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化工机械
2011年
焊接绝热气瓶定期检验与评定问题
刘康林·韦铁平樂航
(1.福州大学化学化工学院;2.福建省特种设备检验院)
摘对焊接绝热气的蒸发率和漏热量检测以及肉胆材耔的热冲击损伤进行试验研究,开发了焊
接绝热气瓶绝热性能自动检测与信息系统。
关词焊接绝热气瓶蒸发漏热热冲击损伤红外热像检测
中图分类号T0053.2文献标识码
文章编号02546094(2011)03-0280-04
焊接绝熱气瓶( welded insulated cylinder)是72b以上?。如能缩短检测时间,对提高焊接绝
带有高真空夹层的密闭容器,它是通过真空夹层热气瓶的检测效率和使用率,将有重要实际价值。
以及夹层内的反光镀层或多层绝热体等来实现绝
笔者以有效容积为181L的低温高真空绝热
热保冷的。由于其内部介质温度低、气化潜热小、气瓶为测试对象,液氮为试验介质,采用称重法进
易蒸发、气液体积比大,且往往具有易燃、易爆或行了6组试验,其中3组试验是在室内、无风、排
有毒等危害性,加之气瓶结构上不能满足检验工气阀打开的条件下进行的自然蒸发试验;另有3
作的敞开性,能否安全可靠运行要同时取决于其组试验是气瓶分别处在憨压(排气阀关闭,使气
结构强度和绝热性能情况。所以,焊接绝热气瓶体在压力达到安全阀设定压力时,通过安全阀排
的定期检验与安全评定具有与ー般低温容器不尽气)、排气阀打开及有日照或电风扇吹拂条件下
相同的内涵和特点。然而我国至今尚未有现行的进行的。实测不同充装率下气瓶重量在72h内的
焊接绝热气瓶检验与评定规范以及低温绝热性能变化情况如图1所示。
试验的国家标准与行业标准?;在绝热气瓶的
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A组
检验工艺与方法上,仍需开发或引入新的技术
以提高检验的效率和针对性;在绝热性能的评价
上,尚缺乏通用性和可操作性强的绝热效果失效
判据或指标;在检验结果的处理与气瓶的跟踪
管理方面的自动化程度有待提高。此外,气瓶工
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作过程中难免存在非正常充装,由此引起内胆材
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时间h
料的热冲击损伤情况尚需进一步确证。笔者针对
上述有关问题开展研究。
图1气瓶重量变化曲线
提高静态日蒸发率检測效率的探讨
取试验开始前48h的数据(即气瓶静置期
低温绝热容器的蒸发率是指气液两相达到热间),利用最小二乗法进行拟合,得到表1的线性
平衡后,单位时间内液体的蒸发量,是衡量低温绝回归模型。利用这些模型预测到第72h的蒸发率
热容器绝热性能优劣的重要参数,能够较为直观值见表2。预测结果与实测结果的最大相对误差
地反映焊接绝热气瓶的保冷性能。然而,现有对仅为4.4%,满足工程测试的需要。由此可见,利
焊接绝热气瓶蒸发率的测试方法,测试时间长达用部分时段的蒸发率试验结果与模型预测法相结
·刘康林,男,1965年3月生,副教授。福建省福州市,350108。
万方数据
第38卷第3期
化工机被
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合,可有效减少蒸发率的试验时间。对低温绝热计算机图像处理软件,自动提取红外图像中的温度
气瓶而言,蒸发率试验时间是否要长达72h,值得数据,并分区(等温区)计算漏冷量,可实现绝热气
商榷。
瓶漏冷量的在线检测,从而形成与上述漏冷量评定
表1气瓶重量回归参数表
相配套的检测方法。
标准可决系相关显著3焊接绝热气瓶内胆材料热冲击试验研究
组對
预测模型
偏差S数R2系数影响P
在实际服役期间,焊接绝热气瓶难免存在因
Ay2=230,4396-0.178310.02310.99040.99717587管理或操作上的问题造成充装时预冷不够或未预
B,=19.1265-0.12950.01530.9980.99940875冷的情况,使气瓶受到低温热冲击的作用。热冲
C,=179.5868-0.1286x,0.0222.9950.9919126击可在材料表面瞬间产生很高的动态应力,形成
Dy,=219.8123-0.0715x:0.02680.99760.9984077远高于静力和疲劳载荷作用时的破坏力。气瓶用
E3,=183.300-0.10810.02120.9930.991485304L不锈钢为亚稳态奥氏体不锈钢,当低温热冲
F,=17383-0.11250.01710.9960.99824821击应力达到或接近材料的屈服强度时会诱发马氏
体相变,发生一定程度的韧脆转变和疲劳极限降
表2不同模型预测结果与实测值的比较%低现象,在多次热冲击应力波的振荡作用下,气瓶
项目A组B组C组D组E组F组表面易诱发脆性破裂,产生微裂纹,并且随着热冲
蒸发率预测值2.112.132.111.171.71.5击次数的增加,损伤会加剧。
蒸发率实测值2.022.092.091.161.851.8
热冲击向题属冲击动力学问题,其破坏作用
相对误差4.401.901.001.004.301.60主要是冲击应力波的作用,难以用传统的静力学
注:D、E、F组分别为压、风吹、日照状态。
和准静力学理论来解释。目前国际上对热冲击损
2绝热效果失效指标
伤的理论研究尚处于初级阶段,采用应力波理论
反映焊接绝热气瓶绝热性能的参数有静态日虽能解释动态应力的形成和传递情况,但至今尚
蒸发率、夹层真空度、真空漏率、表面温度、压升速难以建立有效的失效准则,考察其破坏作用还主
率(维持时间)以及漏热量等。由于不同气瓶绝要依试验。
热失效时的真空度、蒸发率和闭口压升速率不尽
为验证低温热冲击对气瓶内胆是否会造成损
相同,所以用这些指标作为绝热失效的临界标准,伤,笔者构建了低温热冲击试验装置。试件为焊
严格来讲缺乏通用性。
接绝热气瓶用焊接试板,材料为304L不锈钢板,
漏热量是反映焊接绝热气瓶最直接和最具实板厚为2.4mm。经100%超声波检测和着色探伤
质性的指标,也是欧美发达国家广为采用的主要性检测合格,电镜观察也未见微观裂纹出现。
能指标。如将气瓶按理想情况考虑(外壳表面为均
试验以液氨为冷却液,并浇注到试件焊缝处
匀温度场),以气瓶外表面温度达到露点温度作为(有余高侧)。相邻两次浇注的时间间隔为
气瓶绝热失效的临界点,则可按传热学原理,求得10min,以使试件充分恢复到环境气温(约16℃)。
气瓶外表面温度达到露点温度时的漏冷量,并将其当热冲击次数达350次时在放大倍数为300
作为气瓶绝热失效时的临界漏冷量Q。这样可以500的金相显微镜下观察发现表面存在大量的龟
建立气瓶绝热效果失效判据:Q=Q.,Q为气瓶的实裂性裂纹。其中焊缝熔合区表面龟裂最为严重,
际漏热量,可根据实测温度场计算。显然,该判据为晶胞开裂(图2);而试板边缘焊缝熔合区和试
能够适用于各种情况。如能解决气瓶表面温度场板背面(无焊缝余高)未见裂纹。
的定量、准确、快速在线测试问题,即可形成基于漏
试验表明,焊接绝热气瓶在液氮的热冲击作
热量的低温气瓶绝热性能评价方法,这对解决我国用下,气瓶内壁可形成微裂纹。但因所形成裂纹
低温容器绝热性能参数过多的问题有重要意义。为微观级,其对气瓶内胆强度不构成削弱作用。
红外热成像法一次测量的区域大,温度显示直观,如介质对内胆材料具有一定腐蚀作用,微裂纹的
既能现场观察,也能以红外图像的方式固化、储存形成则可加剧腐蚀的进程