以低溫絕熱氣瓶為研究對象,設(shè)計并搭建氣瓶漏放氣及殘余氣體分析實驗臺,開展了室溫和低溫下容器漏放氣和殘氣分析的實驗研究。通過理論分析與實驗研究相結(jié)合得出:室溫下,氣瓶真空夾層內(nèi)殘余氣體中H2的含量約為70%,可以利用復(fù)合材料擴散放氣模型預(yù)測低溫絕熱氣瓶的漏放氣;低溫下,氣瓶真空夾層內(nèi)殘余氣體中H2的平均含量達(dá)到81%,可以利用金屬材料擴散放氣模型預(yù)測低溫絕熱氣瓶的漏放氣。本文的研究有助于推動真空維持技術(shù)的應(yīng)用,對于提高高真空多層絕熱低溫容器產(chǎn)品的壽命、降低成本和確保產(chǎn)品的可靠性,都具有十分積極的意義。

　　低溫絕熱氣瓶用來貯運液氧、液氮、液氬和液化天然氣等低溫液化氣體, 具有安全可靠、使用方便、裝載率高和可反復(fù)充裝等特點, 已被廣泛應(yīng)用于能源、科技和國民經(jīng)濟各領(lǐng)域。它能否安全運行, 關(guān)鍵在于其是否能維持良好的絕熱性能。低溫絕熱氣瓶維持真空技術(shù)較困難, 這是它的一個缺點。在真空夾套內(nèi)使用多層絕熱材料, 使得氣瓶具有較好的絕熱性能, 進而使其靜態(tài)蒸發(fā)率較小。但是同時多層絕熱結(jié)構(gòu)極大地增加了系統(tǒng)表面積與抽氣阻力, 而且絕熱材料限制了烘烤溫度, 在密封后的使用期間,絕熱材料又不可避免地放出氣體。放入氣瓶內(nèi)的吸附劑和吸氣劑必然會吸附真空夾層中的殘余氣體,在抽真空時, 加熱溫度受到限制, 達(dá)不到再生溫度,所以其吸附作用將受到影響。低溫絕熱氣瓶的這些缺點對于其廣泛應(yīng)用具有重要影響, 必須加以重視。經(jīng)過多年的檢驗, 廣東省特種設(shè)備檢測院對低溫絕熱氣瓶的調(diào)查結(jié)果表明: 真空性能惡化是造成低溫絕熱氣瓶性能下降和失效的最主要原因。真空容器夾層內(nèi)殘余氣體的分析和控制與容器的真空性能緊密相關(guān)[1-2] 。夾層內(nèi)的殘余氣體主要是由漏放氣產(chǎn)生, 它是破壞低溫容器夾層真空性能的主要因素[3]。

　　漏放氣速率是評價低溫絕熱氣瓶絕熱性能的一個重要指標(biāo), 并且漏放氣的組分、含量及分壓力也是選擇吸附劑和吸氣劑的前提和基礎(chǔ), 因此, 必須對漏放氣的特性進行準(zhǔn)確的分析。本文設(shè)計并搭建低溫絕熱氣瓶漏放氣及殘余氣體分析實驗臺, 開展了室溫和低溫下容器漏放氣和殘氣分析的實驗研究。與低溫絕熱氣瓶夾層內(nèi)絕熱材料和筒體壁材料的放氣量相比, 漏氣量很小, 可以忽略不計[4] 。于是利用真空狀態(tài)下材料放氣模型, 通過與實驗數(shù)據(jù)相對比,得到低溫絕熱氣瓶在室溫和低溫下的漏放氣模型,進而可預(yù)測出在設(shè)計的真空壽命內(nèi)容器的漏放氣量。本文的研究有助于推動真空維持技術(shù)的應(yīng)用,對于提高低溫容器產(chǎn)品的壽命、降低成本和確保產(chǎn)品的可靠性, 都具有十分積極的意義。

結(jié)論

　　真空性能惡化是造成低溫絕熱氣瓶性能下降和失效的最主要原因。針對這一現(xiàn)象, 本文對低溫絕熱氣瓶漏放氣特性進行理論分析與實驗研究, 重點分析了材料放氣及真空容器夾層內(nèi)的殘余氣體。主要得到以下結(jié)論:

　　(1) 室溫下, 氣瓶真空夾層內(nèi)殘余氣體主要組分是H2, CO, CO2, CH4 和H2O, 其中H2 的含量約為70% , 可以利用復(fù)合材料擴散放氣模型預(yù)測低溫絕熱氣瓶的漏放氣。

　　(2) 低溫下, 氣瓶真空夾層內(nèi)殘余氣體主要組分為H2, CO, CH4 和Ar, 其中H2 的平均含量達(dá)到81% ,并且隨著放置時間的變長, H2 的分壓力一直在增加, 可以利用金屬材料擴散放氣模型預(yù)測低溫絕熱氣瓶的漏放氣。

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