Como un gas industrial vital, el oxígeno líquido tiene una amplia gama de aplicaciones en los campos aeroespacial, médico, químico y otros. Sin embargo, el almacenamiento de oxígeno líquido no es una tarea fácil. Es un líquido extremadamente criogénico, con temperaturas tan bajas como -183 ° C, y también es muy oxidante. Esto significa queTanque de almacenamiento de oxígeno líquidoNo solo es necesario tener buenas propiedades de sellado para evitar la fuga y la evaporación del oxígeno líquido, sino también tener suficiente resistencia y resistencia a las bajas temperaturas para soportar las bajas temperaturas y presiones del oxígeno líquido, evitando al mismo tiempo reacciones peligrosas con él. Por lo tanto, la elección y el diseño de los materialesTanque de almacenamiento de oxígeno líquidoEs crucial y está directamente relacionado con la seguridad, confiabilidad y economía del almacenamiento.
La fuerte propiedad oxidante del oxígeno líquido lo hace fácil de reaccionar con la mayoría de las sustancias. Si el material del tanque no es resistente a la corrosión del oxígeno líquido, pueden producirse sustancias peligrosas e incluso causar consecuencias catastróficas como explosiones o incendios.
El acero inoxidable es un material común para los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido y es conocido por su buena resistencia a la corrosión. Sin embargo, cabe señalar que el contenido de carbono en el material de acero inoxidable no debe ser demasiado alto. Esto se debe a que, en un ambiente de oxígeno líquido, un contenido excesivo de carbono puede conducir a la formación de hidrocarburos explosivos. Por ejemplo, cuando el carbono se pone en contacto con oxígeno líquido, bajo ciertas condiciones, el carbono puede reaccionar con el oxígeno líquido para generar gases tales como monóxido de carbono y dióxido de carbono. La acumulación de estos gases puede desencadenar una explosión. Por lo tanto, cuando se selecciona el acero inoxidable como material para los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido, es esencial controlar estrictamente el contenido de carbono. Generalmente se seleccionan acero inoxidable bajo en carbono, como el acero inoxidable austenítico S30408. Este tipo de acero inoxidable tiene un bajo contenido de carbono y puede prevenir eficazmente la aparición de las situaciones peligrosas antes mencionadas.
La aleación de aluminio también tiene buena resistencia a la corrosión y cierta resistencia. En un ambiente de oxígeno líquido, la superficie de la aleación de aluminio forma una capa densa de película de óxido de aluminio. Esta película puede proporcionar cierta protección en circunstancias normales, pero también presenta riesgos potenciales. Si la película de alúmina está dañada o desigual, el oxígeno líquido puede penetrar en el interior de la aleación de aluminio, causando la corrosión de la aleación y causando fugas en el tanque. Por lo tanto, aunque las aleaciones de aluminio tienen algunas buenas características de rendimiento, se debe prestar especial atención a la integridad de su película de óxido superficial en la aplicación de tanques de almacenamiento de oxígeno líquido.
La aleación de titanio es la mejor opción entre los materiales del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido. Tiene alta resistencia a la corrosión y resistencia, y puede cumplir bien con los requisitos de seguridad de los tanques de almacenamiento en el ambiente de oxígeno líquido. A diferencia de las aleaciones de aluminio, las aleaciones de titanio no forman fácilmente películas en oxígeno líquido que pueden causar fugas. Tampoco produce hidrocarburos peligrosos como el acero inoxidable con alto contenido de carbono. La aleación de titanio puede mantener un rendimiento estable en ambientes de baja temperatura y es uno de los materiales ideales para tanques de almacenamiento de oxígeno líquido.
Las características criogénicas del oxígeno líquido hacen que el sellado sea un factor clave en el diseño del tanque. Si el sellado no es hermético, el oxígeno líquido se evaporará, lo que no sólo provoca un desperdicio de recursos, sino que también puede traer riesgos para la seguridad.
El sellado de soldadura es actualmente el método de sellado más comúnmente utilizado para los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido. Realiza el sellado soldando las costuras de los tanques. El desarrollo de la tecnología de soldadura ha hecho que la calidad de los sellos de soldadura sea cada vez mayor. Por ejemplo, el uso de equipos y procesos de soldadura avanzados en el proceso de soldadura, como la tecnología de soldadura automática, puede reducir eficazmente los defectos de soldadura tales como poros y inclusiones de escoria. Estos defectos de soldadura pueden convertirse en canales para fugas de oxígeno líquido en ambientes de baja temperatura. Con un estricto control de calidad, el tanque sellado soldado puede prevenir eficazmente la fuga de oxígeno líquido.
El sellado a presión es el uso de la presión interna del tanque para mantener el sellado. Este método es adecuado para algunas estructuras específicas de tanques de almacenamiento de oxígeno líquido. Por ejemplo, al diseñar un sistema de control de presión razonable dentro del tanque y mantener una cierta diferencia de presión, se puede evitar la fuga de oxígeno líquido. Sin embargo, el sello de presión tiene requisitos más altos para la resistencia y la resistencia a la presión del tanque de almacenamiento, porque el tanque necesita soportar una cierta presión para lograr el sellado.
El sellado de empaquetado es el llenado de material de sellado en las juntas del tanque para lograr el sellado. La ventaja de este modo de sellado es que se puede seleccionar un material de sellado adecuado según sea necesario. Por ejemplo, algunos selladores o juntas resistentes a las bajas temperaturas y a la corrosión pueden usarse para el sellado del empaque. Sin embargo, la fiabilidad de los sellos de empaquetado es ligeramente menor que la de los sellos soldados, ya que el material de sellado puede envejecer o deformarse con el tiempo y los cambios de temperatura, dando como resultado el fallo del sello. Por lo tanto, al elegir el sello de empaque, es necesario verificar periódicamente el estado del material de sellado, y el envejecimiento debe reemplazarse a tiempo.
Los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido son recipientes que soportan la presión de oxígeno líquido y temperaturas extremadamente bajas, lo que significa que el material debe tener suficiente resistencia y resistencia a las bajas temperaturas.
Los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido necesitan soportar la presión del oxígeno líquido, por lo que la resistencia del material es crítica. Ya sea acero inoxidable, aleación de aluminio o aleación de titanio, todos tienen cierta resistencia. Por ejemplo, el límite elástico estándar a temperatura ambiente (o 0,2% de resistencia a la tracción plástica especificada) del acero inoxidable austenítico S30408 no debe exceder de 460 MPa, y el límite superior de la resistencia a la tracción estándar no debe exceder de 725 MPa. Estos indicadores de resistencia pueden garantizar que el tanque no se deforme ni se rompa bajo la presión de trabajo normal. En el diseño del tanque de almacenamiento, también se requieren cálculos de resistencia y verificaciones de estabilidad de presión externa para garantizar que el tanque de almacenamiento pueda funcionar de manera segura y confiable en diversas condiciones de trabajo.
La temperatura del oxígeno líquido es extremadamente baja, hasta -183°C. El material del tanque debe mantener una resistencia suficiente en este ambiente de baja temperatura para evitar la fractura frágil causada por las bajas temperaturas. El acero inoxidable, la aleación de aluminio, la aleación de titanio y otros materiales comunes del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido han sido sometidos a rigurosas pruebas de rendimiento a baja temperatura. Por ejemplo, la placa de acero de la carcasa debe tener buena soldabilidad, suficiente resistencia y tenacidad al impacto, y también debe considerar el efecto corrosivo del entorno externo. Al seleccionar placas de acero de baja aleación, deben cumplir con las disposiciones de GB/T 713 o GB/T 3531; Cuando se seleccionan placas de acero inoxidable austenítico, deben cumplir con las disposiciones de GB/T 24511. Estos estándares tienen requisitos claros para el rendimiento a baja temperatura de los materiales, lo que garantiza que los materiales no se rompan debido a fracturas frágiles en entornos de baja temperatura.
Los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido son generalmente equipos de gran tamaño, con costos de fabricación elevados y ciclos de producción largos. Por lo tanto, al seleccionar el material del tanque, se debe tener en cuenta la capacidad de fabricación y la economía del material.
Los materiales comunes del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido, como el acero inoxidable, la aleación de aluminio y la aleación de titanio, tienen ventajas en el rendimiento de procesamiento. Como el acero inoxidable, la aleación de aluminio tiene buena soldabilidad y la operación de soldadura es conveniente. Aunque la aleación de titanio es relativamente difícil de soldar, con el avance de la tecnología de soldadura, su problema de soldadura también se ha resuelto bien. Al mismo tiempo, estos materiales también tienen buenas propiedades de formación y procesamiento, que pueden cumplir con los complejos requisitos de forma estructural del tanque de almacenamiento. Por ejemplo, el tanque interior y la carcasa exterior de un tanque de almacenamiento de oxígeno líquido generalmente necesitan someterse a procesos de procesamiento tales como laminado y estampado, y estos materiales pueden adaptarse a estos procesos de procesamiento para mejorar la eficiencia de fabricación.
En términos de economía, el acero inoxidable, la aleación de aluminio y la aleación de titanio también tienen sus propias características. El precio del acero inoxidable es relativamente estable y ampliamente utilizado, y el costo de adquisición es relativamente bajo. La ventaja de la aleación de aluminio es su peso ligero y en algunas aplicaciones en las que el peso del tanque es preocupante, por ejemplo en el sector aeroespacial, puede reducir el peso propio del tanque, ahorrando así los costes de transporte. Aunque la aleación de titanio es relativamente cara, debido a su excelente rendimiento, puede reducir la cantidad de material y mejorar la seguridad y la vida útil del tanque de almacenamiento, y tiene una buena economía en algunos tanques de almacenamiento de oxígeno líquido de alto rendimiento. Al seleccionar materiales, es necesario considerar factores tales como la vida útil del tanque de almacenamiento y los costos de mantenimiento para lograr los mejores resultados económicos.
El diseño estructural del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido también es muy importante porque está relacionado con el rendimiento general del tanque de almacenamiento.
Los recipientes criogénicos deberán tener una estructura de doble cubierta metálica, con una sección transversal circular del recipiente interior y la cubierta. Esta estructura puede reducir eficazmente la transferencia de calor y mantener el estado de baja temperatura del oxígeno líquido. El tanque interior está hecho de acero inoxidable austenítico S30408, y el material del contenedor exterior es Q235-B, Q245R o Q345R según la región del usuario de acuerdo con las regulaciones nacionales. La capa intermedia entre los recipientes interior y exterior se llena con un material aislante, tal como arena perlita, y luego se evacúa. Este aislamiento puede reducir aún más la transferencia de calor y mejorar el rendimiento de aislamiento del tanque de almacenamiento.
El diseño estructural de los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido deberá tener en cuenta la evitación de la acumulación de hidrocarburos. Esto se debe a que los hidrocarburos pueden causar reacciones peligrosas en un ambiente de oxígeno líquido. Por ejemplo, al diseñar la entrada y la salida de un tanque de almacenamiento, es necesario evitar estructuras que puedan formar esquinos muertos o que sean propensos a la acumulación de hidrocarburos. Al mismo tiempo, los tanques de almacenamiento deben limpiarse y mantenerse regularmente para evitar residuos de hidrocarburos.
Al realizar el cálculo de la resistencia y la verificación de la estabilidad de la presión externa del tanque de almacenamiento, el diseño de las reglas de uso debe cumplir con las disposiciones de GB/T 150.3, y el diseño del análisis de uso debe cumplir con las disposiciones de JB 4732. En el proceso de diseño, es necesario considerar la carga causada por el gradiente de temperatura entre el contenedor interior, la tubería entre capas y la carcasa exterior durante la fabricación, la prueba y el trabajo normal del contenedor criogénico. Por ejemplo, cuando el tanque es evacuado por calentamiento, los cambios de temperatura pueden hacer que el material se expanda y se contraiga, creando tensiones. Si estas tensiones exceden el límite de resistencia del material, pueden causar daños en el tanque. Por lo tanto, es necesario realizar cálculos y verificaciones precisos para garantizar que el tanque de almacenamiento pueda funcionar de manera segura y confiable en diversas condiciones de trabajo.
La selección y el diseño de tanques de almacenamiento de oxígeno líquido es una tarea compleja de ingeniería de sistemas. En términos de resistencia a la corrosión, el acero inoxidable, la aleación de aluminio y la aleación de titanio tienen sus propias ventajas y desventajas, y deben seleccionarse de acuerdo con escenarios de aplicación específicos. En términos de sellado, el sello de soldadura, el sello de presión y el sello de empaque tienen sus propias características, y el método de sellado adecuado debe determinarse de acuerdo con la estructura y los requisitos de uso del tanque de almacenamiento. La resistencia y la resistencia a las bajas temperaturas son propiedades esenciales para los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido, y estos requisitos se pueden cumplir mediante una selección razonable de materiales y un diseño estructural. Al mismo tiempo, también es necesario considerar la fabricabilidad y la economía del tanque de almacenamiento, reducir los costos de fabricación y mejorar la vida útil bajo la premisa de garantizar la seguridad y el rendimiento. A través de la selección científica y razonable de materiales y el diseño estructural, se puede garantizar la operación segura, confiable y económica del tanque de almacenamiento de oxígeno líquido, proporcionando un fuerte soporte para el almacenamiento y uso de oxígeno líquido.
