摘要：本文以低溫絕熱氣瓶為主要研究對象，重點(diǎn)介紹了一套適合低溫絕熱氣瓶定期檢驗(yàn)的新的抽真空工藝，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，分析其抽真空效果，可為國內(nèi)低溫絕熱氣瓶的定期檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供參考。

一、引言

低溫絕熱氣瓶^[1]是指適用干在正常環(huán)境溫度下使用，設(shè)計(jì)溫度不低于-196℃、公稱工作壓力為0.2Mp～3.5Mpa，盛裝介質(zhì)為液氧、液氮、液氫、液態(tài)二氧化碳、液化天然氣，氧化亞氮等低溫液化氣體的可重復(fù)充裝的特種氣瓶。該氣瓶具有安全可靠、使用方便、裝載率高、氣體純度高等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用，越來越多的被各行各業(yè)用來替代傳統(tǒng)高壓鋼制氣瓶，具有巨大的市場潛力。

日前，國內(nèi)制造和在用的低溫氣瓶數(shù)量逐年增多，但其質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)卻沒有得到同步的發(fā)展，由于低溫氣瓶可以帶壓儲存和運(yùn)輸?shù)蜏匾后w，與普通壓力容器及高壓氣瓶相比結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此，以往用以壓力容器和氣瓶的檢驗(yàn)技術(shù)、方法、檢測儀器儀表和裝置設(shè)備等都無法對低溫氣瓶進(jìn)行檢驗(yàn)檢測。從而造成低溫氣瓶的有效監(jiān)控手段嚴(yán)重不足，使得在用的絕大多數(shù)低溫氣瓶早已超過規(guī)定的檢驗(yàn)周期，存在不小的安全隱患，一旦發(fā)生爆炸或火災(zāi)，會對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來損失，對社會的安全造成影響。

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)留檢驗(yàn)研究院常州分院于2009年9月成立江蘇省低溫絕熱氣題檢測中心，面間全國開展低溫氣瓶的定期檢驗(yàn)項(xiàng)目。在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)被檢的低溫氣瓶絕熱性能存在的最重要問題之一即是平均使用3-5年后，低溫氣瓶的夾層真空度會產(chǎn)生缺失，造成靜態(tài)蒸發(fā)率的嚴(yán)重超標(biāo)，因此，采用何種工藝對氣瓶夾層進(jìn)行重新抽氣，以保證在較短的時(shí)間內(nèi)使真空度符合使用要求是目前應(yīng)受重視的課題。本文結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)工作，在抽氣技術(shù)方面的進(jìn)行探討。

二、低溫絕熱氣瓶的構(gòu)造

低溫絕熱氣瓶的典型結(jié)構(gòu)是由內(nèi)膽、外殼、支撐系統(tǒng)、絕熱層等組成，為了節(jié)省占地面積和方便運(yùn)輸，型式主要以立式為主，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中絕熱層由高反射率的反射屏（鋁箔或鍍鋁滌綸薄膜等）與導(dǎo)熱系數(shù)低的材料（玻璃纖維制作的布或紙及尼龍網(wǎng)等）作隔熱物互相疊加而成。在制造廠制造過程中，用作多層絕熱的玻璃纖維制品必須預(yù)先經(jīng)過脫脂處理，吸附劑在使用前也經(jīng)過高溫活化后密封保存。多層纏繞纖維是絕熱依靠，同時(shí)也是放氣的主要來源。低溫氣瓶定期檢驗(yàn)的抽氣過程實(shí)際上歸結(jié)為絕熱體，特別是間隔材料的除氣，低溫絕熱氣瓶經(jīng)3-5年的使用后，真空度反彈，實(shí)際上就是多層絕熱中以玻璃纖維為基體的間隔材料慢慢放岀氣體，從而造成夾套內(nèi)高真空度的下降。

三、低溫氣瓶返修抽氣存在的困難

筆者通過對大量送至我低溫中心的低溫氣瓶進(jìn)行抽氣及前人的研究基礎(chǔ)上總結(jié)出目前抽真空存在困難主要如下：

1、氣體負(fù)荷大

氣體的負(fù)荷王要來源于絕熱材料、容器壁、支撐和吸附劑的放氣，以及容器的漏氣，其中以絕熱材料的放氣為主要來源，絕熱材料一般都要包扎三十多層，每層又都是雙面放氣，放氣面積比容器壁面積大數(shù)十倍，甚至上百倍，因此低溫氣瓶的氣體負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同容積的一般動態(tài)真空設(shè)備的氣體負(fù)荷。

2、抽氣時(shí)加熱效率低

多層絕熱在真空狀態(tài)下具有良好的絕熱性能，在抽氣過程中需對容器進(jìn)行加熱除氣，但絕熱材料和吸附劑升溫困難，溫度分布不均，造成加熱效率很低

3、流導(dǎo)小

低溫氣瓶的流導(dǎo)主要受限于絕熱層的間隙和抽氣口的流導(dǎo)。在包扎幾十層絕熱材料的絕熱層中，層與層間隔距離很近，其流導(dǎo)極小。而氣瓶封口直徑又很小，因而流導(dǎo)也很小。

由于上述幾個(gè)方面造成低溫絕熱氣瓶抽氣困難，如何順利把氣瓶夾層空間的氣體抽出以保證低溫氣瓶在5-10年壽命期內(nèi)保持較好的真空絕熱性能，是低溫絕熱氣瓶檢驗(yàn)工作者亟待解決的問題。

四、低溫氣瓶返修抽氣工藝

為解決以上難題，我院低溫檢測中心在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究出了一整套新的抽空工藝，其特點(diǎn)是，抽氣前采用氣體沖洗工藝進(jìn)行預(yù)處理：抽氣過程中采用內(nèi)加熱工藝；抽氣過程間斷抽氣工藝；夾層加入吸附劑。

氣體沖洗工藝的主要目的是：利用易脫附的無害干燥氣體多次充入氣瓶夾層內(nèi)，去置換不易脫附的水蒸汽和空間內(nèi)的殘余氣體等，氦、氮、氬等都可作為充入氣體，考慮到氮?dú)獾膩碓捶奖悖褂冒踩煽?，一般把它作為充入氣體。當(dāng)然，如果能到有條件采用熱氮?dú)獬淙肱艢獾脑?，效果更加顯著，因?yàn)槌淙虢^熱空間的氮?dú)饽苤脫Q出吸附于材料表面的水汽分子，而且氮?dú)夥肿颖旧硪子诒晃觥?/span>

內(nèi)加熱工藝的主蘿目的是：升高材料的溫度，加速材料再而出氣時(shí)間，縮短排氣時(shí)間。但氣溫絕熱氣瓶的加熱溫度通常不能太高，因?yàn)榻^招材料、氣瓶中的一些釬焊件，以及一些密封元件等不能經(jīng)受更高的溫度。因而有必要制定合適的加熱方法和工序，以提高容器的抽氣質(zhì)量和縮短抽氣時(shí)間。

我院文對容積為160L的兩只低溫氣瓶分別采用不加熱與內(nèi)加熱的兩種方法進(jìn)行抽真空試驗(yàn)，測試儀器為：PHOENIXL300（ OERLIKON）。

首先，進(jìn)行不加熱抽空96小時(shí)，容器的壓強(qiáng)僅有4～5pa。由于真空度低，出氣率大，其值為13～26Pa·L/S;

然后，對同規(guī)格的另一個(gè)氣瓶內(nèi)膽連續(xù)加熱至一定溫度，抽空72小時(shí)冷卻后，壓強(qiáng)為0.4Pa，比前者降低了一個(gè)數(shù)量級，容器冷卻后的出氣速率為0.27～0.40Pa·L/S?？梢圆捎脙?nèi)加熱方法可使出氣率大大降低，基本能夠滿足低溫氣瓶在用后返修抽真空的要求。

間斷抽氣的主要目的是：抽氣機(jī)組間斷工作，用少的實(shí)際抽氣時(shí)間達(dá)到連續(xù)抽氣的相同效果。間斷抽氣的主要方法是在夾層內(nèi)獲得高真空的情況下，暫停抽氣，待容器壓強(qiáng)回升到定的限度后，重新用機(jī)組將材料放出的氣體抽走，然后再停止抽氣，反復(fù)進(jìn)行直到滿足真空度的要求范圍，間斷抽氣和氣體沖洗結(jié)合起來的效果更加明顯。

真空夾層加入吸附劑的主要目的是：在使用過程中，在低溫的工況下，吸附劑可以吸附在夾層中的殘余氣體（氫為主），保證夾層真空度較長時(shí)間不缺失。引起夾層真空度變化的主要原因是內(nèi)外筒體漏氣和夾層材料的放氣，漏入夾層的氣源是空氣，氫氣是夾層材料放氣的主要成分，我院現(xiàn)在使用的吸附劑以氧化鈀為主，可以有效的吸附夾層中的氫原子，效果明顯。

五、結(jié)論

經(jīng)過以上理論及試驗(yàn)分析，可以得出我院低溫檢測中心采用的這套返修抽真空的工藝主要優(yōu)點(diǎn)為：

1、抽氣時(shí)間短，提高設(shè)備利用率，縮短了絕熱氣瓶的檢驗(yàn)時(shí)間；

2、吸附劑在抽真空過程中的再活化徹底，可改善絕熱氣瓶的絕熱性能，延長真空壽命；

3、工藝簡單，操作方便，不需要十分復(fù)雜的設(shè)備和材料，氣源來源方便，價(jià)格便宜，用量少。

關(guān)鍵詞：LNG氣瓶抽真空，LNG抽真空裝置

【參考文獻(xiàn)】

[1]全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，GB24159-2009低焊接絕熱氣瓶[S]北京中國標(biāo)準(zhǔn)出版社2010

作者：岳云飛  趙耀明

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