45Mpa液氮汽化裝置調試

韓建華

（航天六院一六五所機電環境院，陜西 西安710100）

0 引言

21世紀以來，隨著我國航天事業的飛速發展，傳統低壓供配氣系統已不能滿足其領域流體輸送系統日漸增長的用氣要求，高壓供配氣系統取代低壓供配氣系統已成為必然趨勢。45Mpa液氮汽化裝置相比低壓運輸可有效提高氮氣運輸效率，降低勞動強度，降低成本，提高生產效率，在0XX工程中配合高壓氣瓶車得到了廣泛使用。

1 系統簡介

擬調試裝置中的設備和管道主要包括：低溫液體貯罐[1](主要參數：20m3、0.8MPa)、低溫液體泵(產品型號DBP800/450，主要參數：800L/h、45MPa)、空溫式汽化器(產品型號QQN-1200/450，主要參數：1200Nm3/h、45MPa)、45MPa充氣配氣板及其它閥門、儀表、管線等。

系統流程簡介：試驗介質液氮經Ф57×3.5低溫管道充入液氮貯罐存儲，貯罐上安裝液位計、壓力表和壓力傳感器，可實現液位和壓力監測。調試時打開貯罐出液口閥門，將液氮輸送至兩臺液氮泵，將壓力增至45MPa。根據泵的使用需要設低壓回氣管路將氣化的液氮回收到貯罐；泵后設高壓回液管路回收調試管路中的液氮；安全閥可在管路超壓時起跳，防止管路超壓；單向閥防止液氮逆流；壓力表和壓力傳感器實現系統壓力的實時監測。45MPa液氮經汽化器汽化成常溫氮氣，再輸送至45MPa充氣配氣板給其他配氣板和氣瓶車供氣。汽化器后設安全閥可在管路超壓時起跳，防止管路超壓；溫度傳感器對氮氣溫度進行實時監測[2-3]。

2 調試過程

2.1 系統吹掃

按照GB50235《工業金屬管道施工及驗收規范》規定吹掃流速不宜小于20m/s，吹掃結果通過在排氣口設置的貼白綢布或涂白漆的木制靶板檢驗，5min內靶板上無鐵銹塵土水分及其他雜物應為合格；或者在放氣口連接5μm過濾器，持續收集3min，連續兩次過濾器迎風面可見顆粒物均不超過3個為合格[4-6]。

2.2 系統露點檢測

對吹掃完成設備出口氮氣檢測的露點和氮氣純度等指標，應符合GJB3403《氮氣和液氮規范》要求，露點要求≤-53.3℃合格[6]。

2.3 系統氣密性檢查

2.3.1 低壓管路氣密性檢查

打開貯罐加注管路、液氮泵進液管路閥門，由加注管路備用接口充入0.8Mpa氮氣，對低壓管道進行氣密檢查。在各管段管路連接處涂刷檢漏液，保壓10min，觀察是否有漏氣現象。若有漏氣則進行管路泄壓，用扳手對該處緊固件進行緊固。對漏點排除完成后，重復充氣保壓檢漏過程，直至不再有漏點存在。

2.3.2 高壓管路氣密性檢查

低壓管道氣檢完成后，對貯罐加注液氮，進行高壓管道氣密檢查。關閉20m3/0.8MPa液氮貯罐底部進液閥門，打開貯罐泵進液閥門、回液管路閥門，檢查液氮泵出口壓力設定為5MPa。全開液氮泵回氣管路上的氣體回流閥（DN20）和泵后壓力表閥，對泵進行預冷。當泵冷卻完畢（冷卻時間約15～20分鐘），泵即可開機，此時氣體回流閥、泵前進液閥保持全開狀態。觀察各管路工作狀態，應無明顯震動，無肉眼可見變形和泄漏，說明液氮泵進液、回氣管路氣密試驗合格。打開液氮泵回液閥（DN20），啟動液氮泵，觀察泵的工作情況，觀察泵后壓力表數值。此時經液氮泵增壓的液氮通過回液管路流回貯罐，壓力表數值增加不明顯，表明液氮泵工作情況正常。關閉泵后回液閥，壓力表數值逐漸上升。液氮通過泵后出液管路閥門（DN20），充入汽化器，汽化器開始工作。產生5Mpa氮氣后關閉泵出口閥門，打開液氮泵回液管路，使液氮泵不再為管路增壓，關閉45Mpa充氣配氣板閥門，利用液氮泵產生的氮氣對高壓氣路管道進行氣密性檢查，在管路接口處涂刷檢漏液，保壓10min，觀察是否有漏氣現象。若有漏氣則使用皂泡法對漏點進行查找，然后對管路泄壓，用扳手對該處緊固件進行緊固。對漏點排除完成后，重復充氣保壓檢漏過程，直至不再有漏點存在。即完成系統5Mpa氣密檢查。

重復以上過程，逐步提升泵后壓力，分別為10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa、30Mpa、35Mpa、40Mpa、45Mpa（注：在做45Mpa系統氣密時，需適當開啟排液閥，防止管路剩余液氮汽化后使管道壓力增高）各壓力下均無漏點后，系統氣密調試完畢。

2.4 系統調試

打開20m3/0.8MPa液氮貯罐排液閥（DN15），緩慢打開液氮進液閥門給管路送液，此時放氣閥排出汽化的液氮。觀察放氣閥，待排氣口可見液氮流出時，再繼續排液10min，對管道預冷。管道預冷結束后，關閉貯罐進液管路放氣閥（DN15），緩慢打開液氮貯罐底部進液閥給貯罐充液。觀察貯罐液位計和壓力表讀數，充液到預定容量后緩慢關閉貯罐底部進液閥。貯罐充液結束后，打開貯罐進液管路放氣閥（DN15）、管路放氣閥將管道內剩余的液氮排放掉。排放結束后關閉進液管路各閥門。

兩臺液氮泵先進行單臺調試，合格后可同時調試。

2.4.1 液氮泵進液、回氣管路調試

打開20m3/0.8MPa液氮貯罐下方出液管路閥門和回液管路閥門，檢查液氮泵出口壓力設定為45MPa。全開液氮泵回氣管路上的氣體回流閥（DN20）和泵后壓力表閥，再全開泵前進液閥，對泵進行預冷。當泵冷卻完畢（冷卻時間約15～20分鐘），泵即可開機，這時氣體回流閥，泵前進液閥閥門仍處于全開狀態。觀察各管路工作狀態，應無明顯震動，無肉眼可見變形和泄漏，判定液氮泵進液、回氣管路氣密試驗合格。

2.4.2 液氮泵回液管路調試

打開液氮泵回液閥（DN20），啟動液氮泵，觀察泵的工作情況，觀察泵后壓力表數值。此時液氮泵增壓的液氮通過回液管路流回貯罐，壓力表數值增加不明顯。液氮泵持續工作10min，觀察回液管路工作狀態，應無明顯震動，無肉眼可見變形和泄漏，判定液氮泵回液管路調試合格。

2.4.3 液氮泵工作狀態調試

初步預冷后，啟動電機，低溫泵投入工作，正常情況下，泵啟動后出現以下現象說明泵運轉正常：a.泵的排出管路開始結霜。b.可聽到輕微的震動聲，證明泵的進、排出閥正在工作。c.排出管路上的壓力表將顯示逐漸增加的壓力。

2.4.4 液氮泵后和汽化器管路調試

打開泵后出液管路至目標氣瓶之間全部閥門，關閉泵后回液閥，壓力表數值逐漸上升，泵后壓力表數值穩定在45MPa后，45MPa液氮充入汽化器，汽化器開始工作。

汽化器工作穩定后，觀察泵出口至汽化器后閥門之間的各管路工作狀態，應無明顯震動，無肉眼可見變形。液氮管路應無肉眼可見泄漏。常溫氮氣管路用肥皂水涂抹各連接處，不應漏氣。泵后和汽化器管路調試合格。

2.4.5 氣瓶車充氣試驗

汽化器后氮氣經過DN25閥門給45MPa充氣配氣板送氣。觀察溫度傳感器顯示溫度，要求不低于環境溫度10℃。高壓氮氣經過45Mpa充氣配氣臺氣源進氣閥給配氣臺集氣管充氣，確保配氣板上氣源壓力表閥保持打開狀態。觀察壓力表數值穩定在45MPa，則說明45MPa氮氣通過氣瓶車充氣送氣閥，能給氣瓶車送氣。最后氮氣通過軟管進入氣瓶車，確保氣瓶車充氣閥門處于打開狀態，對氣瓶車充氣，待氣瓶車壓力表顯示充滿后，關閉配氣板、氣瓶車充氣閥門，打開放氣閥門，注：管道泄壓后方可拆除連接軟管。

打開配氣臺集氣管放氣閥，對集氣管和氣瓶車管路放氣。

調試結束后，應首先關閉容器下方出液管路閥門、回液管路閥門和兩臺泵的回氣閥，然后再切斷泵的電機電源，打開回氣管路放空閥（DN8），放掉殘液。關閉汽化器前的閥門（DN20），打開泵后排氣閥（DN8），對泵出液管路放氣。打開泵后回液管路閥門，對泵回液管路放氣。打開汽化器前排氣閥（DN10），對汽化器至45MPa充氣配氣板管路放氣。

2.5 調試中存在問題及解決方法

調試過程中主要存在兩個問題：

（1）液氮泵出口單向閥在氣檢過程中存在低壓漏氣現象，經與廠家溝通后，了解到該型號高壓單向閥，在低于4.5Mpa時產生內漏屬于正常情況；

（2）一臺液氮泵在調試過程中發現氣蝕較嚴重，排查管道保溫，液體進口溫度等因素后，發現泵自帶單向閥密封性不強，在泵頭運作過程中會產生氣蝕，經廠家更換后解決。

通過以上兩個問題可以看出，單向閥在系統中的作用非常重要，同時也是系統易于產生問題的地方，在以后的系統調試中需多加注意。

3 總結

0XX工程氮氣供配氣系統45Mpa液氮汽化裝置調試過程中涉及低溫容器、低溫閥門、低溫液體泵、配氣臺、氣瓶車等低溫高壓設備，調試難度大，風險高。本文主要針對該系統進行的調試過程進行總結，為以后相似系統的調試提供參考。

［1］GB 18442-2001低溫絕熱壓力容器[S].

［2］GB/T 18443.1～5-2001低溫絕熱壓力容器試驗方法[S].

［3］JB 6878-1997低溫液體貯運設備使用安全規則[S].

［4］QJ 2652-94配氣臺通用規范[S].

［5］GB 50185-2010工業設備及管道絕熱工程施工質量驗收規范[S].

［6］QJ 2850-96航天產品多余物預防和控制[S].