低溫液氮貯罐的制造與檢驗

李慧

（南京化工技師學院，江蘇 南京 210048）

1 貯罐制造

1.1 結構簡介

本貯罐由罐體和裙座兩部分組成。

罐體總成包括內容器、夾套體、填料和外部管道系統三部分。

1.1.1 罐體

罐體由內容器、外容器、內部管道和耳座等部件組成。內容器是盛裝物料（低溫液氮）的受壓部件，起內徑為30000mm，長13850mm，全容積105.3m3,筒體的設計厚度（計算厚度加腐蝕裕度）6.8mm，封頭的設計厚度6.8mm，筒體的名義厚度10mm，封頭名義厚度10mm。該容器選用0Cr18Ni9 鋼板，參照GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板》[2]標準。

外容器的內徑3600mm，殼體材料為16MnR，名義厚度為16mm。外筒體上設置了6 個加強圈，以增強殼體的強度，減少罐體結構的重量。

內外容器之間的夾層充填絕緣材料（進口珠光砂），為防止珠光砂下沉，在夾層中設玻璃纖維棉。為提高絕緣的效果，夾層必須抽真空，出廠時夾層的靜態真空度優于3Pa。

內容器依靠軸向支撐在外容器的耳座上。內部管道含兩個試滿管、頂部充液管、氣體排放管、液面計氣相管、增壓器供液管和底部充液管。管道的材料為0Cr18Ni9 無縫鋼管。

罐體底部有裙座，用20 個M30 地腳螺釘與混凝土基礎連接。

1.1.2 管道系統和閥門

管道系統包括試滿管、頂部充液管、底部充液管、氣體排放管、液面計氣相管、液面計液相管、泵吸入管、泵回流管、抽真空管、安全泄壓管。

1.1.3 安全附件

本貯罐設計的安全附件包括：內容器的安全泄壓裝置：在內容器的氣體出口管路上并列設置兩個安全閥和手動排放閥。安全閥的開啟壓力0.38 MPa，DN50。

1.2 制造

1.2.1 筒體與封頭

筒體和封頭制造的主要控制項目有：

1.2.1.1 坡口幾何形狀和表面質量；

1.2.1.2 筒體縱、環焊縫對口錯邊量和焊縫余高以及筒體縱焊縫棱角度；

1.2.1.3 封頭主要尺寸偏差；

1.2.1.4 封頭拼接焊縫之間、筒節的縱焊縫之間以及封頭拼接焊縫的端點與相鄰筒節的縱焊縫之間，其焊縫邊緣間距應大于筒體厚度的3 倍，且不小于100mm；

1.2.2 罐體焊縫表面質量的要求

1.2.2.1 形狀、尺寸以及外觀應符合技術標準和設計圖樣的規定；

1.2.2.2 不得有裂紋、氣孔、弧坑、夾渣等缺陷，焊縫上的熔渣和兩側的飛濺物必須清除干凈；

1.2.2.3 焊縫與母材應圓滑過渡；

1.2.2.4 罐體上焊縫不得有咬邊；

1.2.2.5 角焊縫的形狀和尺寸，應符合技術標準和設計圖樣要求，外形應平緩過渡。

1.2.3 氣壓試驗之前，必須做好以下工作

相較于傳統規劃，測繪地理大數據下的城鄉規劃具有GIS特性，集成的數據明顯增強，可視化、直觀性較好，在眾多規劃方案中設定有多個評價因子，同時支持開展綜合復雜的評價因數，尤其在大區域規劃方案調整優化中，效率大大提高，為城鄉規劃工作提供了全新的思路。

1.2.3.1 試驗場地應劃定安全保護區，要有明顯的安全標志和可靠的防護措施；

1.2.3.2 試驗用的壓力裝置應放在安全可靠、便于操作控制的地點。試驗用壓力表的量程、精度與刻度，必須與試驗要求匹配，并便于觀察和記錄；

1.2.3.3 受試罐體上不必要的可拆部件一般應拆除；保留的可拆部件的各緊固螺栓等連接件必須裝配齊全，緊固牢靠；

1.2.3.4 氣壓試驗用壓力源的額定出口壓力及流量，應與所試驗的罐體的壓力、容積等參數相適應；若壓力源的出口壓力大于罐體設計壓力的兩倍以上時，在試驗裝置中必須增設緩沖罐。在緩沖罐上應裝設安全閥和壓力表，并在出口管路上裝設調節閥。壓力源輸送管道，應采用無縫鋼管；

1.2.3.5 試驗裝置、試驗場地及防護措施應符合有關要求；試驗環境溫度不低于5℃（或按專門的規定）。試驗前的組裝（含安全附件）工作已經完成并經檢查合格。

1.3 制造工藝要求

1.3.1 抽真空工藝流程

檢漏合格后→接水環真空機組→粗抽真空

接機械增壓真空泵→換氮氣裝置→繼續抽真空→真空保持實驗（若不合格繼續抽真空）→封結。

1.3.2 工藝要求

1.3.2.1 夾套封口

夾層珠光砂充填符合封口要求后，安全泄放裝置法蘭密封（槽）面、蓋板密封面清除殘砂，用丙酮檫洗后在法蘭密封槽內涂真空脂，安裝O 型圈，蓋上蓋板，用卡子卡死。

1.3.2.2 粗抽真空

用真空泵對夾層粗抽真空，粗抽真空時，每兩小時記錄一次真空讀數。當夾層真空度≤10Pa（一體式）、30Pa（分離式）時，停泵觀察，記下停泵時的真空讀數，以后隔兩小時記錄一次夾套真空讀數。停泵24 小時后，將真空記錄送至車間技術人員，對真空記錄進行分析、計算夾套泄放氣速率，經車間技術人員同意后，方可繼續抽真空。

當20m3以下（含20m3）貯罐粗抽真空48 小時、25m3以上（含25m3）貯罐粗抽真空72 小時后，夾套真空度未≤10Pa 時，需將真空記錄送至車間技術人員，對真空記錄進行分析，經車間技術人員同意后，方可繼續抽真空。

1.3.2.3 不合格情況處置

當夾層漏放氣速率達不到標準要求或產品抽真空出現異常時，需對貯罐夾套安全泄壓裝置、真空截止閥等處進行氦質譜檢漏、分析原因并處置后，方可對夾套繼續進行抽真空度，必要時可用熱氦氣置換。

1.3.2.4 熱氦氣置換

用熱氦氣置換夾層內的不凝性氣體是縮短抽真空時間的有效方法。具體方法如下：外容器內充入95℃的熱氦氣，壓力達到0.1MPa→抽真空至13Pa (0.1Torr) →第二次充入熱氦氣至0.1MPa→抽真空至5Pa (0.04Torr) →第三次充入熱氦氣至0.1MPa→抽真空至封結要求的真空度。

1.3.2.5 精抽真空

用真空泵對夾層精抽真空，精抽真空時每兩小時記錄一次真空讀數，當夾層動態真空度＜GB18422-2001 標準規定的封結后真空度時，先關閉真空隔離閥，然后關閉真空泵，同時記下停泵時的真空讀數，以后每兩小時記錄一次夾套真空讀數，若真空讀數超過要求真空度時，需繼續抽真空。停泵后48 小時后，若真空讀數低于GB18422-2001 標準規定的封結后真空度，且夾層漏放氣速率，符合要求，應將抽真空原始記錄復印一份，原件交車間技術保存，并將抽真空彎頭拆下，蓋上法蘭蓋。

1.3.2.6 真空封結

質檢部對抽真空原始記錄進行檢查、計算夾套漏放氣速率，作出真空度隨時間變化的曲線，并對貯罐真空度進行測量，合格后在真空截止閥上加鉛封封結。

1.3.3 內容器制造流程，見圖2。

圖2

內外筒總裝，見圖3。

圖3

2 檢驗

2.1 試驗方法及裝置

2.1.1 測試方法低溫容器真空夾層漏率采用動態氦質譜檢漏法。2.1.2 測試裝置

容器和真空夾層漏率的試驗裝置由氦質譜檢漏儀、真空泵、真空計、抽氣閥、抽氣管道及標準漏孔等組成。

2.2 容器檢漏

2.2.1 整體檢漏

根據被檢容器的尺寸、形狀用塑料布制成相應的氦氣罩，將容器整體罩起來，密封袋口，罩內充氦氣，把容器和試驗裝置連起來。

2.2.2 氦罩法局部檢漏

將每個接管座、每條焊縫分別用塑料薄膜封膠紙罩起來，用氦槍往罩內注入氦氣，使罩子鼓起來，逐點進行檢漏。

2.2.3 正壓檢漏

對于大型容器，為節約抽真空的時間，可采用正壓法檢漏，即容器氣壓試驗合格后，向容器內充入氦氣，使用氦吸槍容器外壁探測，為提高檢測的可靠性，用塑料薄膜和封膠帶將待檢測的接頭焊縫罩起來，吸槍頭插入罩內進行檢測。

2.3 漏氣速率的計算

根據氦質譜儀的示值，按《低溫絕熱壓力容器試驗方法漏氣速率測定》[3]的計算公式，計算漏氣速率。