钢瓶的管理及处理工艺改进研究

柏宏斌，孔 晖，张晓楠

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116031)

1 前 言

某厂从国外进口的氪氙生产装置能够制造高浓度的氪气以及氙气，然而，把这种两种气体装进国产钢瓶保存一定时间后，氢组分显著提高，造成产品不达标。对于此现象，对钢瓶进行全面分析，且实施科学合理的措施加以处理，针对氢气含量变多的问题，探析相关的处理方式与途径。

2 钢瓶的相关原则

2.1 安全储存原则

1.将钢瓶放置在专门仓库储存，遵循相关法规，并设有专业人员对钢瓶库房以及存放场所进行管理，配备相关的防护用品，同时设置“危险”标志[1]。2.在仓库里面不可以存在地沟或者暗道，保持通风良好，确保较为干燥环境，防止被太阳直射；储存间应该配有通风以及降温设备，不允许管线穿过。需要确保瓶体干燥，在炎热季节，避免曝晒。3.盛装可能发生反应气体的气瓶，需要结合气体的特性，充分把控温度以及储存时间，同时应尽可能避开放射线源。4.空瓶以及实瓶需要分开放置，同时设置明显的标志。5.气瓶放置需要做到整齐，尽可能直立放置，同时应该具备避免倾倒的措施。使用固定板以及固定架可以有效处理存放以及固定问题，防止出现杂乱的现象，满足相关的规定，促使气瓶存放环境更为安全[2]。就全塑结构的固定板以及固定架而言，它质量较轻，不会出现生锈以及掉屑现象，在洁净要求严格的场合，有着较好的适用性。

2.2 安全运输原则

1.运输工具需要安全与稳定。就塑型推车而言，运输中有着诸多优势，可以避免出现腐蚀、不会形成噪音、无需进行维护、易于进行操作、平衡性理想、重量较轻、可使用的时间较长且对路面要求很低。2.需要戴好瓶帽，不得出现抛、滚等行为。3.在进行吊装时，不得使用金属链绳。4.钢瓶内气体彼此接触，会导致爆炸或者燃烧；形成毒气的气瓶，不可以与其他气瓶使用同一车辆运输；存在腐蚀性、易燃性等的物品，不可以同气瓶使用同一车辆输送。5.当进行运输时，需要将气瓶固定到位，车厢需要超过气瓶高度的2/3，垛高需要低于5层，同时需要低于车厢高度。6.在炎热季节进行运输时，需要配备遮阳设施，防止气瓶被曝晒；气瓶运送目的地处于繁华地带时需要避免白天运送。

2.3 使用原则

第一，高压气瓶应当进行分类管理，若是直立放置的话，需确保其稳定性；同时气瓶应同热源分开放置，防止暴晒及巨大振动现象的产生；通常情况下，实验室中的气瓶数量应低于两瓶。想要有效防止不同钢瓶应用过程中混淆情况的出现，一方面，借助钢瓶肩部钢印信息，即：制造日期、气体容量以及气瓶型号等[3]。另一方面，应在钢瓶上涂抹各种各样的颜色，并对气体名称进行标注。

第二，高压气瓶减压器应选取相应的类型，在安装的过程中，应保证螺口足够紧，避免产生泄漏问题；在对减压器及开关阀进行启动及关闭的过程中，动作不得过快；在进行应用时，需先运行开关阀，再将减压器启动；在使用结束之后，立刻关掉开关阀，把多余的气体排放之后，再关掉减压器。

第三，高压气瓶应用过程中操作人员需要站在同接口处呈90°的地方。在这一过程中，避免对瓶体进行敲打，同时对漏气情况进行检查，对压力表读数多加重视。

第四，氧气瓶及氢气瓶的操作需运用专门的工具，同时操作过程应远离油类。要求相关操作者禁止穿戴存在油脂的服装，极易出现静电现象的手套，也应禁止使用，从而有效防止燃烧及爆炸现象出现。

第五，气瓶同明火之间的距离需要超过10 m，若是无法满足这一条件，应采取相关的隔离措施。

第六，用完的气瓶需结合相关规定，在其中留出大于0.005 MPa的压力。建议留下0.2～0.3 MPa的可燃性气体，留下2 MPa的氢气，从而有效避免再次充气的过程中出现事故。

第七，不管什么类型的气瓶，都应定期开展技术检查，对于常规气体气瓶而言，建议每3 a开展一次检验工作，若是在应用时存在较大的腐蚀现象及损伤问题，需提前落实检验工作。

3 吸附以及脱附的介绍

3.1 吸附基本概念与操作

1.基本概念。在流体和固体接触时，在表面位置部分流体组分形成积蓄，这一现象也就是所谓的吸附。另外，也指物体表面吸住附近介质的现象。它本质上为传质过程，分子之间存在引力，实际上，分子未尽可能体现作用力，因此能够吸附别的气体，尤其表面积很广时，可以形成更大的作用力，故而在工业领域常常会借助大面积物质完成吸附过程。表面所积蓄的组分，即是吸附质。从广义层面上来看，也就是吸着现象。按照结合力的性质，吸附分为物理以及化学吸附。前者因为分子间引力所导致，极有可能脱附，结合力不是很强。后者因为化学键所导致，类似于化学反应，通常情况下，存在着不可逆性，有着相对大的吸附热。化工生产过程中，吸附常常用来处理流体，把组分吸附于表面，让组分能够实现分离，实际上为单元操作，通常和物理吸附有关。在诸多领域吸附分离得到了大力推广，比如化工以及食品领域。

2.吸附操作。借助固体选取流体组分，以达到分离目的的方式就是吸附操作，其为非常关键的单元操作。事实上，吸附在很久之前已被使用，如通过对木炭的使用，进而达到除臭的目的。基于新型吸附剂的出现，再加上吸附分离技术的进步，使得吸附分离过程越来越节能，其产品纯度也逐渐提升，操作温度也相对较低，该操作在多个领域都有普遍的运用，如医药及环保领域等。吸附操作具体运用有：第一，脱水与进一步干燥，如脱去乙烯中所含的水分，然后进行聚合。第二，脱臭与回收蒸汽等，以喷漆工业来分析，往往会产生很多有机溶剂，可借助活性炭合理解决所释放的气体，不但可以全面降低对环境的污染，还能够回收相应的溶剂[4]。第三，吸附分离，如对高纯度氮气的采集。第四，对精馏无法分离的物质开展分离处理，如烯烃分离。第五，对废气及废水进行处理，如对高炉废气中含有的二氧化碳等进行回收处理，对炼厂废水中有害物质进行处理。

3.2 脱附定义及方法

1.定义。脱附实际上是同吸附相反的过程。一般是促使被吸附的部分饱和，通过吸附剂进行析出，进而达到吸附剂再生。也就是说，基于相应条件，吸附在表面的物质会与其分离，从而再次进入体相中，这一过程也叫做解吸。通常来讲，不能开展吸附的条件，一般都能开展脱附，比如减压等。物理吸附属于可逆的，当进行脱附之后，其性质是不会出现变化的。化学吸附属于不可逆的，在进行脱附时，一般要借助活化能，促使脱附分子性质出现一定的变化。吸附剂吸附程度对再次吸附有着较大的影响，还同脱附方式存在密切的关联。在工业领域，一般都会通过升温及降压等方式进行脱附。每一种方法都各有利弊，可立足于经济及技术上进行分析。具体运用时，可将吸附同脱附进行结合，从而达到分离及提纯等目的。

2.常见的方法。第一，升温脱附。在温度上升的情况下，吸附剂吸附量减少，在合理增加温度的基础上，能够达到对组分脱附的目的，此方式也被叫做变温脱附，温度为周期性改变的。通过对该种脱附方式的优化，微波脱附诞生，它被应用于多个方面，比如气体干燥。具体工作中，该方式被应用的概率较大[5]。第二，减压脱附。伴随压力的上升，吸附量随之变大，当压力相对高时，进行抽真空处理或者减压，能够让吸附剂再生，此方式也被称作变压吸附，在气体脱附方面，得到了大力的推广。

4 问题的提出

今年四月制造的1瓶氪气在五月售给某厂，用户反馈借助这一钢瓶气体制造的灯泡质量不佳，为此对此钢瓶进行全面分析，得知其中的氢组分被极大提高，之前是2.3×10-6，后来提高到17.9×10-6，别的组分没有出现改变。气体质量不达标，导致通过这一气体所制造的灯泡质量不佳。为此，深入探究瓶内氢气含量变多的原因，经研究后明确了主要原因可能为：分析仪器准确性不高；设备与管道上有着不足；钢瓶自身质量问题。

根据有关标准对仪器设备进行进一步标定化验，明确仪器没有问题。在此之后，针对管道测量点，开展深入的跟踪研究，得知氢气含量都在2.3×10-6上下，据此确认设备与管道没有问题。因此问题源于钢瓶本身，故对钢瓶开展分析，分析结果同管道分析结果进行对比，得知每一项指标都差不多。另外，对存放一定时间的钢瓶开展再次检测，发现其中的氢组分出现了改变，随后对其进行分类，发现无论是进口还是国产的铝合金气瓶，它们的氢组分几乎没有改变，而国产钢瓶的氢气含量显著提高，大概扩大至十倍。结合检测分析可知，钢瓶处理存在一定的不足之处，对此，对钢瓶实行改造处理，对之前的常温抽空方式进行调整，转变成加热抽空。

5 钢瓶对比、检查与处理

1.气瓶使用调查。当时同生产厂家沟通，其反映没有出现氢气含量变高的情况。比如某城市利用所制造的钢瓶，来充装上文所述的两种气体，瓶内使用的是镀锌以及镍，镀层有着较好的光滑性，没有进行过清洗，仅通过常规的真空处理。2.钢瓶调查。我厂使用的钢瓶，是经过电镀处理的，满足内定规范，但因是第一次实行电镀处理，所以就经验与工艺来看，同部分老厂家之间还存在着一定的差距。且电镀操作上的不足，在后续的解体检查过程中也得到了证明。3.解体检查与拟处理。今年六月份对钢瓶开展了解体检查，发现气瓶内表面不光滑，电镀层缺乏均匀性，局部没有成功电镀，同时存在铁锈。在表面还找到了处理液痕迹，正是因为这些因素的存在导致了氢气含量变多。由于基于一定条件，像存在少许的水、酸碱时，可以产生原电池，进而会形成氢气[6]。另外，因为其镀层不够良好，局部没有成功电镀，进而在气瓶内表面产生孔隙，释放的氢气被吸附。所以，在充进气体之后，因为分子运动致使部分被吸附的氢气脱附，致使氢气含量变多。

通过上述原因分析，后续对钢瓶进行加热处理，抽高真空，对被吸附的氢气进行了有效处理，让其先脱附。采取此方式，可以处理向瓶中充入气体之后氢气含量变多的问题，且为此设置了一套处理设备。

6 钢瓶处理装置的改进与改进结果

1.原瓶处理装置。原瓶处理设备即便配有加热器，可以通过容器添加开水，进一步来加热钢瓶，但因为真空泵能力存在极值，且难以对其真空度进行检测，所以还未从源头上有效处理氢气含量增多的问题。

2.改造的钢瓶处理装置。与原瓶装置相比，改进后的钢瓶处理装置用真空机组取代真空泵，通电加热器取代蒸汽加热器，并借助有关的检测系统对抽空情况进行定性以及定量检测。通过电加热器可以智能设置瓶内温度介于0～250℃，进而确保整体加热效果。选取真空压力阀，通过对不锈钢的使用，来完成对管道的焊接处理，将其同钢瓶进行相连，选择级别较高的纹管，将其当作连接件。在处于工作状态时，让真空度达到3×10-3Pa。

新装置投用之后，对氪气开展跟踪研究，在充入气体之后，通过三次测定没有出现氢气含量变大的情况。由此可知，新装置解决了以上所述两种气体充入瓶后，氢气组分变多导致产品不达标的难题，并且也有效处理了水分与其他杂质给成品质量带来的影响。图1所示为新装置流程图。

1.真空机组；2.压力表；3.检测管；4.玻璃管；5.钢瓶；6.电加热器

7 结 论

综上所述，气瓶内氢气含量变多的因素包括电镀质量、镀层均匀度、残留物留存情况以及钢瓶处理时有没有进行加热、抽空能力的强弱等。由此可知，当充装纯度较高的气体时，应该优先考虑进口的、铝合金瓶以及国内部分厂家通过喷砂处理的钢瓶。结合新装置使用状况可知，通过真空机组、电加热器、品质有保障的阀门以及连接管的选用来开展加热抽空工作，能够有效减少部分国产钢瓶质量不理想的情况。通常借助火花检测仪来开展真空度检测，没有实行定量检测，所以不易观察抽真空效果，不能确保瓶处理质量。对此，就有关的厂家来讲，应优先考虑真空度检测装置，以便能够达到定量检测要求，获取良好的瓶处理效果，防止由于处理效果不好对充气质量造成影响。