在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量

李正清，何 丹，蔡宇宏，李小金，劉筱文，王田剛

(蘭州空間技術(shù)物理研究所，甘肅 蘭州 730000)

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在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量

李正清，何 丹，蔡宇宏，李小金，劉筱文，王田剛

(蘭州空間技術(shù)物理研究所，甘肅 蘭州 730000)

在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率是焊接絕熱氣瓶的重要性能指標(biāo)之一，根據(jù)在用焊接絕熱氣瓶的熱穩(wěn)定性、介質(zhì)及應(yīng)用的實(shí)際特點(diǎn)，提出在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量方案，相對(duì)于國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)試方法，該方案充分利用了在用焊接絕熱氣瓶的特點(diǎn)，主動(dòng)創(chuàng)造出進(jìn)行日蒸發(fā)率測(cè)量條件，縮短測(cè)試準(zhǔn)備時(shí)間，簡(jiǎn)化測(cè)試過(guò)程。數(shù)據(jù)處理中以焊接絕熱氣瓶的測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算給出日蒸發(fā)率值，以便于與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值比較。

焊接絕熱氣瓶；蒸發(fā)率；測(cè)量；方案

0 引 言

伴隨著國(guó)內(nèi)對(duì)大氣環(huán)境污染日益重視以及能源改革的快速進(jìn)行，煤炭等污染較大的能源消費(fèi)受到了發(fā)展限制，天然氣等清潔能源得到了國(guó)家的大力提倡及快速發(fā)展。作為汽車燃料，天然氣在汽車領(lǐng)域主要以CNG及LNG的形式進(jìn)行貯存，在同等體積下LNG具有貯存量大，使用安全等特點(diǎn)，使其迅速得到了推廣應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)以LNG為燃料的公交車、客車及卡車在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份獲得了快速的發(fā)展，因此LNG貯存容器——焊接絕熱氣瓶也在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展，但國(guó)內(nèi)在用焊接絕熱氣瓶性能的定檢測(cè)試相對(duì)滯后。焊接絕熱氣瓶的定檢測(cè)試包括真空性能測(cè)量和日蒸發(fā)率測(cè)量，其中日蒸發(fā)率測(cè)量是一種相對(duì)比較簡(jiǎn)單可行的測(cè)試方法，而且測(cè)試結(jié)果反映了焊接絕熱氣瓶的整體綜合性能，可以有效確保在用焊接絕熱氣瓶的使用安全。

1 日蒸發(fā)率測(cè)試方法

目前在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢性能測(cè)量是參照國(guó)標(biāo)GB/T 18443.5—2010執(zhí)行，測(cè)試過(guò)程繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，且該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)主要是針對(duì)新研制產(chǎn)品，不適合在用產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模的定檢，因此對(duì)于在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量需要設(shè)計(jì)新的測(cè)試手段或方法，以便于市場(chǎng)上廣泛的在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率的定檢測(cè)量。

1.1 國(guó)標(biāo)規(guī)定測(cè)試方法

GB/T 18443.5—2010規(guī)定了包括焊接絕熱氣瓶在內(nèi)低溫容器日蒸發(fā)率的測(cè)量方法，目前在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢性能測(cè)量參照其執(zhí)行，測(cè)量中需要將車載的焊接絕熱氣瓶拆卸下來(lái)，若焊接絕熱氣瓶中貯存的是可燃介質(zhì)需要進(jìn)行置換，置換完成后，打開(kāi)放氣閥門，確保焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)低溫介質(zhì)氣相與大氣相通，在通風(fēng)較好的場(chǎng)地靜置48 h以上，然后將放氣閥門與氣體質(zhì)量流量計(jì)連接，通過(guò)氣體質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行日蒸發(fā)率的測(cè)量，要求測(cè)量時(shí)間不小于24 h。測(cè)量結(jié)束后按要求進(jìn)行日蒸發(fā)率的數(shù)據(jù)處理，給出被測(cè)焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率的測(cè)試數(shù)值。

國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)試中耗時(shí)最長(zhǎng)的兩個(gè)過(guò)程為焊接絕熱氣瓶靜置及流量計(jì)測(cè)試時(shí)間。焊接絕熱氣瓶的靜置是為了使整個(gè)容器及容器內(nèi)的低溫介質(zhì)處于相對(duì)的穩(wěn)定狀態(tài)，確保焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)低溫介質(zhì)的蒸發(fā)是由于外部漏熱造成，該要求是針對(duì)新制焊接絕熱氣瓶。新制焊接絕熱氣瓶在初次充裝時(shí)，容器自身的溫度與環(huán)境溫度一致，在充裝過(guò)程中氣瓶的溫度降低，并在一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的測(cè)試條件。測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)是新品在型式試驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)較大的流量波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試確保測(cè)量數(shù)據(jù)正確反映焊接絕熱氣瓶的性能。

1.2 在用焊接絕熱氣瓶特點(diǎn)

在用焊接絕熱氣瓶相對(duì)于新研產(chǎn)品型式試驗(yàn)使用的焊接絕熱氣瓶具有以下特點(diǎn)：

1.熱穩(wěn)定狀態(tài)，新研產(chǎn)品型式試驗(yàn)使用的焊接絕熱氣瓶為新品，在進(jìn)行日蒸發(fā)率測(cè)試前沒(méi)有充裝過(guò)液氮或其他低溫介質(zhì)，測(cè)量日蒸發(fā)率時(shí)為首次充裝，因此需要充分的時(shí)間使其進(jìn)入熱穩(wěn)定狀態(tài)；在用焊接絕熱氣瓶使用過(guò)程中一直在充裝低溫介質(zhì)，本身就處于熱穩(wěn)定狀態(tài)。

2.盛裝低溫介質(zhì)，新制型式試驗(yàn)進(jìn)行日蒸發(fā)率的測(cè)量一般使用液氮，在用焊接絕熱氣瓶使用范圍很廣，貯存的低溫介質(zhì)有LNG、液氮、液氧、液氬等。若按照型式試驗(yàn)的要求執(zhí)行，需要將在用氣瓶?jī)?nèi)的液體進(jìn)行置換，而氣瓶低溫介質(zhì)置換流程是較為復(fù)雜的。

3.測(cè)試便捷，新研產(chǎn)品型式試驗(yàn)使用焊接絕熱氣瓶在車間進(jìn)行試驗(yàn)，氣瓶為單獨(dú)放置的新品，易于進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試；在用焊接絕熱氣瓶一般安裝在使用的設(shè)備上，如公交車、卡車上等，拆卸是非常不方便的。

2 在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量方案

根據(jù)在用焊接絕熱氣瓶的特點(diǎn)設(shè)計(jì)日蒸發(fā)率定檢方案，如圖1所示，方案中使用壓縮機(jī)抽取在用焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體，使焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)的壓力降低，并與當(dāng)?shù)卮髿鈮阂恢拢迷谟煤附咏^熱氣瓶本身處于熱穩(wěn)定狀態(tài)的特點(diǎn)，減少靜置熱穩(wěn)定過(guò)程的時(shí)間，有效縮短測(cè)量準(zhǔn)備時(shí)間；對(duì)于被測(cè)低溫介質(zhì)為可燃?xì)怏w的，設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)，直接在使用場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，無(wú)需進(jìn)行低溫介質(zhì)的置換以及從使用場(chǎng)地拆卸焊接絕熱氣瓶。

圖1 在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量簡(jiǎn)圖

2.1 壓縮機(jī)系統(tǒng)

在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量中壓縮機(jī)系統(tǒng)用于將氣瓶中的高壓低溫氣體進(jìn)行壓縮回收至貯氣瓶里，使得焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)的壓力達(dá)到當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，為日蒸發(fā)率的定檢測(cè)量做準(zhǔn)備。要求壓縮機(jī)正常工作壓力能覆蓋焊接絕熱氣瓶的工作壓力至當(dāng)?shù)卮髿鈮?。焊接絕熱氣瓶的最大工作壓力一般為1.6 MPa，最大容積為450 L，若測(cè)量時(shí)容器內(nèi)液態(tài)介質(zhì)按不少于60%計(jì)算，其內(nèi)部的氣體體積為180 L，為了縮短氣體壓縮時(shí)間，要求壓縮機(jī)的壓縮能力為200 L/min，使得焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)部的氣體能夠在30 min內(nèi)通過(guò)壓縮機(jī)貯存在壓力為25 MPa左右的回收貯瓶里，待焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)的壓力達(dá)到當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r(shí)壓縮機(jī)停止工作。

2.2 氣體質(zhì)量流量計(jì)

根據(jù)測(cè)試條件可選用普通氣體質(zhì)量流量計(jì)(熱式)或濕式氣體質(zhì)量流量計(jì)，濕式氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)試過(guò)程中需要進(jìn)行加濕，整個(gè)設(shè)備體積較大，因此目前進(jìn)行日蒸發(fā)率的測(cè)量均采用普通氣體質(zhì)量流量計(jì)。根據(jù)GB 24159—2009標(biāo)準(zhǔn)要求，容積為450 L焊接絕熱氣瓶的日蒸發(fā)率不超過(guò)1.8%/d，以液氮為例，經(jīng)換算其對(duì)應(yīng)的氣體質(zhì)量流量為3.62 L/min，按照定檢規(guī)范在用焊接絕熱氣瓶的日蒸發(fā)率不大于出廠值的2倍，因此在合格的情況下，在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率測(cè)量的上限為7.24 L/min，為了確保氣體質(zhì)量流量計(jì)能夠滿足所有合格及大部分不合格焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率的要求，可以選用測(cè)量上限為10 L/min，精度優(yōu)于1%氣體質(zhì)量流量計(jì)。

2.3 氣體回收處理系統(tǒng)

氣體回收處理系統(tǒng)包括回收貯氣瓶、燃燒器及阻火器。回收貯氣瓶在初始階段用于貯存焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)被壓縮機(jī)壓縮的高壓氣體，進(jìn)行氣體的回收，減少氣體的浪費(fèi)；待焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率測(cè)量完成后，將回收貯氣瓶中的高壓氣體通過(guò)管道充裝至焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)，使得絕熱氣瓶?jī)?nèi)的壓力上升至其正常工作壓力范圍內(nèi)，確保測(cè)試完成后，焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)貯存的介質(zhì)能夠立即使用。燃燒器是將通過(guò)流量計(jì)蒸發(fā)出來(lái)的可燃?xì)怏w進(jìn)行燃燒，若焊接絕熱氣瓶?jī)?nèi)充裝的氣體為可燃介質(zhì)，如LNG，其蒸發(fā)量非常小，在外部測(cè)試場(chǎng)地排放達(dá)不到要求的情況下，可以使用燃燒器將其燃燒排放，為了保證測(cè)試過(guò)程中燃燒的穩(wěn)定性，可采用有焰燃燒的方法；為了保證燃燒排放的安全，燃燒器的排氣使用足夠的空氣進(jìn)行冷卻，使得從燃燒器排出的氣體溫度小于低溫介質(zhì)氣體的著火點(diǎn)溫度。并在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)配備滅火器，應(yīng)對(duì)意外的發(fā)生。阻火器是防止火焰的逆向傳播，雖然有焰燃燒是所有燃燒方式中最為穩(wěn)定且不易回火的方式，但為了確保測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的安全，在燃燒器與氣體質(zhì)量流量計(jì)之間設(shè)置阻火器。

2.4 安全系統(tǒng)

為了確保整個(gè)測(cè)試過(guò)程的安全，防止測(cè)試中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況，設(shè)置安全設(shè)施，確保整個(gè)測(cè)試過(guò)程的安全，安全系統(tǒng)主要有可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警器、滅火器、壓力表、溫度計(jì)等組成。

可燃?xì)怏w報(bào)警器需要根據(jù)不同的可燃?xì)怏w選取對(duì)應(yīng)的報(bào)警器，設(shè)置報(bào)警上限，在可燃?xì)怏w發(fā)生泄漏的情況下，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提醒，以便采取應(yīng)對(duì)措施。滅火器是在發(fā)生意外著火的情況下，測(cè)試人員及時(shí)使用滅火器撲滅明火，確保測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的安全。壓力表設(shè)置在高壓貯氣瓶接嘴處，設(shè)置有2個(gè)壓力表，1個(gè)用于監(jiān)測(cè)高壓氣瓶?jī)?nèi)氣體的壓力，1個(gè)用于檢測(cè)定檢測(cè)量完成后將回收貯氣瓶?jī)?nèi)的氣體回灌至焊接絕熱氣瓶時(shí)的壓力，確?；毓鄩毫Ψ虾附咏^熱氣瓶使用要求。溫度計(jì)用于監(jiān)測(cè)測(cè)試管道內(nèi)的氣體，確保被測(cè)氣體的溫度滿足流量計(jì)測(cè)量的要求。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)

在用焊接絕熱氣瓶的日蒸發(fā)率定檢測(cè)量過(guò)程中，采集的數(shù)據(jù)主要有焊接絕熱氣瓶壓力pw(Pa)、大氣壓力pa(Pa)、環(huán)境溫度ta(℃)、氣體質(zhì)量流量計(jì)累計(jì)流量Vc(m3)、測(cè)試時(shí)長(zhǎng)t(min)。在用焊接絕熱氣瓶的測(cè)試日蒸發(fā)率α0(%/d)由公式(1)[6]計(jì)算：

(1)

式中，ρl為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下飽和液體的密度；V為被測(cè)焊接絕熱氣瓶有效容器；ψ為氣體質(zhì)量流量計(jì)校準(zhǔn)系數(shù)，標(biāo)定時(shí)給定值；qm為蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量日平均值，由公式(2)計(jì)算。

(2)

式中，ρg為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣體的密度。

根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，測(cè)試日蒸發(fā)率值需要進(jìn)行溫度及壓力修正，修正后的測(cè)試日蒸發(fā)率值為焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率最終值α20，由公式(3)[6]計(jì)算：

(3)

4 結(jié) 語(yǔ)

在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率定檢測(cè)量是定檢規(guī)范規(guī)定的必測(cè)項(xiàng)目之一，相對(duì)于目前正在執(zhí)行的國(guó)標(biāo)測(cè)試流程，在用焊接絕熱氣瓶日蒸發(fā)率的定檢測(cè)量方案充分利用了在用焊接絕熱氣瓶熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，考慮了測(cè)試中氣瓶?jī)?nèi)貯存介質(zhì)性質(zhì)，使用壓縮機(jī)等設(shè)備快速達(dá)到可以進(jìn)行日蒸發(fā)率測(cè)量的條件。對(duì)于可能存在危險(xiǎn)的測(cè)試低溫介質(zhì)，配備安全系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)試存在危險(xiǎn)時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警并處理，在完成日蒸發(fā)率測(cè)試的同時(shí)確保測(cè)試人員及設(shè)備的安全。

[1] 黃永華，陳國(guó)邦.低溫流體熱物理性質(zhì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

[2] 陳國(guó)邦，包銳，黃永華.低溫工程技術(shù)[M].數(shù)據(jù)卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 華自強(qiáng)，張忠進(jìn).工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4] 陳叔平，任永平，等.撬裝式LNG汽車加氣站的應(yīng)用[J]. 燃?xì)馀c熱力，2010，30(10)：B11-B14.

[5] 朱保國(guó)，李曉明，宋啟祥，等.液化天然氣儲(chǔ)罐安全技術(shù)分析[J].石油化工設(shè)備，2010，39(1)：86-89.

[6] GB/T 18443.5—2010真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法.第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量[S].

[7] GB/T 18443.5—2001 低溫絕熱壓力容器試驗(yàn)方法 靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量[S].

[8] GB 24159—2009 焊接絕熱氣瓶[S].

Using Welded Insulated Cylinders Static Evaporation Rate Measure Periodic

LI Zhengqing，HE Dan，CAI YUhong，LI Xiaojin，LIU Xiaowen，WANG Tiangang

(Lanzhou Institute of Physics，Lanzhou 730000，China)

It is an important performance that static evaporation rate measure periodic of using welded insulated cylinders. According to characters of heat stabilization/cryogenic liquid and installment of using welded insulated cylinders, the paper put forward the project of static evaporation rate measure periodic. Comparing to the method of national standard, it made full use of characters of using welded insulated cylinders, created the condition to measure, cut the time to prepare and process to measure. In the data processing, it gave the result base on measuring data, which was convenience to contrast national standard.

welded insulated cylinders；evaporation rate；measurement；project

2016-07-26

TQ051.3

B

1007-7804(2016)05-0038-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.05.011

李正清(1984)，男，工程師，碩士研究生，研究方向：真空低溫技術(shù)。