1. 设计压力与介质蒸气压的直接关系
核心原则:设计压力必须大于或等于介质在操作温度下的饱和蒸气压,且需预留安全余量(通常为蒸气压的1.05-1.1倍)。这一原则防止介质因压力变化导致沸点升高,超出罐体耐受范围,引发泄漏或爆炸风险。
示例:
液氧储罐:在20℃下,液氧的饱和蒸气压为0.5MPa,因此设计压力需≥1.6MPa(1.05倍蒸气压),以应对运输中温度波动导致的蒸气压上升。
LNG储罐:LNG的蒸气压较低,设计压力可稍低(≥1.2MPa),但需配备更灵敏的压力释放阀,避免超压。

2. 不同介质特性的具体数值匹配
液氧(LOX):
蒸气压特性:液氧在20℃的蒸气压为0.5MPa,具有强氧化性,需严格密封。
设计压力:≥1.6MPa,确保罐体在高压存储(如车载场景)中安全,避免安全阀频繁起跳。
材料要求:罐体采用304或316L不锈钢,内壁需脱脂处理,防止与液氧反应燃烧。
液化天然气(LNG):
蒸气压特性:LNG的蒸气压较低,但价格昂贵,需严格控制蒸发损失。
设计压力:≥1.2MPa,配备真空多层绝热结构,日蒸发率≤0.3%,以减少经济损失。
安全措施:需配备防爆装置和过流保护阀,防止超压和泄漏。
液氮/液氩:
蒸气压特性:蒸气压极低,但需防止外部空气渗入导致纯度下降。
设计压力:根据蒸气压设定,通常为低压范围(如0.1-0.5MPa),需配合氮封系统维持微正压(200-300Pa),防止空气吸入。
结构要求:设置防倾倒装置,避免阀门损坏。
3. 氮封系统在低压低温储罐中的应用
氮封压力设定:对于低压低温储罐(如液氮罐),氮封压力需高于介质饱和蒸气压至少50-100Pa,确保氮气在气相空间占主导,防止空气渗入引发爆炸或氧化。
示例:若介质20℃蒸气压为150Pa,氮封设定压力需≥200Pa,避免罐内压力低于蒸气压导致空气吸入。
与呼吸阀联动:氮封压力需低于呼吸阀正压设定值(低100-200Pa),减少氮气浪费和介质泄漏。
4. 设计压力与储罐类型的适配
常压储罐:设计压力通常为-0.5kPa至+1.5kPa,氮封压力需远低于设计正压(不超过50%),预留温度波动空间。
低压储罐:设计压力0.1-0.5MPa,氮封压力需与操作压力匹配,高于气相分压但低于设计压力的80%,防止浮盘密封件变形。
低温储罐:设计压力0.2-0.8MPa,氮封主要用于置换空气和维持微正压,防止外界湿气进入保冷层。
5. 安全余量与规范要求
安全余量:设计压力与安全阀定压之间需留出5%的安全余量,确保在极端工况下罐体不超压。
规范合规:需符合《氧气及相关气体安全技术规程》(GB 16912)等标准,确保材料、密封件和安全阀的合规性。
6. 避免的误区与最佳实践
误区:使用常压LNG罐(设计压力0.4MPa)存储高压液氧(蒸气压0.5MPa),导致安全阀频繁起跳,增加泄漏风险。
最佳实践:根据介质蒸气压和操作温度精确计算设计压力,选择适配的罐体材料和结构,如液氧罐采用不锈钢和氟橡胶密封件。
结论
压力低温储罐的设计压力需完全匹配储存介质的物理特性,特别是蒸气压。通过预留安全余量、选择适配的罐体材料和结构,以及合规的氮封系统设计,可确保储罐在高压、低温条件下的安全性和经济性。