低温储罐真空度对绝热性能影响的分析

低温储罐真空度对绝热性能影响的分析

赖学良

广东省特种设备检测研究院东莞检测院 广东东莞 523000

[摘要]伴随我国的社会经济持续进步发展，对低温液体实际需求不断增加，针对如液氮等低温液体，选取高性能化绝热方式，其对液氮损失而言可起到降低作用。针对危险系数较高的如液氧及液氮、液氩、液态二氧化碳等这些低温液体，实行高性能化绝热方式，可促使液体无损化存储时间得以延长，为存储安全提供保证。国内外相关研究学者现阶段对真空绝热类型材料方面研究较多，但多集中于气体导热对于多层的绝热性能所产生影响等方面，为能够更全面细致地开展此方面研究，鉴于此，本文主要从材料选用、真空系统及抽真空现场试验方面入手，进一步地探讨低温储罐实际真空度对于绝热性能所产生影响，仅供业内相关人士参考。

[关键词]低温储罐；绝热性能；真空度；影响；

前言：

低温储罐实际使用过程，运用不同真空绝热类型材料及绝热方式之下，往往会对其绝热性能方面产生一定影响。为全面了解这些影响情况，则对低温储罐不同的真空度之下绝热性能变化情况开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、简述低温储罐

针对低温储罐，它的内胆材料通常选取奥氏体的不锈钢，用于液态氧、氩、氮、二氧化碳等存放的介质卧式或立式双层真空类型绝热储槽。

2、影响分析

2.1 在材料选用方面

针对材料选用方面，其往往会对绝热层实际真空度产生影响。结合低温储罐整个罐体当中，有内外容器、泄放装置、抽真空各个组件、夹层管线、支撑构件等。夹层空间当中，通常充填膨胀类型珍珠岩或铝箔+低温绝热纸相关材料，真空夹层整个空间，对气体实现对流换热及热传导会产生阻止作用。故夹层空间实际真空度会影响到低温储罐自身绝热性能。外部管道和罐体完成组装后，应当和罐体一同开展气密性相关试验，为设备总体使用安全提供保障[1]。对于膨胀类型珍珠岩，珠光砂实际粒度也属于重要指标。结合实际生产操作过程可发现，这种珠光砂材料因受运输装卸作业、烘干处理、填充及振动作业等方面影响，珠光砂材料会有部分粉碎变成一定量的细沫，对抽真空总体效果会产生影响。真空泵整个入口位置，珠光砂部分细沫会将过滤装置沙网堵塞住，抽真空总体速度下降，绝热性能也必受影响。经大量实践研究可确定的是，珠光砂材料最佳粒度应当维持0.5mm-1.2mm范围，可确保抽真空总体速率得到提升，保证低温储罐达到良好的绝热性能，达到提高总体的生产率目的。

2.2 在真空系统方面

针对未装低温介质时真空度，其从属低真空，真空度通常要求＞65PA。工作时即便余下气体分子实际平均的自由程超过粉末间隙，且导热系数和余下气体压力处于正比关系，但因珠光砂属于白色颗粒，整个固体导热实际路径比较曲折，反辐射屏相对较多，辐射传热下降。真空粉末的绝热，即把固体导热及分子实际对流传热、辐射传热之和维持同等水平，则它的影响因素会相对较多。真空度只要被把控至特定范围内，夹层压力对于总导热系数才不会产生较大影响。大量实践证明了真空度提升到＞13.3Pa，不同的填充材料之下平均的导热系数整个曲线接近于相同水平直线上；真空度提升到＞1.3Pa，不同的填充材料之下平均的导热系数整个曲线实际斜率减小明显；真空度提升到＞0.13Pa，则平均的导热系数整个曲线完全处于相同水平直线上。颗粒充填不同密度的珠光砂之下，结合平均的导热系数和真空度之间关系表明，导热系数因充填的珠光砂为不同密度会存在差异，但真空度＞13Pa情况下，三条曲线均趋于水平状态，则真空度不断提升对于导热系数所影响逐渐下降，甚至微小。同时，真空系统当中零件表面，如包含外容器内部表面、内容器外部表面，还有内外容器相互间结构件及珠光砂在内，若是并未得到彻底的卫生处理，则同样会对绝热层实际真空度产生影响。依照着常规要求，内外表面和内外相互间结构件，例如绝热柱、吊带、拉带等，应当严格实施脱脂处理[2]。现场检查过程当中，应当选取白色的干燥洁净滤纸，将脱脂表面擦拭干净，纸上不可存在锈斑、油脂等痕迹。针对外容器整个内表面，应当实施喷砂处理，并且，应当用气清除掉氧化皮、焊渣、铁屑、油污等这些杂物。烘干处理所有珠光砂，把杂草、线头等所有放气物质全部清除干净。填充前期，用筛子最后进行一次筛选，为绝热层提供优良真空度基础条件。

2.3 在抽真空现场试验方面

2.3.1 试验方法

此次试验过程主要包含两部分试验，试验前期，选取MSE-2200S型号氦质谱的检漏仪，对抽真空的管路及各密封面之间联接部位，借助氦罩法予以检漏。对分子筛局部充填口实施氦罩，设定漏率＜2×10-/Pa/s。

试验（1）：即对充装的分子筛实施抽真空处理到1Pa，完成处理相应分子筛及时充装至夹层当中，对夹层当中真空度予以抽真空处理到1Pa,待日漏实际放气率测试完成后，便可加注LN₂,再对冷态实际真空度和日蒸发率予以测定；

试验（2）：即CO2置换的抽真空处理。把处理完成分子筛及时充装到夹层当中。对夹层逐渐抽真空到20Pa,把高纯CO

2直接充入夹层当中，对夹层当中真空度快速抽空到1Pa, 对日漏实际放气率予以测定后，便可加注LN2，对冷态实际真空度和日蒸发率予以测定。

2.3.2 结果及其分析

试验（1）中，夹层实际漏放气率比试验（2）夹层实际漏放气率高。夹层实际真空度若是＜2×10²Pa，可忽略如氢气及氦气等小分子渗入。对夹层实际漏放气率予以测定期间，两次试验所获取夹层实际真空度是1Pa,故夹层此时真空度下降原因包含两个方面：一是，在绝热层相互间出现气体扩散情况方面。粉末绝热当中，粉末内部气体因抽气阻力存在，若想被抽出则相对困难，粉末内部残留较多气体。粉末内部气体实际压强比腔内气体实际压强大，抽真空操作停止后，因存在着压强差，致使粉末内部气体向着腔内逐渐扩散，腔内实际真空度则下降[3]。试验（2）当中，因抽气时间长，粉末内部气体实际残留量少于试验（1），所以粉末内部所残留气体呈较少的扩散量；二是，在支承、储罐整个内外壁部位材料放气方面。因抽真空期间，对储罐整个内外壁未实施烘烤处理，故夹层整个内外壁部位材料、支承材料呈大放气率。考虑到现有理论研究当中，材料实际放气率与抽真空处理时间存在关联性系理论，抽真空处理越长时间情况下，材料呈更小放气率。经过此次试验分析可了解到，试验（1）当中抽真空处理时间比试验（2）明显较少。所以，试验（1）所用容器材料总体出气率比试验（2）大。综合这两部分因素影响之下可见，试验（1）当中夹层实际漏放气率比试验（2）大。

3、结语

综上所述，此次通过对低温储罐实际真空度各项影响因素予以综合分析后，通过对两种抽真空技术工艺实施对比分析，对其抽真空处理时间参数、日漏实际放气率，还有冷态基本真空度及其日蒸发率等实施对比分析，最终结果则表明了真空度现场测量不同因素影响之下，CO2置换的抽真空法之下抽真空处理时间相对较长，但针对日蒸发率，还有冷态实际真空度及其日蒸发率各个方面呈先出较好的表现。可见，对低温储罐实行惰性气体科学置换的抽真空法之下，可确保维持其良好的绝热性能，保证更好地从事高效率化的生产作业。

参考文献：

[1] 许张良, 谭宏博, 吴昊. 填充二氧化碳的低温真空管道绝热性能研究[J]. 深冷技术, 2022(000-002):13-18.

[2] 丁昌, 应妮, 黄宇巍,等. 小型低温储罐真空性能研究[J]. 低温工程, 2018(4):30-34.

[3] 陈叔平, 石顺宝, 朱鸣,等. 真空失效对低温容器绝热性能的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2022(007):136-143.