低温绝热气瓶漏放气性能的研究
以低温绝热气瓶为研究对象,设计并搭建气瓶漏放气及残余气体分析实验台,开展了室温和低温下容器漏放气和残气分析的实验研究。通过理论分析与实验研究相结合得出:室温下,气瓶真空夹层内残余气体中H2的含量约为70%,可以利用复合材料扩散放气模型预测低温绝热气瓶的漏放气;低温下,气瓶真空夹层内残余气体中H2的平均含量达到81%,可以利用金属材料扩散放气模型预测低温绝热气瓶的漏放气。本文的研究有助于推动真空维持技术的应用,对于提高高真空多层绝热低温容器产品的寿命、降低成本和确保产品的可靠性,都具有十分积极的意义。
低温绝热气瓶用来贮运液氧、液氮、液氩和液化天然气等低温液化气体, 具有安全可靠、使用方便、装载率高和可反复充装等特点, 已被广泛应用于能源、科技和国民经济各领域。它能否安全运行, 关键在于其是否能维持良好的绝热性能。低温绝热气瓶维持真空技术较困难, 这是它的一个缺点。在真空夹套内使用多层绝热材料, 使得气瓶具有较好的绝热性能, 进而使其静态蒸发率较小。但是同时多层绝热结构极大地增加了系统表面积与抽气阻力, 而且绝热材料限制了烘烤温度, 在密封后的使用期间,绝热材料又不可避免地放出气体。放入气瓶内的吸附剂和吸气剂必然会吸附真空夹层中的残余气体,在抽真空时, 加热温度受到限制, 达不到再生温度,所以其吸附作用将受到影响。低温绝热气瓶的这些缺点对于其广泛应用具有重要影响, 必须加以重视。经过多年的检验, 广东省特种设备检测院对低温绝热气瓶的调查结果表明: 真空性能恶化是造成低温绝热气瓶性能下降和失效的最主要原因。真空容器夹层内残余气体的分析和控制与容器的真空性能紧密相关[1-2] 。夹层内的残余气体主要是由漏放气产生, 它是破坏低温容器夹层真空性能的主要因素[3]。
漏放气速率是评价低温绝热气瓶绝热性能的一个重要指标, 并且漏放气的组分、含量及分压力也是选择吸附剂和吸气剂的前提和基础, 因此, 必须对漏放气的特性进行准确的分析。本文设计并搭建低温绝热气瓶漏放气及残余气体分析实验台, 开展了室温和低温下容器漏放气和残气分析的实验研究。与低温绝热气瓶夹层内绝热材料和筒体壁材料的放气量相比, 漏气量很小, 可以忽略不计[4] 。于是利用真空状态下材料放气模型, 通过与实验数据相对比,得到低温绝热气瓶在室温和低温下的漏放气模型,进而可预测出在设计的真空寿命内容器的漏放气量。本文的研究有助于推动真空维持技术的应用,对于提高低温容器产品的寿命、降低成本和确保产品的可靠性, 都具有十分积极的意义。
结论
真空性能恶化是造成低温绝热气瓶性能下降和失效的最主要原因。针对这一现象, 本文对低温绝热气瓶漏放气特性进行理论分析与实验研究, 重点分析了材料放气及真空容器夹层内的残余气体。主要得到以下结论:
(1) 室温下, 气瓶真空夹层内残余气体主要组分是H2, CO, CO2, CH4 和H2O, 其中H2 的含量约为70% , 可以利用复合材料扩散放气模型预测低温绝热气瓶的漏放气。
(2) 低温下, 气瓶真空夹层内残余气体主要组分为H2, CO, CH4 和Ar, 其中H2 的平均含量达到81% ,并且随着放置时间的变长, H2 的分压力一直在增加, 可以利用金属材料扩散放气模型预测低温绝热气瓶的漏放气。
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