CN102913749A - 大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法，该系统包括供气装置、抽真空装置以及加热装置；加热装置包括外罐加热装置以及内罐加热装置；待抽真空绝热容器包括外罐、内罐以及由外罐和内罐形成的夹层；外罐加热装置设置在待抽真空绝热容器外罐的外部；内罐加热装置设置在待抽真空绝热容器内罐的内部；供气装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通；抽真空装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。本发明提供了一种缩短容器的抽真空周期、可对夹层内水分及油性气体进行彻底置换以及成本低廉的大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法。

Description

大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法

技术领域

本发明涉及一种大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法，尤其涉及一种用于对存储液氮、液氧以及液化天然气等低温液体的容器进行抽真空时所用的大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法。

背景技术

目前存储液氮、液氧和液化天然气等低温液体的容器，其绝热形式多为高真空多层绝热。夹层封口时，容器真空度需不大于10^-2Pa，漏放气速率需不大于10^-7Pa.L/S。影响前述指标的主要原因有以下两方面：第一，夹层中绝热材料吸附的水分、油性气体及小分子气体很难被抽除，使夹层很难达到要求的真空度；第二，绝热材料及内外罐壁放气量大，使夹层漏放气指标很难达到要求值。现有技术方案均很难做到两指标同时满足要求。

申请号是03152769.8的专利文献公开了一种液化天热气储罐置换空气抽真空方法，该此方法存在的以下缺点有：第一，用甲烷做置换气体不安全，甲烷有异味，操作人员吸入过量会引起身体不适，且甲烷属于易燃、易爆气体，遇明火极易发生爆炸；第二，通过该方法获得的真空度、漏放气速率指标不高，不适用于高真空多层绝热容器。

申请号是200610009214.0（专利申请号）的专利文献公开了一种抽真空方法及其装置，属于与本发明并行的一种技术方案。

该此方法存在以下的缺点有：第一，外罐没有恒定的加热源，其温度主要由内罐热量通过夹层气体对流换热获得，而在夹层抽空期间对流换热基本消除，外罐很难保持较高温度，不利于外罐罐壁放气，影响容器漏放气速率指标；第二，利用干燥空气做置换夹层用气体会将油性气体等杂质带进夹层，影响容器的真空度指标。

发明内容

为了解决背景技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种缩短容器的抽真空周期、可对夹层内水分及油性气体进行彻底置换以及成本低廉的大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特殊之处在于：所述大容积低温绝热容器用抽真空系统包括供气装置、抽真空装置以及加热装置；所述加热装置包括外罐加热装置以及内罐加热装置；待抽真空绝热容器包括外罐、内罐以及由外罐和内罐形成的夹层；所述外罐加热装置设置在待抽真空绝热容器外罐的外部；所述内罐加热装置设置在待抽真空绝热容器内罐的内部；所述供气装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通；所述抽真空装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

上述内罐加热装置包括出风管、气体循环加热机组、进风管、内罐加热装置控制系统以及分别设置在出风管口以及进风管口的温度传感器；所述出风管的一端从罐体的伸入口伸入内罐并停留在靠近伸入口处，另一端通过气体循环加热机组接入进风管的一端，所述进风管的另一端从罐体的伸入口伸入内罐并停留在远离伸入口处；所述内罐加热装置控制系统与气体循环加热机组相连接；所述供气装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通；所述抽真空装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通。

上述供气装置包括液氮存储容器、调节阀、汽化器以及气体加热器；所述液氮存储容器依次通过调节阀以及汽化器接入气体加热器；所述气体加热器通过管道分别与进风管以及待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

上述抽真空装置包括抽真空机组以及真空测量仪表；所述真空测量仪表与抽真空机组相连；所述抽真空机组通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

上述供气装置与抽真空装置之间、供气装置与加热装置之间、抽真空装置以及加热装置之间均设置有截止阀。

上述外罐加热装置是加热窑或加热毯；所述外罐加热装置是加热窑时，所述加热窑包括加热板、温度传感器以及加热窑控制系统；所述加热板以及温度传感器分别与加热窑控制系统相连。

一种大容积低温绝热容器用抽真空方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1）对待抽真空绝热容器的内罐以及外罐进行预加热；

2）对待抽真空绝热容器的夹层进行加热置换；

3）对待抽真空绝热容器的夹层实施间断抽空排气；

4）对待抽真空绝热容器的夹层实施真空封结。

上述步骤1）的具体实现方式是：

1.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的内罐抽真空；

1.2）利用供气装置往待抽真空绝热容器的内罐中充入高纯氮气，并采用内罐加热装置对待抽真空绝热容器的内罐进行加热并保持在工艺要求的温度；

1.3）开启外罐加热装置对待抽真空绝热容器的外罐进行加热并保持在工艺要求的温度。

上述步骤2）的具体实现方式是：

2.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空；

2.2）利用供气装置往将待抽真空绝热容器的夹层中充入高纯氮气进行夹层高纯氮气热置换。

上述步骤3）的具体实现方式是：

3.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空并持续一段时间；

3.2）暂停一段时间后，重新开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空并持续一段时间；

3.3）在暂停抽真空的间断期间内对待抽真空绝热容器的夹层进行静态漏放气速率测试，若测得静态漏放气速率和动态真空度达到预定值时，则进行步骤4）；若测得静态漏放气速率和动态真空度未达到预定值时，则重复执行步骤3.1）～步骤3.3）。

本发明的的优点是：

本发明提供了一种大容积低温绝热容器用抽真空系统及方法，使用液氮汽化加热后的高纯氮气作为置换夹层用气体，比直接使用瓶装高纯氮气更能杜绝水分等杂质进入夹层，且批量生产时比使用瓶装氮气成本更低。供气装置通过将液氮存储容器排出的液氮经汽化器汽化，并经气体加热器加热后提供干燥的高纯氮气，利用高纯氮气作为内罐循环加热用气体，可防止将水分、油性物质等杂质带入内罐，保证介质的纯净性和容器的使用安全性。第二，本发明能保证整个容器被加热保温在较高温度，使夹层绝热材料、容器罐壁吸附的气体更彻底的被置换出去，从而大大提高真空度和漏放气速率指标，并大大缩短容器的抽空周期。往夹层充高纯氮气时，应通过调节阀来控制进入夹层的气体流量，防止气体流量过大将夹层内绝热材料冲散，影响容器最终真空度。高纯氮气在夹层内加热保温几小时后，按照前述方法和步骤再次对夹层进行抽真空、充氮气、加热保温等操作，如此循环若干次。将容器罐壁、绝热材料及置换用高纯氮气加热保温在较高温度，一方面可以使夹层内的水分迅速汽化与氮气充分混合，另一方面绝热材料及容器罐壁吸附的气体在获得高动能后也能脱离吸附与氮气充分混合，从而使夹层内的水分和不凝性气体充分被置换出来，有利于夹层真空的形成和维持，同时使抽真空时间大大缩短。第三，通过对内、外罐进行加热，可以使内外罐壁、绝热材料、吸附剂等吸附的水分、油性气体及其他不凝性气体的动能增大，从而被彻底置换和抽除，可以对夹层内水分、油性气体等进行彻底置换，同时避免将影响抽真空的有害气体带进夹层。第四，可以对夹层持续加热、间断排气抽真空，从而使容器在较短时间内其真空度、漏放气速率等指标达到较高要求。

附图说明

图1是本发明所提供的大容积低温绝热容器用抽真空系统的结构示意图；

其中：

1-内罐；2-外罐；3-夹层；4-加热窑；5-出风管；6-气体循环加热机组；7-进风管；8-液氮存储容器；9-调节阀；10-汽化器；11-气体加热器；12，13，14-截止阀；15-插板阀；16-抽真空机组。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种大容积低温绝热容器用抽真空系统，该系统主要由四个部分组成：多层绝热容器、加热装置、供气装置及抽真空装置。多层绝热容器由内罐1、外罐2及夹层3组成；夹层3由外罐2以及内罐1所形成。加热装置包括外罐加热装置以及内罐加热装置，其中，外罐加热装置设置在待抽真空绝热容器外罐的外部；内罐加热装置设置在待抽真空绝热容器内罐的内部；供气装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通；抽真空装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

内罐加热装置由出风管5、气体循环加热机组6、进风管7、内罐加热装置控制系统以及分别设置在出风管口以及进风管口的温度传感器；出风管5的一端从罐体的伸入口伸入内罐2中并停留在靠近伸入口处的位置（较近端），另一端通过气体循环加热机组6接入进风管7的一端，进风管7的另一端从罐体的伸入口伸入内罐2中并停留在远离伸入口处的位置（相对于较近端的较远端）；内罐加热装置控制系统与气体循环加热机组6相连接；供气装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通；抽真空装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通。或者，出风管5与伸入内罐较短的加排管连接，进风管7与伸如内罐较长的加排管连接，气体循环加热机组6通过循环加热内罐气体进行内罐加热。利用在进、出风管口设置的温度传感器和内罐加热装置控制系统可以将内罐温度加热保持在工艺要求的温度范围内。外罐加热装置为一密闭的加热窑4，利用加热窑内设置的加热板、温度传感器及加热窑控制系统，可将外罐温度加热保持在工艺要求的温度范围内。通过对内、外罐进行加热，可以使内外罐壁、绝热材料、吸附剂等吸附的水分、油性气体及其他不凝性气体的动能增大，从而被彻底置换和抽除。加热窑4也可采用诸如加热毯等其他外罐加热方式来替代。

供气装置由液氮存储容器8、调节阀9、汽化器10及气体加热器11组成。液氮存储容器8依次通过调节阀9以及汽化器10接入气体加热器11；气体加热器11通过管道分别与进风管7以及待抽真空绝热容器内罐2以及夹层3相贯通。利用该装置，液氮经汽化加热后可获得高纯干燥氮气用于夹层置换和循环加热内罐。

抽真空装置由抽真空机组16、连接管道及真空测量仪表组成。抽真空机组16通过连接管道穿过加热窑墙体与绝热容器夹层3连接成一体，用于对夹层3进行抽真空。

依照本发明提供的抽真空系统对多层绝热容器夹层进行抽真空的方法步骤如下：

第一步：容器预加热。

依照附图1所示将抽真空系统连接可靠，关闭插板阀15和截止阀13，打开截止阀12，14，开启抽真空机组16中的预抽泵将内罐1抽真空至<30Pa后关闭截止阀14，打开截止阀13，利用供气装置往内罐1充高纯氮气至1个大气压（表压为0）后关闭供气装置和截止阀12，13，开启气体循环加热机组6对内罐加热。同时开启加热窑4对外罐2进行加热。供气装置通过将液氮存储容器8排出的液氮经汽化器10汽化，并经气体加热器11加热后提供干燥的高纯氮气。利用高纯氮气作为内罐循环加热用气体，可防止将水分、油性物质等杂质带入内罐，保证介质的纯净性和容器的使用安全性。利用在进风管7、出风管5管口设置的温度传感器及内罐加热装置控制系统将内罐和紧贴内罐的绝热材料加热至工艺要求的温度并保持48小时。利用加热窑4内设置的加热板、温度传感器及加热窑控制系统，将外罐加热至工艺要求的温度并保持48小时。

第二步：容器夹层加热置换。

继续对内、外罐加热并保持在工艺要求的温度。打开插板阀15，开启抽真空机组16中的预抽泵将夹层3抽真空至<30Pa后关闭抽真空机组16，打开截止阀13，14，利用供气装置往夹层3充高纯氮气至1个大气压（表压为0）后关闭供气装置和截止阀13，14，进行夹层高纯氮气热置换。往夹层充高纯氮气时，应通过调节阀9来控制进入夹层的气体流量，防止气体流量过大将夹层内绝热材料冲散，影响容器最终真空度。高纯氮气在夹层内加热保温几小时后，按照前述方法和步骤再次对夹层进行抽真空、充氮气、加热保温等操作，如此循环若干次。将容器罐壁、绝热材料及置换用高纯氮气加热保温在较高温度，一方面可以使夹层内的水分迅速汽化与氮气充分混合，另一方面绝热材料及容器罐壁吸附的气体在获得高动能后也能脱离吸附与氮气充分混合，从而使夹层内的水分和不凝性气体充分被置换出来，有利于夹层真空的形成和维持，同时使抽真空时间大大缩短。

第三步：容器加热间断排气。

高纯氮气热置换结束后，打开截止阀14，先开启抽真空机组16中的预抽泵将夹层抽真空至1Pa时，再开启抽真空机组16中的高真空油扩散泵，对夹层实施间断抽空排气。具体做法为：继续对容器加热保温，利用高真空泵对夹层持续抽真空若干小时后再停抽若干小时，如此循环行进。在每次停抽间断期间要对夹层做静态漏放气速率测试，如测得静态漏放气速率和动态真空度达到预定值时，即可准备对多层绝热容器进行真空封结。

第四步：容器夹层真空封结。

静态漏放气速率和动态真空度达到预定值时，先关闭插板阀15，再关停抽真空机组16，最后关停气体循环加热机组7和加热窑4，使多层绝热容器自然降温。容器降至常温后其真空度和漏放气速率指标优于加热状态下，从而延长夹层真空寿命。

Claims (10)

1.一种大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述大容积低温绝热容器用抽真空系统包括供气装置、抽真空装置以及加热装置；所述加热装置包括外罐加热装置以及内罐加热装置；待抽真空绝热容器包括外罐、内罐以及由外罐和内罐形成的夹层；所述外罐加热装置设置在待抽真空绝热容器外罐的外部；所述内罐加热装置设置在待抽真空绝热容器内罐的内部；所述供气装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通；所述抽真空装置通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

2.根据权利要求1所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述内罐加热装置包括出风管、气体循环加热机组、进风管、内罐加热装置控制系统以及分别设置在出风管口以及进风管口的温度传感器；所述出风管的一端从罐体的伸入口伸入内罐并停留在伸入口处，另一端通过气体循环加热机组接入进风管的一端，所述进风管的另一端从罐体的伸入口伸入内罐并停留在远离伸入口处；所述内罐加热装置控制系统与气体循环加热机组相连接；所述供气装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通；所述抽真空装置通过进风管与待抽真空绝热容器内罐相贯通。

3.根据权利要求2所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述供气装置包括液氮存储容器、调节阀、汽化器以及气体加热器；所述液氮存储容器依次通过调节阀以及汽化器接入气体加热器；所述气体加热器通过管道分别与进风管以及待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述抽真空装置包括抽真空机组以及真空测量仪表；所述真空测量仪表与抽真空机组相连；所述抽真空机组通过管道分别与待抽真空绝热容器内罐以及夹层相贯通。

5.根据权利要求4所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述供气装置与抽真空装置之间、供气装置与加热装置之间、抽真空装置以及加热装置之间均设置有截止阀。

6.根据权利要求5所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统，其特征在于：所述外罐加热装置是加热窑或加热毯；所述外罐加热装置是加热窑时，所述加热窑包括加热板、温度传感器以及加热窑控制系统；所述加热板以及温度传感器分别与加热窑控制系统相连。

7.一种基于权利要求1-6任一权利要求所述的大容积低温绝热容器用抽真空系统的抽真空方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）对待抽真空绝热容器的内罐以及外罐进行预加热；

2）对待抽真空绝热容器的夹层进行加热置换；

3）对待抽真空绝热容器的夹层实施间断抽空排气；

4）对待抽真空绝热容器的夹层实施真空封结。

8.根据权利要求7所述的大容积低温绝热容器用抽真空方法，其特征在于：所述步骤1）的具体实现方式是：

1.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的内罐抽真空；

1.2）利用供气装置往待抽真空绝热容器的内罐中充入高纯氮气，并采用内罐加热装置对待抽真空绝热容器的内罐进行加热并保持在工艺要求的温度；

1.3）开启外罐加热装置对待抽真空绝热容器的外罐进行加热并保持在工艺要求的温度。

9.根据权利要求8所述的大容积低温绝热容器用抽真空方法，其特征在于：所述步骤2）的具体实现方式是：

2.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空；

2.2）利用供气装置往将待抽真空绝热容器的夹层中充入高纯氮气进行夹层高纯氮气热置换。

10.根据权利要求9所述的大容积低温绝热容器用抽真空方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实现方式是：

3.1）开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空并持续一段时间；

3.2）暂停一段时间后，重新开启抽真空装置将待抽真空绝热容器的夹层抽真空并持续一段时间；

3.3）在暂停抽真空的间断期间内对待抽真空绝热容器的夹层进行静态漏放气速率测试，若测得静态漏放气速率和动态真空度达到预定值时，则进行步骤4）；若测得静态漏放气速率和动态真空度未达到预定值时，则重复执行步骤3.1）～步骤3.3）。

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