淺談焊接絕熱氣瓶的定期檢驗(yàn)與評(píng)定方法

1、淺談焊接絕熱氣瓶的定期檢驗(yàn)與評(píng)定方法 摘要：本文以焊接絕熱氣瓶的定期檢驗(yàn)與評(píng)定為主要研究方向，分析了提高靜態(tài)日蒸發(fā)率的檢測(cè)效率的方法，探討了絕熱效果失效的指標(biāo)，研究了內(nèi)膽材料的熱沖擊損傷，并重點(diǎn)探索了焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率自動(dòng)檢測(cè)與信息系統(tǒng)的開發(fā)，以供同行與業(yè)界借鑒和參考。 關(guān)鍵詞：焊接絕熱氣瓶 定期檢驗(yàn) 評(píng)定 蒸發(fā)率 一、焊接絕熱氣瓶概述 低溫焊接絕熱氣瓶是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb 24159-2009焊接絕熱氣瓶設(shè)計(jì)和制造的，簡(jiǎn)稱“焊接絕熱氣瓶”，它是一種密閉容器，帶有高真空夾層，通過真空夾層以及夾層內(nèi)的反光鍍層或多層絕熱氣體等來實(shí)現(xiàn)絕熱保冷的。其貯存介質(zhì)為液氧、液氬、液氮、液化天然氣、氧化亞氮和二氧

2、化碳等低溫氣體，用于在正常環(huán)境溫度（-49-60）下使用，公稱容積為10l-450l，設(shè)計(jì)溫度不低于-196，工作壓力為0.2mpa-3.5mpa，可重復(fù)充裝立式（或臥式）氣瓶，目前在能源、交能及其它領(lǐng)域都已得到大量使用。 與此同時(shí)，我國(guó)在絕熱氣瓶的檢驗(yàn)工藝與方法上，在絕熱性能的評(píng)價(jià)上，在檢驗(yàn)結(jié)果的處理與氣瓶管理的自動(dòng)化程度等方面，尚未有評(píng)定規(guī)范以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可操作性強(qiáng)和通用性強(qiáng)的指標(biāo)或依據(jù)，此外，由于工作過程中存在的非正常充裝對(duì)內(nèi)膽材料的熱損傷情況尚需確證，筆者針對(duì)相關(guān)問題展開探討。 二、縮短對(duì)蒸發(fā)率的檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率 低溫絕熱容器的蒸發(fā)率是指氣液兩相達(dá)到熱平衡后，單位時(shí)間內(nèi)液體的

3、蒸發(fā)量，是衡量低溫絕熱容器絕熱性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，能夠較為直觀的反映焊接絕熱氣瓶的保冷性能。然而，現(xiàn)有的蒸發(fā)率的測(cè)試方法，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)以上，若能縮短檢測(cè)時(shí)間，可有效提高焊接絕熱氣瓶的檢測(cè)效率和使用率。而在日常的試驗(yàn)及測(cè)試中，筆者發(fā)現(xiàn)，利用部分時(shí)段的蒸發(fā)率試驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)法相結(jié)合，可有效減少蒸發(fā)率的試驗(yàn)時(shí)間。 對(duì)焊接絕熱氣瓶中液氮的蒸發(fā)率實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在室內(nèi)、無風(fēng)、排氣閥打開，或憋壓、日照和有風(fēng)條件下，瓶中液氮的重量隨時(shí)間均呈線性規(guī)律遞減。焊接絕熱氣瓶的蒸發(fā)率可根據(jù)液氮在靜置期間的重量變化，利用線性預(yù)測(cè)模型予以有效預(yù)測(cè)，由此可節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間達(dá)24h以上。 三、把漏熱量做為衡量絕熱效果失效

4、的重要指標(biāo) 靜態(tài)日蒸發(fā)率、夾層真空度、真空漏率、表面溫度、壓升速率（維持時(shí)間）以及漏熱量等都是能反映焊接絕熱氣瓶絕熱性能的參數(shù)。但由于不同氣瓶絕熱失效時(shí)的真空度、蒸發(fā)率和閉口壓升速率不盡相同，所以用這些指標(biāo)作為絕熱失效的臨界標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格來講缺乏通用性。 漏熱量是反映焊接絕熱氣瓶最直接和最具實(shí)質(zhì)性的指標(biāo)，也是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家廣為采用的主要性能指標(biāo)。如將氣瓶按理想情況考慮（外殼表面為均勻溫度場(chǎng)），以氣瓶外表面溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度作為氣瓶絕熱失效的臨界點(diǎn)，則可按傳熱學(xué)原理，求得氣瓶外表面溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度時(shí)的漏冷量，并將其作為氣瓶絕熱失效時(shí)的臨界漏冷量q 。這樣可以建立氣瓶絕熱效果失效判據(jù)：q=q。q為氣瓶的實(shí)

5、際漏熱量，可根據(jù)實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)計(jì)算。顯然，該判據(jù)能夠適用于各種情況。如能解決氣瓶表面溫度場(chǎng)的定量、準(zhǔn)確、快速在線測(cè)試問題，即可形成基于漏熱量的低溫氣瓶絕熱性能評(píng)價(jià)方法，這對(duì)解決我國(guó)低溫容器絕熱性能參數(shù)過多的問題有重要意義。 焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)低溫液體的蒸發(fā)是由于吸收環(huán)境漏入的熱量引起的。通過熱成像法測(cè)取氣瓶外壁溫度場(chǎng)，進(jìn)而由器壁與環(huán)境的熱量交換來確定漏熱量，無需考慮在用低溫絕熱氣瓶?jī)?nèi)部保冷結(jié)構(gòu)和保冷材料的性能情況，由此漏熱量建立的氣瓶絕熱失效判據(jù)具有普遍意義，可解決壁溫失效判據(jù)難以適用于器壁溫度不均勻的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接絕熱氣瓶絕熱性能、泄漏和破損的綜合檢測(cè)。 四、 焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)膽材料熱沖擊損傷 在實(shí)

6、際應(yīng)用中，焊接絕熱氣瓶難免存在因管理或操作上的問題造成充裝時(shí)預(yù)冷不夠或未預(yù)冷的情況，使氣瓶受到低溫?zé)釠_擊的作用。熱沖擊可在材料表面瞬間產(chǎn)生很高的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，形成遠(yuǎn)高于靜力和疲勞載荷作用時(shí)的破壞力。氣瓶用304l不銹鋼為亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼，當(dāng)?shù)蜏責(zé)釠_擊應(yīng)力達(dá)到或接近材料的屈服強(qiáng)度時(shí)會(huì)誘發(fā)馬氏體相變，發(fā)生一定程度的韌脆轉(zhuǎn)變和疲勞極限降低現(xiàn)象，在多次熱沖擊應(yīng)力波的振蕩作用下，氣瓶表面易誘發(fā)脆性破裂，產(chǎn)生微裂紋，并且隨著熱沖擊次數(shù)的增加，損傷會(huì)加劇。 熱沖擊問題屬?zèng)_擊動(dòng)力學(xué)問題，其破壞作用主要是沖擊應(yīng)力波的作用，難以用傳統(tǒng)的靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)理論來解釋。目前國(guó)際上對(duì)熱沖擊損傷的理論研究尚處于初級(jí)階段，采用

7、應(yīng)力波理論雖能解釋動(dòng)態(tài)應(yīng)力的形成和傳遞情況，但至今尚難以建立有效的失效準(zhǔn)則，考察其破壞作用還主要依靠試驗(yàn)。 此外，在液氮冷沖擊疲勞作用下，焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)膽焊縫處可產(chǎn)生微觀裂紋。但因裂紋為微觀級(jí)，在不考慮低溫介質(zhì)對(duì)內(nèi)膽材料腐蝕作用的情況下，對(duì)內(nèi)膽的安全運(yùn)行不構(gòu)成危害。 五、 焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率自動(dòng)檢測(cè)與信息系統(tǒng)的開發(fā) 焊接絕熱氣瓶定期檢驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)，僅蒸發(fā)率的檢測(cè)就長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)，并要求登記氣瓶的基本參數(shù)用戶信息等數(shù)據(jù)，進(jìn)行蒸發(fā)率的計(jì)算，出具檢驗(yàn)報(bào)告等。隨著檢驗(yàn)業(yè)務(wù)量的增加，手工操作完成上述工作費(fèi)工費(fèi)時(shí)。為此，筆者開發(fā)了焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率自動(dòng)檢測(cè)與計(jì)算系統(tǒng)，構(gòu)建了存儲(chǔ)效率高的氣瓶信息數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)包括

8、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)采集、氣瓶管理、液體管理、串口配置登錄、預(yù)測(cè)計(jì)算和用戶管理模塊。 該系統(tǒng)的蒸發(fā)率檢測(cè)是基于稱重法，稱重計(jì)的稱重?cái)?shù)據(jù)會(huì)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)采集器接收氣瓶重量值，并將重量隨時(shí)間變化曲線記錄下來，通過預(yù)測(cè)程序預(yù)測(cè)72小時(shí)的重量值，并計(jì)算出蒸發(fā)率，利用導(dǎo)出模塊自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告的word文檔。系統(tǒng)信息庫為存儲(chǔ)效率高、操作簡(jiǎn)便的sqlite數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析和處理是多線程的，可同時(shí)進(jìn)行多臺(tái)氣瓶的檢測(cè)；系統(tǒng)啟動(dòng)后只要輸入氣瓶編號(hào)，即可快速查得已檢氣瓶的檢驗(yàn)時(shí)間、液體名稱和蒸發(fā)率等歷史數(shù)據(jù)和基本信息。該系統(tǒng)基本滿足對(duì)焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率的自動(dòng)檢測(cè)和基本信息的查詢需要。 開發(fā)的焊接絕熱氣瓶絕熱性能檢測(cè)與信息系統(tǒng)，可以完成對(duì)絕熱氣瓶各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的全面記錄、保存和查詢，實(shí)現(xiàn)對(duì)絕熱氣瓶蒸發(fā)率和漏熱量的自動(dòng)測(cè)試，有效提高檢驗(yàn)效率，降低檢驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度。 參考文獻(xiàn) 1、尚巍，姜