一种双层球罐用接管连接结构及双层球罐的制作方法

本发明涉及低温储存设备技术领域，尤其涉及一种双层球罐用接管连接结构及双层球罐。

背景技术：

低温介质是指沸点低于-20℃的液化气体，如液化乙烯、液化天然气、液氧、液氩、液氮、液氢等。低温介质一般由常温气体液化而成，以便于储存、运输。鉴于低温介质的特性，其储存设备需具有良好的绝热性能。双层球罐作为一种低温储存设备，被广泛应用于低温液化气体介质的储存。由于双层球罐可带压储存，所以不必设置低温泵，有利于降低投资成本和运行成本。

双层球罐的液体进出管从内罐体引出时需穿过外罐体的罐壁，并与外部管道连接。在液体进出管与外罐体连接时，该连接部位的结构需至少满足以下要求：一是减少连接部位导热量，二是需补偿温差引起的位移变化。目前，为实现这一目的，常采用真空管连接结构。然而，该连接结构对抽真空要求很高，一旦出现故障，其功能均会失效，可靠性低，且由于该连接结构较为复杂，所以在其出现故障时需对包括液体进出管在内的所有相关结构进行整体更换，无疑会极大地增加经济成本和时间成本。

基于此，亟需一种双层球罐用接管连接结构及双层球罐，用以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双层球罐用接管连接结构及双层球罐，能够有效减少液体进出管与外罐体之间的导热量，并补偿液体进出管和外罐体连接部位的位移变化，结构简单且可靠。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双层球罐用接管连接结构，包括内罐体和外罐体，还包括：

液体进出管，所述液体进出管的一端与所述内罐体连通，另一端伸出所述外罐体上的避让孔设置；

柔性连接件，设置在所述液体进出管和所述避让孔之间，所述柔性连接件的内壁面和外壁面分别与所述液体进出管的外管壁和所述避让孔的内孔壁固定连接，所述柔性连接件包括多个套设在所述液体进出管外的套管，多个所述套管自所述液体进出管由内向外依次间隔设置并相互连接形成沿所述液体进出管的轴向具有方波形截面的连接结构，且至少一个所述套管上还设置有位移补偿段。

可选地，所述柔性连接件设置为薄壁结构。

可选地，所述位移补偿段设置在所述内罐体与所述外罐体之间。

可选地，所述位移补偿段为波纹管。

可选地，多个所述套管之间、所述柔性连接件与所述液体进出管之间及所述柔性连接件与所述外罐体之间均焊接相连。

可选地，所述柔性连接件外设置有第一保温层。

可选地，所述柔性连接件包括自所述液体进出管由内向外依次设置且相互连接的第一环板、第一套管、第二环板、第二套管、第三环板和第三套管。

本发明还提供了一种双层球罐，包括如上所述的双层球罐用接管连接结构。

可选地，所述内罐体的外表面和所述外罐体的内表面分别包覆有第二保温层和第三保温层。

可选地，所述第二保温层包括自所述内罐体的外表面由内向外依次设置的真空绝热层和第一pir绝热层；和/或

所述第三保温层包括第二pir绝热层。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种双层球罐用接管连接结构及双层球罐。在该双层球罐用接管连接结构中，通过设置用于连接液体进出管和外罐体的柔性连接件，并在该柔性连接件中设置多个套管，使多个套管依次连接形成沿液体进出管的轴向具有方波形截面的连接结构，能够极大地延长液体进出管和外罐体之间的传热长度，有效减少液体进出管和外罐体之间的导热量。同时，由于至少一个套管中设置有位移补偿段，所以能够补偿液体进出管和外罐体连接部位的位移变化。该种连接结构设置简单，且不依赖抽真空手段，可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双层球罐用接管连接结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的双层球罐的整体结构示意图。

图中：

1、内罐体；2、外罐体；3、液体进出管；4、柔性连接件；41、第一环板；42、第一套管；43、第二环板；44、第二套管；45、位移补偿段；46、第三环板；47、第三套管；5、补强圈；6、第一保温层；7、第二保温层；71、真空绝热层；72、第一pir绝热层；8、第三保温层；9、支柱；91、上部支柱；92、中部支柱；93、下部支柱；10、拉杆。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种双层球罐用接管连接结构。如图1所示，该双层球罐用接管连接结构包括内罐体1、外罐体2、液体进出管3和柔性连接件4。具体地，液体进出管3的一端与内罐体1连通，另一端伸出设置在外罐体2上的避让孔设置。柔性连接件4设置在液体进出管3和避让孔之间，且柔性连接件4的内壁面和外壁面分别与液体进出管3的外管壁和避让孔的内孔壁固定连接。柔性连接件4包括多个套设在液体进出管3外的套管，多个套管自液体进出管3由内向外依次间隔设置并相互连接形成沿液体进出管3的轴向具有方波形截面的连接结构，从而能够极大地延长液体进出管3和外罐体2之间的传热长度，有效减少液体进出管3和外罐体2之间的导热量。同时，由于至少一个套管上还设置有位移补偿段45，所以能够补偿液体进出管3和外罐体2连接部位的位移变化。可见，该双层球罐用接管连接结构整体设置简单，且不依赖抽真空手段，可靠性高。本实施例中，液体进出管3伸出外罐体2上的避让孔后与外部工艺管道连接。

具体地，由固体材料的导热量公式q＝λ·a·δt/l可知，导热量q与材料平均导热率λ、传热面积a、构件两端温差δt成正比，与构件传热长度l成反比，而在本实施例中，如图1所示，在与液体进出管3轴线方向相平行的平面上，柔性连接件4沿外罐体2和液体进出管3之间传热路径的长度即代表了液体进出管3与外罐体2之间的传热长度l，因此在其它参数不变的情况下通过增加柔性连接件4沿传热路径的长度就能够有效减少液体进出管3与外罐体2之间的导热量。

进一步地，柔性连接件4可设置为薄壁结构。按此设置，可使柔性连接件4的壁厚尺寸远小于其长度尺寸，以减小柔性连接件4的横截面积(即传热面积a)，从而进一步有效减小液体进出管3与外罐体2之间的导热量。

可选地，如图1所示，位移补偿段45设置在内罐体1和外罐体2之间，以利用外罐体2遮护位移补偿段45，从而避免使位移补偿段45暴露在露天环境中而遭到意外破坏，进一步提高结构整体的可靠性。

如图1所示，本实施例中，就具体结构而言，柔性连接件4包括自液体进出管3由内向外依次间隔设置的第一套管42、第二套管44和第三套管47。位移补偿段45设置在第二套管44中部。本实施例中，位移补偿段45为波纹管。该波纹管由不锈钢薄板加工而成，且其两端则分别与两个直管段固定连接，以组成第二套管44。通过第二套管44中的该段波纹管能够同时补偿液体进出管3与外罐体2连接部位由于温差引起的轴向位移和径向位移。使用时，可先根据双层球罐的实际应用情况计算得出需补偿的轴向位移量和径向位移量，再根据需补偿的位移量设计波纹管，以满足位移补偿需求。

进一步地，由于组成柔性连接件4的套管均为直管，所以在柔性连接件4中还设置有多个环板以实现相邻两个套管之间及套管和液体进出管3之间的密封连接。具体地，如图1所示，在柔性连接件4中设置有第一环板41用以连接液体进出管3的外壁和第一套管42，设置有第二环板43用以连接第一套管42和第二套管44，设置有第三环板46用以连接第二套管44和第三套管47。可以理解的是，为减少柔性连接件4的传热面积，本实施例中的套管、环板及波纹管均采用薄板制作而成。

可选地，多个套管之间、柔性连接件4与液体进出管3之间及柔性连接件4与外罐体2之间均焊接相连，以保证结构的强度。更具体地，环板与液体进出管3之间、套管与环板之间、套管44中的直管段与位移补偿段44之间，套管与外罐体2之间均是需进行焊接的部位。制造过程中，还需对焊缝部位进行无损检测及泄漏检测，以保证结构的气密性。此外，如图1所示，在第三套管47与外罐体2的连接部位还设置有补强圈5，以进一步增强避让孔部位的结构强度。

当然，需要说明的是，对于该双层球罐用接管连接结构中的任意零件及零件间的连接部位，在焊接前都应根据双层球罐的设计压力、几何尺寸及管道规格等参数进行准确的设计，以确保整体结构的强度及密封性达到理论要求。

可选地，在柔性连接件4外还设置有第一保温层6。第一保温层6由绝热材料制成，可有效减少柔性连接件4处的漏热量。由于越靠近液体进出管3的部位温差越大，所以如图1所示，本实施例中选择将绝热材料包覆在液体进出管3、第一环板41和第一套管42的外部。当然，在其它实施例中，也可在柔性连接件4的其它部位包覆绝热材料，以实现对柔性连接件4的完全包覆，最大程度地减少柔性连接件4处的漏热量。

综上，在本实施例提供的该双层球罐用接管连接结构中，通过设置用以连接液体进出管3和外罐体2的柔性连接件4，并在柔性连接件4中设置多个套管，使多个套管依次连接形成沿液体进出管3的轴向具有方波形截面的连接结构，能够极大地延长传热长度，有效减少液体进出管3和外罐体2之间的导热量。同时，由于至少一个套管中设置有位移补偿段45，所以能够补偿液体进出管3和外罐体2连接部位的位移变化。柔性连接件4还可设置为薄壁结构，以减小传热面积，进一步减少液体进出管3和外罐体2之间的导热量。

如图2所示，本实施例还提供了一种双层球罐，包括如上所述的双层球罐用接管连接结构。

可选地，内罐体1为钢制球形罐体，采用桔瓣式或混合式球壳结构。沿内罐体1的赤道线还均布有多个支柱9，以支撑内罐体1。内罐体1的材质为能够承受低温的耐低温钢(包括但不仅限于奥氏体不锈钢和镍钢)。

与内罐体1相同，外罐体2也为钢制球形罐体，采用桔瓣式或混合式球壳结构，且外罐体2与内罐体1的球心重合。同时，外罐体2与支柱9固定连接。需注意的是，在对外罐体2进行尺寸及结构设计时，需考虑风载荷、雪载荷、地震载荷、附属梯子平台等结构对外罐体2的载荷作用。

可选地，综合考虑加工能力、运输条件等，在罐体制造时，应尽量采用大尺寸的瓣片结构，以减小整体的焊缝长度，并减少现场安装工作。

进一步地，考虑到支柱9的上端与内罐体1固定连接，下端穿过外罐体2设置，其部分结构位于内罐体1和外罐体2之间，所以如图2所示，本实施例中将支柱9设置为分段式结构，以使支柱9既能够起到支撑作用，又能够满足球罐的绝热需求。具体地，支柱9自上而下分为上部支柱91、中部支柱92和下部支柱93三部分。其中，上部支柱91和中部支柱92均设置在内罐体1和外罐体2之间。上部支柱91的上端与内罐体1固定连接，且在上部支柱91的外表面设置有绝热层，以减少漏热。中部支柱92设置为水平面向心滑动结构以进行位移补偿，避免内罐体1和外罐体2之间的温差引起收缩而导致支柱9破坏。可选地，中部支柱92采用承压绝热材料(包括但不限于玻璃钢)制成。下部支柱93则与外罐体2固定连接并穿过外罐体2设置，且下部支柱93的下端固定在地基上。下部支柱93可采用与外罐体2材质性能接近的材质制成，以便于制造。本实施例中，支柱9采用成品钢管或钢板卷制管制成。

进一步地，如图2所示，相邻两个支柱9之间还设置有拉杆10，以增加整体结构的稳定性。本实施例中，每根拉杆10均设置为可调式结构。在使用过程中可根据实际情况调整拉杆10的松紧度，以改善拉杆10的受力状况，保证双层球罐在运行过程中的安全性和稳定性。具体地，拉杆10分为长短两段。其中，拉杆10的上部为长段，拉杆10的下部为短段，长段和短段之间通过可调螺母(可调螺母位置的设置应便于操作)连接，从而通过可调螺母来调节拉杆10的松紧度。

本实施例中，为保证双层球罐的绝热性能，还对内罐体1和外罐体2之间的夹层结构进行了一定设置。

可选地，如图2所示，在内罐体1的外表面和外罐体2的内表面分别包覆有第二保温层7和第三保温层8，以提高双层球罐的绝热性能。第二保温层7和第三保温层8之间为真空层，即对第二保温层7和第三保温层8之间进行抽真空处理，以进一步提高绝热性能。当然，真空层的设置也有利于减小双层球罐的总重量。

本实施例中，内罐体1和外罐体2之间夹层的总宽度为0.6m-1.2m。当然，在其它实施例中，也可设置其它结构或尺寸的球罐夹层。但需要说明的是，始终应根据罐内储存介质的沸点等特性及绝热性能要求对双层球罐的夹层结构进行合理的设计，并避免出现因过度设计而造成资源浪费的情况。

可选地，第二保温层7包括自内罐体1外表面由内向外依次设置的真空绝热层71和第一pir绝热层72。其中，真空绝热层71采用真空绝热板(vacuuminsulationpanel，vip)制成，且真空绝热板及pir(polyisocyanuratefoam，聚异氰脲酸酯)均预制成球壳状小块以便于安装。进一步地，内罐体1的外表面与真空绝热层71的内表面之间及真空绝热层71的外表面与第一pir绝热层72的内表面之间均通过耐低温粘结剂贴合设置。同时，在第一pir绝热层72的外表面还捆扎有用耐低温弹性材料制成的固定结构，以防止第二保温层7脱落，进一步增强结构的可靠性。通过该复合绝热结构能够有效消除因气体对流和导热所造成的热量传递，极大地提高双层球罐的绝热效果，减少低温介质的损耗，降低设备的投资和维护成本。

此外需说明的是，由于真空绝热板的导热系数仅约为膨胀珍珠岩导热系数的十分之一，所以在保证同样的绝热效果时，通过真空绝热层71的设置可大大减少绝热材料的使用量，从而有效减小设备总重量，更有利于设备的安全运行。

可选地，包覆在外罐体2内表面上的第三保温层8包括第二pir绝热层。但与第一pir绝热层72不同的是，第三保温层8采用现场喷涂或贴片的方式施工，即通过喷涂或贴片的方式使pir均匀覆盖在外罐体2的内表面。通过第三保温层8能够保证设备具有应对复杂环境条件的能力，有效降低外部环境(如太阳辐射、火灾等)对双层球罐绝热的影响，使双层球罐具有较低的蒸发量。

简而言之，本实施例提供的双层球罐结构可靠、绝热性能好、运行稳定，适用的储存介质范围广，可用于液化乙烯、液化天然气、液氧、液氩、液氮和液氢等多种低温介质的储存，具有极高的经济性、实用性及安全性。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。