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液氮低溫儲罐抽真空工藝試驗研究

作者:天馳液氮罐 來源:原創 日期:2014-12-24 8:28:31 人氣:361 加入收藏 標簽:液氮低溫儲罐 儲罐抽真空

摘要:文中研究了液氮低溫儲罐的兩種抽真空工藝,并比較了它們的抽真空時間、日漏放氣率、冷態真空度以及日蒸發率等。試驗結果表明太子彩票网址,CO2置換抽真空工藝可以有效的降低儲罐日漏放氣率、提高儲罐冷態真空度以及降低儲罐的日蒸發率。

關鍵詞:抽真空工藝 抽真空時間 日漏放氣率 日蒸發率 冷態真空度

1、引言

真空多層絕熱是一種絕熱性能非常好的絕熱方式。求絕熱夾層真空度要達到1.33×10-2Pa以上。致使將夾層真空度從一個大氣壓(1.02×105Pa)抽到1.2。為加速抽氣,通常對儲罐內外壁進行烘烤太子彩票网址,最為重要的是,在采用常規的抽空工藝時太子彩票网址,致使夾層內殘余氣體導致的漏熱量較大,因此抽空時間短、。本文就著眼于此,研究了兩種抽真空工藝。

2 、試驗裝置示意圖及試驗過程簡介

2.1試驗裝置示意圖
試驗裝置主要由2m3液氮低溫儲罐、抽真空機組(由ZX-30A型機械真空泵、ZJ-150A型羅茨泵和K-300T型高真空油擴散泵組成)、高純CO2氣瓶(內裝滿高純CO2,純度為99.9%以上)太子彩票网址、規管、CO2 GASFLOWREGULATOR、質量流量計以及真空計等組成。


圖1 試驗裝置圖

2.2試驗過程簡介
整個試驗過程共由兩個試驗組成(在兩個試驗開始前,都對抽真空管路、各密封面聯接處采用氦罩法檢漏,檢漏儀器為ALCTELASM142型氦質譜檢漏儀;并對分子篩充填口局部氦罩,漏率小于2×10-7Pa??s)。

(1)試驗1充裝分子篩抽真空至1Pa試驗:將新處理過的分子篩充裝到夾層內,將夾層真空度抽真空至1Pa,測試日漏放氣率后加注LN2,測試冷態真空度以及日蒸發率。

(2)試驗2CO2置換抽真空法:將新處理過的分子篩充裝至夾層內太子彩票网址。將夾層抽真空至20Pa,向夾層內充入高純CO2,重要該步驟4次,然后將夾層真空度抽空至1Pa,測試日漏放氣率后加注LN2,測試冷態真空度以及日蒸發率太子彩票网址。

3、試驗結果及分析


圖2 抽真空過程夾層真空度與抽真空時間關系圖


圖3 測量漏放氣率時夾層真空度隨時間變化圖

由圖2可以看出,試驗1的抽真空時間明顯小于試驗2的抽真空時間。主要原因在于機械真空泵。由機械泵抽真空原理可知,機械泵是靠壓縮氣體達到一定的壓強后才能將氣體排出泵外的。在試驗2中,用CO2氣體置換4次后,夾層內混合氣體主要成分為CO2氣體?太子彩票网址;旌蠚怏w經壓縮后太子彩票网址,若達到CO2氣體飽和蒸氣壓,部分CO2氣體就會冷凝成液態CO2太子彩票网址,與泵油混在一起,回到吸氣空間;隨后液態CO2又揮發成CO2氣體太子彩票网址,這就嚴重影響機械真空泵的抽真空速度,使機械真空泵的實際抽速降低。

由圖3可以看出,試驗1的夾層漏放氣率明顯高于試驗2的夾層漏放氣率太子彩票网址。根據文獻[3],當夾層真空度小于2×10-2Pa時太子彩票网址,小分子(例如氦氣太子彩票网址、氫氣)的滲入基本可以忽略不計。在測試夾層漏放氣率時,試驗1和試驗2的夾層真空度都為1Pa,因此,此時夾層真空度降低的主要原因有兩個:(1)絕熱層之間氣體的擴散:在多層絕熱中,多層間的氣體由于抽氣阻力的原因而很難被抽出,致使多層間殘留的氣體較多。并且多層間的氣體壓強要高于腔內氣體的壓強太子彩票网址,在停止抽真空后,由于壓強差太子彩票网址,多層間的氣體將向腔內擴散,致使腔內真空度降低太子彩票网址。在試驗2中,由于抽氣的時間較長,因此多層間氣體的殘留量要比試驗1少,故多層間殘留氣體擴散量較少。(2)支承以及儲罐內外壁材料放氣:由于抽真空時未對儲罐內外壁進行烘烤,因此,夾層內外壁材料以及支承材料的放氣率較大。并且太子彩票网址,根據MDMaley等人的理論以及文獻[7],材料放氣率和抽真空時間有非常大的關系,抽真空時間越長太子彩票网址,材料的放氣率越小太子彩票网址。由圖1可知太子彩票网址,試驗1抽真空時間明顯小于試驗2的抽真空時間,故試驗1容器材料的出氣率要大于試驗2容器材料的出氣率。由于上面兩個因素的綜合影響,試驗1中夾層漏放氣率要大于試驗2的夾層漏放氣率。

由圖4可以看出太子彩票网址,試驗2中,采用CO2置換夾層內氣體使CO2濃度達到90%以上后抽空至1Pa,加注
-3-4LN2后所能達到的最高冷態真空度高于1.0×10Pa(實際值為9.4×10Pa),而試驗1抽真空至1Pa加注-3-3LN2后所能達到的最高冷態真空度低于1.0×10Pa(實際值為1.2×10Pa)。并且從圖4中還可以看出,試驗2加注LN2后冷態真空度上升速度明顯大于試驗1加注LN2后冷態真空度的上升速度。其原因可以歸結為如下兩點:(1)研究表明,夾層中殘氣的主要成分為H2、He等氣體。這些氣體在LN2溫度下為不凝性氣體。采用CO2置換夾層內的氣體時,將這些不凝性氣體(如H2、He等)置換為可凝性氣體CO2,因此,充入多空的多晶體,對H2、LN2后夾層內的CO2氣體冷凝太子彩票网址,使夾層真空度升高;(2)CO2霜為一種疏松、H e等不凝性氣體有捕集、吸附作用。筆者通過CO2霜在LN2溫度下吸H2性能試驗發現太子彩票网址,其捕集、吸附H2的能力雖然比較小,但是仍然可以有效地提高夾層真空度?太子彩票网址!?/p>


圖4 加注液氮后夾層真空度隨時間變化圖      


圖5 加注LN2后瞬時流量-夾層真空度關系圖

由圖5可知,試驗2加注LN2后,1的瞬時流量;但是當夾層真空度基本穩定后,試驗2(參見圖4)。這說明試驗2在加注LN2CO2、CO2霜吸附其它氣體放熱以及分子篩吸附氣體放太子彩票网址,21的日蒸發率要大;但是在試驗2儲罐夾層真空度基本穩定(約為4Pa)后,由于夾層真空度高于試驗1的夾層真空度,故殘留氣體的傳熱減小。當然,在試驗2中,加注LN2后致使CO2冷凝,CO2霜會凝結在多層絕熱的層間并導致多層反射屏的黑度增加,使輻射傳熱和層間固體傳導傳熱增大[5],但是由于加注LN2前夾層抽真空至1Pa后夾層內CO2的量較小,故凝結后CO2霜的量較小對多層反射屏黑度的影響很小。

4、結束語

本文研究了兩種不同的抽真空工藝太子彩票网址,并對兩種抽真空工藝的抽真空時間、日漏放氣率、冷態真空度和日蒸發率等進行了探討。研究結果表明,CO2置換抽真空方法的抽真空時間較長,但在日蒸發率、冷態真空度和日蒸發率這幾個方面的表現較好。綜合看,CO2置換抽真空方法不失為一種效果較好的抽真空方法。


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