低温液体罐式集装箱技术工艺发展分析

第一节 低温液体罐式集装箱基本生产技术、工艺或流程

世界现有的罐式集装箱生产企业的生产流程都有各自自身的特点，不尽相同。但是如果从罐式集装箱的结构出发，我们仍然能够了解罐式集装箱生产的通用流程。

式集装箱制造主要包括罐体制造，支撑罐体的框架制造以及罐体与框架的组合/组装。

罐体制造包括罐桶制造与罐桶封头制造；框架制造主要是框架与角件的焊接以及喷涂作业等；罐体与框架组合还包括各种附件的安装，如加热/冷却系统等。

生产设备主要有用于旋转焊接的SAF等离子/TIG焊拼版焊机,罐体（胆桶）成型的卷板机，用于手工焊接的MIG和TIG焊机，罐体三位喷淋式酸洗系统，框架的喷砂和喷漆设备。由于罐式集装箱大多属于压力容器设备，因此对焊接焊缝的质量要求非常高，所以罐体焊接焊缝必须100%进行无损探伤，从而X射线探伤设备是不可或缺的硬件之一。

第二节 低温液体罐式集装箱新技术研发、应用情况

1、一种用于液化天然气储运的低温罐箱：

 本实用新型涉及一种用于液化天然气的低温罐箱，设置于具有底盘的牵引车上，包括一用于盛放液化天然气的罐体，具有外壳与内胆，其前端和后端分别悬挂在该牵引车底盘之外；和用于固定该罐体的框架，包括前端框和后端框，分别设置在距离该罐体的前端和后端的预定位置上，并分别固定在该牵引车底盘的前端和后端。本实用新型根据中国运输法规的极限，通过最大限度地设计低温液化气体罐式集装箱尺寸来提供罐体容积，并通过采用比重较轻的材料制作全部(或部分)设备，以降低设备自重，进一步提高运输效率。

第三节 低温液体罐式集装箱国外技术发展现状

德国Babcock-Borsig公司与瑞典ESAB公司合作于1997年开发了一台大型龙门式全自动自适应控制埋弧装备。专用于、厚壁容器筒体纵缝和环缝的焊接。自1998年正式投运至今使用状况良好，为了型厚壁容器对接缝的自动埋弧焊开创了成功的先例。

该装备配置了串列电弧双丝埋弧焊焊头，由计算机软件控制的ABW系统（Adaptive Batt Welding）和激光图像传感器。

在焊接过程中激光图像传感器连续测定接头的外形尺寸，测量数据通过计算机由智能软件快速处理，并确定所要求的焊接参数和焊头位置。也就是说每焊道的尺寸和焊道的排列是由系统的软件以自适应的方式控制的。

 系统软件可调整每一填充焊道的4个焊接参数：焊接速度，焊接电流，焊道的排列和各填充层和盖面层的焊道数。因此，该系统可使实时焊接参数自动适应接头整个长度上横截面和几何尺寸的偏差。焊接速度是控制不同区域内的熔敷金属量，而焊接电流是控制焊道的高度和熔敷金属量。焊道的排列是决定每层焊道间的搭接量。每层的焊道数则取决于每层的坡口宽度。该设备的主控制器和监视器以PC机为基础。

多年的使用经验表明，该装备不仅大大提高厚壁容器的焊接生产率，而且确保形成无缺陷的厚壁焊缝，同时显著降低了焊工劳动强度，改善了工作环境。

第四节 低温液体罐式集装箱技术开发热点、难点分析

总体而言，我国罐式集装箱生产企业具有较好的生产柔性，这得益于两方面的因素。首先是我国罐式集装箱企业成立较其他三家国外企业晚了很多，企业在生产线设计布局时能够成功地借鉴其他企业的经验教训；其次是我国当前的劳动力价格和国外企业相比相对低廉，而且在执行劳动时间限制方面政府施加的压力有限，国内企业可以通过改变劳动时间来实现柔性生产，这是国外三家企业无法做到的。

第五节 低温液体罐式集装箱未来技术发展趋势

1、压力容器所用材料的技术进展

近年来压力容器产品大型化、高参数化的趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、二千吨级的煤液化反应器、一万立方米的天然气球罐（日本最大的天然气球罐为三万立方米）等已经在我国大量应用，压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：

材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；

材料的介质适用性：针对各种腐蚀性介质和操作工况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给设计者以更多选择的空间，为长周期安全生产提供了保证；

材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的应用范围。

更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决诸如3万立方米天然气球罐、钢厂的大型球罐、20万立方米原油储罐以及超高压容器的选材问题。目前σb≥800MPa高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。

2、计算机技术的广泛应用

在信息时代的今天，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的每一个领域。计算机软、硬件的每一个进步都极大地影响着压力容器行业的技术进展，其主要表现为：

设计：传统的计算机辅助设计（CAD）已逐步向计算机辅助工程(CAE)的方向发展。随着计算机能力的不断增强和分析手段的日益多样化，设计者在结构设计阶段就可以预见到诸如焊接过程中所产生的残余应力、设备组装和运输过程中可能会出现的碰撞等问题，并在设计阶段消除这些问题，分析设计和结构优化设计已经逐渐为设计者所掌握；

制造：计算机辅助制造(CAM)技术正在逐步改变压力容器制造厂传统的工艺生产方式，质量管理意识和生产方式已经发生了深刻的变革。压力容器全过程的计算机管理使得所有控制点均能得到有效的控制，极大地减少了人为失误，有效地保证了产品质量的稳定，保证了生产周期和生产成本的降低；

焊接：计算机控制的仿形焊机、激光焊机和全位置自动焊机的应用，极大地提高了生产效率和产品质量；

无损检测：计算机射线实时成像、超声扫描模拟成像和多通道声发射等技术的应用，再配以专门研制的专家系统，使检测的结果更加准确和客观。特别是超声扫描模拟成像缺陷探察技术（TOFD）已经成功地用于核设备、加氢反应器等厚度大于100mm的重型容器。这对提高重型容器的生产效率和减少射线污染起到了积极的作用。我国在煤液化装置反应器的建造中开始应用该技术解决现场进行无损检测的问题。

3、结构设计

现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚，体现真正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和谐统一。

结构的合理性设计：标准中对压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器结构所受的制约较少，给设计者很大的发挥空间，有利于设计出更加合理的结构。另外，分析设计手段的运用和验证性试验的实施为结构的合理性设计提供了必要的保障。例如模块化的设计方法，它是按照压力容器上各个部件功能的不同将完成同一功能的各部件作为一个小的整体来进行研究，像安全防护装置部分，罐体部分等，它不仅使得压力容器的维护更加简便，而且能在很大程度上能够缩短研制周期，加速技术升级。

结构的经济性设计：压力容器的安全性和经济性的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准就是应此要求而出现的。焊接钢管的使用和特殊结构的应用，在很大程度上是考虑了压力容器结构的经济性。

结构的可靠性设计：传统的安全系数设计法为了“保险”起见，往往将安全系数的取值偏大，使得所设计的压力容器及零件的结构尺寸偏大，不仅浪费材料，而且由于各个零件的寿命和强度难以保证合理的匹配，结果造成最终产品1+1<2的情况。而可靠性设计中将部分参数作为随机变量来处理，对其进行统计并建立统计模型，用概率统计法进行计算，能够全部扫描设计对象，所得结果更符合世界情况。

4、安全系数的降低

为了增加本国产品的竞争性，降低安全系数是目前世界各国和地区压力容器标准的普遍倾向，我国也提出了将特定材料按分析设计方法设计的安全系数nb降为2.4的提案。安全系数的降低关系到压力容器标准的基础，对压力容器行业的经济性及安全性影响极大，必须慎之又慎。降低安全系数的前提条件是：

结构分析设计水平的提高；

制造经验的积累和制造技术水平的提高；

更严格的材料技术要求；

更科学的质量保证体系。

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