在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量

李正清，何 丹，蔡宇宏，李小金，刘筱文，王田刚

(兰州空间技术物理研究所，甘肃 兰州 730000)



在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量

李正清，何 丹，蔡宇宏，李小金，刘筱文，王田刚

(兰州空间技术物理研究所，甘肃 兰州 730000)

在用焊接绝热气瓶日蒸发率是焊接绝热气瓶的重要性能指标之一，根据在用焊接绝热气瓶的热稳定性、介质及应用的实际特点，提出在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量方案，相对于国标规定的测试方法，该方案充分利用了在用焊接绝热气瓶的特点，主动创造出进行日蒸发率测量条件，缩短测试准备时间，简化测试过程。数据处理中以焊接绝热气瓶的测试数据为基础，通过计算给出日蒸发率值，以便于与标准规定值比较。

焊接绝热气瓶；蒸发率；测量；方案

0 引 言

伴随着国内对大气环境污染日益重视以及能源改革的快速进行，煤炭等污染较大的能源消费受到了发展限制，天然气等清洁能源得到了国家的大力提倡及快速发展。作为汽车燃料，天然气在汽车领域主要以CNG及LNG的形式进行贮存，在同等体积下LNG具有贮存量大，使用安全等特点，使其迅速得到了推广应用。目前国内以LNG为燃料的公交车、客车及卡车在经济发达省份获得了快速的发展，因此LNG贮存容器——焊接绝热气瓶也在国内快速发展，但国内在用焊接绝热气瓶性能的定检测试相对滞后。焊接绝热气瓶的定检测试包括真空性能测量和日蒸发率测量，其中日蒸发率测量是一种相对比较简单可行的测试方法，而且测试结果反映了焊接绝热气瓶的整体综合性能，可以有效确保在用焊接绝热气瓶的使用安全。

1 日蒸发率测试方法

目前在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检性能测量是参照国标GB/T 18443.5—2010执行，测试过程繁琐，耗时长，且该项标准制定时主要是针对新研制产品，不适合在用产品进行大规模的定检，因此对于在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量需要设计新的测试手段或方法，以便于市场上广泛的在用焊接绝热气瓶日蒸发率的定检测量。

1.1 国标规定测试方法

GB/T 18443.5—2010规定了包括焊接绝热气瓶在内低温容器日蒸发率的测量方法，目前在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检性能测量参照其执行，测量中需要将车载的焊接绝热气瓶拆卸下来，若焊接绝热气瓶中贮存的是可燃介质需要进行置换，置换完成后，打开放气阀门，确保焊接绝热气瓶内低温介质气相与大气相通，在通风较好的场地静置48 h以上，然后将放气阀门与气体质量流量计连接，通过气体质量流量计进行日蒸发率的测量，要求测量时间不小于24 h。测量结束后按要求进行日蒸发率的数据处理，给出被测焊接绝热气瓶日蒸发率的测试数值。

国标规定的测试中耗时最长的两个过程为焊接绝热气瓶静置及流量计测试时间。焊接绝热气瓶的静置是为了使整个容器及容器内的低温介质处于相对的稳定状态，确保焊接绝热气瓶内低温介质的蒸发是由于外部漏热造成，该要求是针对新制焊接绝热气瓶。新制焊接绝热气瓶在初次充装时，容器自身的温度与环境温度一致，在充装过程中气瓶的温度降低，并在一段时间内达到稳定状态的测试条件。测试时间长是新品在型式试验过程中可能出现较大的流量波动，长时间的测试确保测量数据正确反映焊接绝热气瓶的性能。

1.2 在用焊接绝热气瓶特点

在用焊接绝热气瓶相对于新研产品型式试验使用的焊接绝热气瓶具有以下特点：

1.热稳定状态，新研产品型式试验使用的焊接绝热气瓶为新品，在进行日蒸发率测试前没有充装过液氮或其他低温介质，测量日蒸发率时为首次充装，因此需要充分的时间使其进入热稳定状态；在用焊接绝热气瓶使用过程中一直在充装低温介质，本身就处于热稳定状态。

2.盛装低温介质，新制型式试验进行日蒸发率的测量一般使用液氮，在用焊接绝热气瓶使用范围很广，贮存的低温介质有LNG、液氮、液氧、液氩等。若按照型式试验的要求执行，需要将在用气瓶内的液体进行置换，而气瓶低温介质置换流程是较为复杂的。

3.测试便捷，新研产品型式试验使用焊接绝热气瓶在车间进行试验，气瓶为单独放置的新品，易于进行各项测试；在用焊接绝热气瓶一般安装在使用的设备上，如公交车、卡车上等，拆卸是非常不方便的。

2 在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量方案

根据在用焊接绝热气瓶的特点设计日蒸发率定检方案，如图1所示，方案中使用压缩机抽取在用焊接绝热气瓶内的高压气体，使焊接绝热气瓶内的压力降低，并与当地大气压一致，利用在用焊接绝热气瓶本身处于热稳定状态的特点，减少静置热稳定过程的时间，有效缩短测量准备时间；对于被测低温介质为可燃气体的，设计安全系统，直接在使用场地进行现场测量，无需进行低温介质的置换以及从使用场地拆卸焊接绝热气瓶。

图1 在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量简图

2.1 压缩机系统

在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量中压缩机系统用于将气瓶中的高压低温气体进行压缩回收至贮气瓶里，使得焊接绝热气瓶内的压力达到当地大气压力，为日蒸发率的定检测量做准备。要求压缩机正常工作压力能覆盖焊接绝热气瓶的工作压力至当地大气压。焊接绝热气瓶的最大工作压力一般为1.6 MPa，最大容积为450 L，若测量时容器内液态介质按不少于60%计算，其内部的气体体积为180 L，为了缩短气体压缩时间，要求压缩机的压缩能力为200 L/min，使得焊接绝热气瓶内部的气体能够在30 min内通过压缩机贮存在压力为25 MPa左右的回收贮瓶里，待焊接绝热气瓶内的压力达到当地大气压时压缩机停止工作。

2.2 气体质量流量计

根据测试条件可选用普通气体质量流量计(热式)或湿式气体质量流量计，湿式气体质量流量计测试过程中需要进行加湿，整个设备体积较大，因此目前进行日蒸发率的测量均采用普通气体质量流量计。根据GB 24159—2009标准要求，容积为450 L焊接绝热气瓶的日蒸发率不超过1.8%/d，以液氮为例，经换算其对应的气体质量流量为3.62 L/min，按照定检规范在用焊接绝热气瓶的日蒸发率不大于出厂值的2倍，因此在合格的情况下，在用焊接绝热气瓶日蒸发率测量的上限为7.24 L/min，为了确保气体质量流量计能够满足所有合格及大部分不合格焊接绝热气瓶日蒸发率的要求，可以选用测量上限为10 L/min，精度优于1%气体质量流量计。

2.3 气体回收处理系统

气体回收处理系统包括回收贮气瓶、燃烧器及阻火器。回收贮气瓶在初始阶段用于贮存焊接绝热气瓶内被压缩机压缩的高压气体，进行气体的回收，减少气体的浪费；待焊接绝热气瓶日蒸发率测量完成后，将回收贮气瓶中的高压气体通过管道充装至焊接绝热气瓶内，使得绝热气瓶内的压力上升至其正常工作压力范围内，确保测试完成后，焊接绝热气瓶内贮存的介质能够立即使用。燃烧器是将通过流量计蒸发出来的可燃气体进行燃烧，若焊接绝热气瓶内充装的气体为可燃介质，如LNG，其蒸发量非常小，在外部测试场地排放达不到要求的情况下，可以使用燃烧器将其燃烧排放，为了保证测试过程中燃烧的稳定性，可采用有焰燃烧的方法；为了保证燃烧排放的安全，燃烧器的排气使用足够的空气进行冷却，使得从燃烧器排出的气体温度小于低温介质气体的着火点温度。并在测试现场配备灭火器，应对意外的发生。阻火器是防止火焰的逆向传播，虽然有焰燃烧是所有燃烧方式中最为稳定且不易回火的方式，但为了确保测试现场的安全，在燃烧器与气体质量流量计之间设置阻火器。

2.4 安全系统

为了确保整个测试过程的安全，防止测试中可能出现的危险情况，设置安全设施，确保整个测试过程的安全，安全系统主要有可燃气体探测报警器、灭火器、压力表、温度计等组成。

可燃气体报警器需要根据不同的可燃气体选取对应的报警器，设置报警上限，在可燃气体发生泄漏的情况下，及时进行报警提醒，以便采取应对措施。灭火器是在发生意外着火的情况下，测试人员及时使用灭火器扑灭明火，确保测试现场的安全。压力表设置在高压贮气瓶接嘴处，设置有2个压力表，1个用于监测高压气瓶内气体的压力，1个用于检测定检测量完成后将回收贮气瓶内的气体回灌至焊接绝热气瓶时的压力，确保回灌压力符合焊接绝热气瓶使用要求。温度计用于监测测试管道内的气体，确保被测气体的温度满足流量计测量的要求。

3 测试数据

在用焊接绝热气瓶的日蒸发率定检测量过程中，采集的数据主要有焊接绝热气瓶压力pw(Pa)、大气压力pa(Pa)、环境温度ta(℃)、气体质量流量计累计流量Vc(m3)、测试时长t(min)。在用焊接绝热气瓶的测试日蒸发率α0(%/d)由公式(1)[6]计算：

(1)

式中，ρl为标准大气压下饱和液体的密度；V为被测焊接绝热气瓶有效容器；ψ为气体质量流量计校准系数，标定时给定值；qm为蒸发气体质量流量日平均值，由公式(2)计算。

(2)

式中，ρg为标准大气压下气体的密度。

根据国标要求，测试日蒸发率值需要进行温度及压力修正，修正后的测试日蒸发率值为焊接绝热气瓶日蒸发率最终值α20，由公式(3)[6]计算：

(3)

4 结 语

在用焊接绝热气瓶日蒸发率定检测量是定检规范规定的必测项目之一，相对于目前正在执行的国标测试流程，在用焊接绝热气瓶日蒸发率的定检测量方案充分利用了在用焊接绝热气瓶热稳定性的特点，考虑了测试中气瓶内贮存介质性质，使用压缩机等设备快速达到可以进行日蒸发率测量的条件。对于可能存在危险的测试低温介质，配备安全系统，当测试存在危险时，能够及时报警并处理，在完成日蒸发率测试的同时确保测试人员及设备的安全。

[1] 黄永华，陈国邦.低温流体热物理性质[M].北京：国防工业出版社，2014.

[2] 陈国邦，包锐，黄永华.低温工程技术[M].数据卷.北京：化学工业出版社，2006.

[3] 华自强，张忠进.工程热力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4] 陈叔平，任永平，等.撬装式LNG汽车加气站的应用[J]. 燃气与热力，2010，30(10)：B11-B14.

[5] 朱保国，李晓明，宋启祥，等.液化天然气储罐安全技术分析[J].石油化工设备，2010，39(1)：86-89.

[6] GB/T 18443.5—2010真空绝热深冷设备性能试验方法.第5部分：静态蒸发率测量[S].

[7] GB/T 18443.5—2001 低温绝热压力容器试验方法 静态蒸发率测量[S].

[8] GB 24159—2009 焊接绝热气瓶[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，工程师，硕士研究生，研究方向：真空低温技术。