杜树元
烟台市特种设备检验研究院
摘要：随着经济和科技水平的提高，低温气瓶主要用于储存低温液态工质，目前广泛应用于不同领域，如:储存液体火箭发动机燃料、作为氢燃料车储罐以及应用于低温生物学和低温电子学等。低温气瓶良好的绝热性能是实现储存低温液态工质的重要保证。低温气瓶一般由内胆和外壳组成。低温气瓶的漏热途径根据不同绝热方式而有所不同，以高真空多层绝热为例，其漏热途径主要有真空夹层之间的辐射传热、残余气体导热以及支撑构件导热等三部分。这些漏热情况导致储存在低温气瓶内的液体蒸发而压力升高，直至逸出造成浪费;同时，如果泄压阀发生损坏，甚至会引起重大事故。在某些野蛮作业场所不合格产品，更易引发事故。因此低温气瓶的安全必须得到保障。为了更快地获得高真空，层间绝热材料和吸附剂通常要被加热到一定温度并且维持一定时间，使得材料吸附的气体能够很快释放出来。目前，这种内加热方法被广泛应用在抽真空过程中。然而，由于绝热材料在过高温度下容易损坏，加热温度需要严格控制。因此在实际应用中，掌握绝热材料间的温度分布对于抽真空过程有重要的研究价值。
关键词：低温绝热气瓶；定期检验；分析
引言
利用在多层材料中间固定热电偶的方法，研究抽真空过程中低温绝热气瓶夹层绝热材料温度分布情况，温度分布主要在抽真空和保温两种工况下采集。试验得出，在抽真空状态和保温状态下，温度随着远离内容器壁而逐渐降低，温度升高梯度随着远离内容器壁而减小。但无论在何种状态下，整个内加热过程中，夹层温度升高随着时间变化而逐渐趋于平稳。
1抽真空内加热
抽真空的主要目的：抽出低温绝热气瓶夹层中的气体，减少材料放气到允许范围，激活吸附剂。在抽真空过程中，气瓶夹层间的气体从气瓶筒体、支撑结构、绝热材料、吸附剂等释放出来同时也从外界漏入，因此低温绝热气瓶抽真空具有一定困难。如果从外界漏入气体被控制在一个允许的范围内，夹层间气体主要从各种材料中释放，其次是吸附剂。绝热材料的放气面积是筒体几倍、甚至几百倍，而且一些绝热材料的放气速率非常高，并且具有很大的放气量，例如玻璃纤维纸和铝箔。夹层空间使用的吸附剂（分子筛和活性炭等）通常具有很大的比表面积，这些吸附剂在正常温度和压力条件下具有吸附特性，在抽真空过程中能够释放出来。因此，低温绝热气瓶抽真空比较困难，成为抽真空领域比较特殊的长时间抽真空问题。目前，内加热方法普遍应用于低温绝热气瓶的抽真空过程。抽真空前对气瓶内部预加热到一定温度，并在抽真空过程中保持或升高温度到允许的放气温度。此外，大量易脱附的惰性气体被充入夹层以置换吸附于材料表面的水汽分子，这些易脱附的惰性气体会对夹层温度分布和导热产生影响，使夹层中气体传热的作用增强，空间温度分布均匀。内加热方法的优势：①升高材料温度可以缩短材料表面分子的吸附时间，加快绝热材料和吸附剂的抽真空过程；②温度的升高会提高分子扩散系数；③气体分子温度升高，分子运动速率加快，分子穿过绝热材料层的能力加强。因此，内加热中低温绝热气瓶夹层温度分布值得研究。
2测试方法
装置由伴热管道、温度传感器、层流质量流量计、压力控制器和连接管道组成。层流质量流量计相比热式质量流量计，其测量温度的下限可以延伸至-10℃，上限延伸至50℃，有效降低了对伴热管道功率和控制精度的要求。伴热管道中的温度传感器实时监测管路温度，若环境温度较低时，气体在进入质量流量计之前通过伴热管道加热至-10℃～50℃。
ALICAT层流压差式质量流量计和ALICAT31系列压力控制器通过伴热管道安装在气瓶放空阀接口处，以实现流量的测量与压力的控制。测试前，参照GB-T34347-2017《低温绝热气瓶定期检验与评定》中对车用气瓶静态蒸发率检验的规定，通过质量流量计法对气瓶的静态蒸发率进行测试，并以此静态蒸发率作为比对，得出不同压力下的测试误差。
3检测方法分析
3.1低温气密性检测方法
低温绝热气瓶的阀门系统附件属于特种设备，需要经过严格检测后使用。但实际上，国内检测检验技术尚未成熟，检测设备与技术标准仍处于摸索性开发试用阶段，不能确保阀门系统附件使用安全性与质量。低温绝热气瓶用截止阀的使用温度要求较高，要求附件在低温状态下保持高度气密性，以降低气瓶使用危险性。在低于零下196℃环境条件中应用时，气瓶阀门系统结构与元件的气密性无从保证，使用风险加剧；对此，应当严格按照产品性能要求使用，以降低安全性影响。国内低温热绝气瓶用截止阀的气密性检测方法与标准尚未统一，工作展开需参照国外产品制造时的检验标准与技术要求，如常用的氦质谱检漏技术等。氦质谱检漏法检测密封结构与元件气密性的效果理想，不易受气体介质影响，仪器反应时间短，检漏结果准确性高，具有较高的应用价值。氦质谱检漏法使用过程中，需要用到压力表、针形阀、液氮、保温容器、试验阀、冷却蛇管、保温盖、气瓶调节阀、远控阀等器具，要求试验人员严格按照检验评定标准开展，并明确掌握试验方法操作要点，尽可能地减少检验误差。基于质谱学原理的氦质谱检漏仪，气密性检测仪器的漏气体主要以氦气为主，常用喷氦法或吸氦法两种检漏方法完成。但气瓶阀门系统的体积小，限制了检测操作空间，可辅以吸枪检漏方法完成检测。打开截止阀后浸入液氮内，关闭针形阀后通入高纯氦气，利用吸枪检测截止阀外部气密性。关闭截止阀的同时开启针形阀，并通入高纯氦气，用吸枪在针形阀出口处检测内部气密性。通过整理分析泄漏率试验数据，了解截止阀的低温气密性水平。
3.2附件和阀门检验
低温绝热气瓶的附件和安全阀门属于一种常规性的安全阀、压力表、爆破片、磁性液位计，在对其开展检验的时候如果严格遵照国家有关标准进行。第一，安全阀和压力表的基本检验周期是一年，爆破片在使用三年的时候需要进行更换。安全阀的检验具体包含以下几个方面的内容：①安全阀的开启压力需要和气瓶压力级别保持一致。②安全阀的阀体以及连接螺栓需要保持在良好的状态。③如果一个低温绝热气瓶上安装了一个安全阀，安全阀的开启压力要小于其工作压力的1.2倍。在爆破片检验的时候需要做好以下几方面的工作：①爆破片的爆破压力需要和气瓶压力级别保持在一定的状态。②爆破片仅仅能够在产品说明书的使用条件范围内使用。③爆破片的连接螺栓需要保持良好。
结语
便携式测试方法可在短时间内实现气瓶绝热性能的安全评价，不仅能够判断气瓶的绝热性能，而且还能够大幅度缩短测试时间，低温液化气瓶用截止阀检测现状与使用性能试验方法展开研究，希望对我国相关行业现代化发展起到积极参照作用。随着低温液化气瓶产品应用市场的不断拓展，应当加强对产品制造水平与检测技术研发水平的提升，推动阀门系统国家标准逐步完善与产品产能的稳中求进发展，最终实现产品生产制造与质量检测的良性循环。
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