱方式以真空纖維絕熱，或纖維與多層復合絕熱的方式為主。為了確保移動深冷容器運輸周期和無損儲存時間，其罐體靜態(tài)蒸發(fā)率一般控制0.2% /d 以下，維持時間要求在8 周以上，并且，移動容器輕型化設計理念越來越被廣泛接受。
3、我國未來深冷容器標準化工作重點
(1) 國際化將是我國深冷容器標準的發(fā)展方向
在未來我國深冷容器標準制修訂工作中，將以提高標準的效率和經濟性作為提高競爭能力為手段，充分借鑒國際標準和國外先進標準，確保在材料使用、設計、制造、安全防護、新技術采用等方面接近國際先進水平，確保我國深冷容器產品的質量、成本等諸多方面具有國際競爭力，確保我國由深冷容器制造大國向制造強國發(fā)展。
(2) 進一步梳理我國深冷容器的相關標準
根據(jù)我國深冷容器標準化體系框架，以及新確立的深冷容器標準體系建設要求和原則，對我國現(xiàn)有深冷容器標準進行梳理，將有問題、矛盾或重復的標準進行廢除、修改或整合，消除標準與標準之間存在的不和諧因素。
(3) 進一步促進相關法規(guī)與標準之間的和諧
在我國深冷容器標準體系的建設上，還需明確和理順法規(guī)與標準的相互關系。并且借鑒歐盟的做法，在法律法規(guī)方面給出保證深冷容器的基本安全要求，在標準方面給出深冷容器產品的具體的技術指標和要求。標準要求以法律法規(guī)的基本要求為前提，產品滿足了相應的標準要求，則能滿足法律法規(guī)的基本要求。
(4) 加快深冷容器的相關標準的制修訂工作
根據(jù)我國實際情況，需加快深冷容器的相關標準的制修訂工作，特別是深冷容器標準在安全運行標準、深冷容器用材料(包括絕熱材料) 標準、低溫系統(tǒng)用安全附件和設備附件以及非真空絕熱容器標準等的修訂。在未來深冷容器領域將有27 項重點標準需要制修訂，其制修訂計劃如表14 所示。
表14 深冷容器重點標準制修訂計劃
(5) 按規(guī)定做好標準的有效性審查工作
從我國現(xiàn)有的國家標準和行業(yè)標準可以看到，由于沒有統(tǒng)一的標準歸口管理單位，標準的有效性審查和修訂工作比較滯后。因此，需要在國家標準化管理技術委員會領導下，統(tǒng)一歸口單位，建立良好的運作模式，將標準的有效性審查工作應當做到常態(tài)化，保證標準的有效性、時代性和先進性。
(6) 加強深冷容器標準技術的基礎研究
通過推進深冷容器領域的基礎科研工作，提高標準技術水平，提升我國深冷容器產品的國際競爭能力。如深冷容器- 氣體和材料的相容性試驗方法研究、典型深冷容器用材低溫韌性測試研究、奧氏體不銹鋼低溫性能的提高、奧氏體不銹鋼應變強化制深冷容器技術研究、深冷容器安全閥及爆破片失效原因分析等。在充分掌握相關技術的基礎上，逐步推進相關技術的應用，盡快將相關技術列入相關固定及移動式深冷容器標準中，從而提高我國產品的競爭力。因此，我國未來重點基礎研究課題計劃見表15。
表15 重點基礎研究課題計劃
(7) 積極參與國際標準事務，增加對深冷容器國際標準制修訂的影響力
通過參與ISO/TC 220 國際標準化事務，充分實現(xiàn)我國相關權力和利益，將有利于我國深冷容器行業(yè)發(fā)展的安全技術要求融入到國際標準的制修訂過程中，逐步加強我國深冷容器行業(yè)對國際標準的影響力，提高中國在ISO/TC 220 的地位和話語權。因此，應做好以下幾個方面的工作:
1) 積極參與由ISO/TC 220 組織制修訂的深冷容器標準的評議和表決；
2) 組織國內專家參加ISO/TC 220 的年會和專題研討會；
3) 積極推進國際標準納入我國不銹鋼牌號；
4) 跟蹤ISO/TC 220 的動態(tài)，及時公布相關信息。
