以低溫絕熱氣瓶為研究對象,設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合得出:室溫下,氣瓶真空夾層內殘余氣體中H2的含量約為70%,可以利用復合材料擴散放氣模型預測低溫絕熱氣瓶的漏放氣;低溫下,氣瓶真空夾層內殘余氣體中H2的平均含量達到81%,可以利用金屬材料擴散放氣模型預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的應用,對于提高高真空多層絕熱低溫容器產品的壽命、降低成本和確保產品的可靠性,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、裝載率高和可反復充裝等特點, 已被廣泛應用于能源、科技和國民經濟各領域。它能否安全運行, 關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較困難, 這是它的一個缺點。在真空夾套內使用多層絕熱材料, 使得氣瓶具有較好的絕熱性能, 進而使其靜態蒸發率較小。但是同時多層絕熱結構極大地增加了系統表面積與抽氣阻力, 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用具有重要影響, 必須加以重視。經過多年的檢驗, 廣東省特種設備檢測院對低溫絕熱氣瓶的調查結果表明: 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。真空容器夾層內殘余氣體的分析和控制與容器的真空性能緊密相關[1-2] 。夾層內的殘余氣體主要是由漏放氣產生, 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, 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, 因此, 必須對漏放氣的特性進行準確的分析。本文設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] 。于是利用真空狀態下材料放氣模型, 通過與實驗數據相對比,得到低溫絕熱氣瓶在室溫和低溫下的漏放氣模型,進而可預測出在設計的真空壽命內容器的漏放氣量。本文的研究有助于推動真空維持技術的應用,對于提高低溫容器產品的壽命、降低成本和確保產品的可靠性, 都具有十分積極的意義。

結論

　　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的殘余氣體。主要得到以下結論:

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

　　(2) 低溫下, 氣瓶真空夾層內殘余氣體主要組分為H2, CO, CH4 和Ar, 其中H2 的平均含量達到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測低溫絕熱氣瓶的漏放氣。

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