馬剛

摘 要：文章詳細(xì)介紹了焊接絕熱氣瓶的結(jié)構(gòu)性能、工作原理及工作流程，總結(jié)了其使用現(xiàn)狀并分析了其使用過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，展望了未來(lái)焊接絕熱氣瓶的使用及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：焊接；絕熱；氣瓶；低溫液體

1 概述

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，低溫液體的使用需求也日漸增多，從最早的高端技術(shù)應(yīng)用逐步向工業(yè)生產(chǎn)和民用生活領(lǐng)域內(nèi)滲透。低溫液體應(yīng)用領(lǐng)域的拓展同時(shí)也帶動(dòng)了低溫容器的發(fā)展。由于安全可靠、使用方便、裝載率高、可反復(fù)充裝等優(yōu)點(diǎn)，焊接絕熱氣瓶日益得到了更加廣泛的應(yīng)用。

2 定義

焊接絕熱氣瓶的原型為杜瓦瓶，廣義的氣瓶包括不同壓力、不同容積、不同結(jié)構(gòu)型式和不同材料用以貯存永久氣體，液化氣體和溶解氣體的一次性或可重復(fù)充裝的可移動(dòng)式壓力容器。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB24159《焊接絕熱氣瓶》中規(guī)定，焊接絕熱氣瓶用于在正常環(huán)境溫度（-40℃～60℃）下使用，貯存介質(zhì)為液氧、液氮、液氬、二氧化碳和氧化亞氮低溫液體，設(shè)計(jì)溫度不低于-196℃，公稱容積為10～450L，工作壓力為0.2MPa～3.5MPa可重復(fù)充裝的立式氣瓶。與常規(guī)氣瓶相比，焊接絕熱氣瓶有容量大、壓力低、安全性能高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格較高。（如圖1所示）

3 氣瓶結(jié)構(gòu)

焊接絕熱氣瓶為雙層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)膽及外膽組成，內(nèi)膽用于盛裝介質(zhì)，并承受工作壓力，外膽用于保護(hù)及支撐內(nèi)膽，并形成絕熱空間。在內(nèi)膽的外表面裝有絕熱介質(zhì)（一般為高真空多層絕熱紙），且內(nèi)外膽之間的空間進(jìn)行抽真空處理。內(nèi)膽與外膽采用上部連接固定，下部活動(dòng)支撐的結(jié)構(gòu)，可有效減少其整體漏熱量，且留有變形余量。瓶體外部一般配有保護(hù)圈、閥門(mén)系統(tǒng)及底座，閥門(mén)系統(tǒng)包含進(jìn)/出液系統(tǒng)、出氣系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、汽化系統(tǒng)、安全泄放系統(tǒng)、液位顯示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)氣瓶的充裝、用液、用氣、瓶?jī)?nèi)壓力顯示、瓶?jī)?nèi)液位顯示、安全排放、及自動(dòng)增壓等功能，以滿足用戶的各種使用需求。氣瓶主體材料為奧氏體不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性、無(wú)磁性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，使用溫度為-196℃～800℃，可滿足低溫液體儲(chǔ)存的各種需求。（如圖2所示）

4 使用性能及工作原理

焊接絕熱氣瓶的使用性能主要取決于其保溫性能。氣瓶?jī)?nèi)膽充裝介質(zhì)均為低溫液體，其溫度一般為-162℃以下。為了使低溫液體可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，要求氣瓶必須有良好的絕熱性能，盡可能地減少低溫液體的汽化。氣瓶夾層采用高真空多層纏繞絕熱，并且安裝吸附劑，用于吸收真空夾層中的材料放氣，以維持夾層真空度，避免因材料放氣而導(dǎo)致夾層真空度降低。氣瓶出廠要求真空度不低于2×10-2Pa。正常氣瓶的真空度可維持兩年以上，并且在氣瓶使用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)的要求，對(duì)氣瓶進(jìn)行定期檢測(cè)。氣瓶配備有可滿足正常使用的整套閥門(mén)系統(tǒng)，包括正常用氣、液系統(tǒng)，液位顯示系統(tǒng)，自增壓系統(tǒng)，汽化系統(tǒng)及氣瓶安全泄放裝置等。進(jìn)/出液操作：通過(guò)將外部管路連接至氣瓶液相截止閥進(jìn)行進(jìn)、出液操作。用氣操作：用氣時(shí)，將外部管路連接至氣瓶氣相截止閥出口處，并通過(guò)調(diào)節(jié)截止閥的開(kāi)啟量來(lái)調(diào)整出氣流量。增壓過(guò)程：當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)部壓力低于增壓閥設(shè)定壓力時(shí)，增壓閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，低溫液體通過(guò)自增壓管路吸收外界熱量進(jìn)行汽化，并通過(guò)管路返回瓶體內(nèi)部，達(dá)到增壓效果，當(dāng)壓力達(dá)到增壓閥設(shè)定值時(shí)，增壓閥自動(dòng)關(guān)閉，停止自增壓。液位及壓力顯示：氣瓶?jī)?nèi)部安裝有液位計(jì)傳感器，用以實(shí)時(shí)顯示氣瓶?jī)?nèi)部液面高度，且在液位過(guò)低時(shí)提醒用戶及時(shí)加液；閥門(mén)系統(tǒng)中配置有壓力表，用以顯示氣瓶?jī)?nèi)部實(shí)際壓力。放空操作：氣瓶在維修、壓力過(guò)高或其他非正常情況下需要排放氣體時(shí)，可打開(kāi)放空截止閥，通過(guò)放空管路排放至瓶?jī)?nèi)壓力為零。超壓自動(dòng)泄放：氣瓶設(shè)置有安全閥及爆破片，安全閥用于氣瓶超壓時(shí)的自動(dòng)排放。在氣瓶?jī)?nèi)部壓力過(guò)高，達(dá)到安全閥設(shè)定壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟排放，當(dāng)瓶?jī)?nèi)壓力降低至安全閥回座壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉，停止排放。爆破片作為氣瓶終極保護(hù)措施，用于氣瓶超壓且安全閥失效或不能有效泄壓的情況下自動(dòng)排放，爆破片打破后需要更換新的爆破片，氣瓶方可繼續(xù)使用。（如圖3所示）

5 使用問(wèn)題總結(jié)

（1）低溫絕熱氣瓶的主要運(yùn)用場(chǎng)合大致如下：液氧：a.氣割和焊接的氣源，尤其是造船工業(yè)和沿海拆船業(yè)等氣割和焊接氣源消耗大的部門(mén)特別需要；b.超高純氣體的低溫液體貯運(yùn)；c.飛船、飛機(jī)、潛艇生命呼吸系統(tǒng)；d.強(qiáng)化養(yǎng)魚(yú)等。液氮：a.充氮輪胎，適用于飛機(jī)輪胎、賽車(chē)、挖土機(jī)、運(yùn)土機(jī)等大型工程車(chē)輛；b.超高純氣體的低溫液體貯運(yùn)；c.低溫治療；d.液氮速凍食品等。液氬：a.氣割和焊接的氣源，尤其是造船工業(yè)和沿海拆船業(yè)等氣割和焊接氣源消耗大的部門(mén)特別需要；b.超高純氣體的低溫液體貯運(yùn)。液氫：氫燃料推進(jìn)器。

（2）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的氣瓶規(guī)格有60L、160L、175L、180L、200L、210L、335L、410L、450L，在使用過(guò)程中，最常見(jiàn)的現(xiàn)象有以下幾點(diǎn)：閥門(mén)表面結(jié)霜：此類(lèi)現(xiàn)象屬于正常反應(yīng)，由于氣瓶工作過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)低溫介質(zhì)通過(guò)閥門(mén)管路等吸收外界熱量進(jìn)行汽化，導(dǎo)致空氣中的水分冷凝結(jié)霜。閥門(mén)系統(tǒng)結(jié)冰：此類(lèi)現(xiàn)象除了由于常長(zhǎng)時(shí)間結(jié)霜所致外，還有可能為閥門(mén)系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致，用戶應(yīng)及時(shí)、定期清理冰塊及檢查閥門(mén)是否泄漏，或者及時(shí)聯(lián)系廠家解決。閥門(mén)失效：閥門(mén)失效主要集中在安全閥不起跳、不回座、及螺紋斷裂、閥門(mén)關(guān)不住、閥門(mén)凍死、液位計(jì)顯示不準(zhǔn)確等問(wèn)題，如遇此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家進(jìn)行閥門(mén)更換或維修，避免造成事故。氣瓶不能正常增壓：應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家進(jìn)行維修。

6 氣瓶使用現(xiàn)狀及未來(lái)展望

現(xiàn)今焊接絕熱氣瓶因其優(yōu)勢(shì)已應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)自增壓結(jié)構(gòu)氣瓶將會(huì)成為主潮流，小型氣瓶將會(huì)替代高壓氣瓶。相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，仿制進(jìn)口產(chǎn)品已成為現(xiàn)今我國(guó)低溫行業(yè)的潮流，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展相關(guān)原創(chuàng)技術(shù)。

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