鋼瓶的管理及處理工藝改進研究

柏宏斌，孔 暉，張曉楠

(中昊光明化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116031)

1 前 言

某廠從國外進口的氪氙生產裝置能夠制造高濃度的氪氣以及氙氣，然而，把這種兩種氣體裝進國產鋼瓶保存一定時間后，氫組分顯著提高，造成產品不達標。對于此現象，對鋼瓶進行全面分析，且實施科學合理的措施加以處理，針對氫氣含量變多的問題，探析相關的處理方式與途徑。

2 鋼瓶的相關原則

2.1 安全儲存原則

1.將鋼瓶放置在專門倉庫儲存，遵循相關法規，并設有專業人員對鋼瓶庫房以及存放場所進行管理，配備相關的防護用品，同時設置“危險”標志[1]。2.在倉庫里面不可以存在地溝或者暗道，保持通風良好，確保較為干燥環境，防止被太陽直射；儲存間應該配有通風以及降溫設備，不允許管線穿過。需要確保瓶體干燥，在炎熱季節，避免曝曬。3.盛裝可能發生反應氣體的氣瓶，需要結合氣體的特性，充分把控溫度以及儲存時間，同時應盡可能避開放射線源。4.空瓶以及實瓶需要分開放置，同時設置明顯的標志。5.氣瓶放置需要做到整齊，盡可能直立放置，同時應該具備避免傾倒的措施。使用固定板以及固定架可以有效處理存放以及固定問題，防止出現雜亂的現象，滿足相關的規定，促使氣瓶存放環境更為安全[2]。就全塑結構的固定板以及固定架而言，它質量較輕，不會出現生銹以及掉屑現象，在潔凈要求嚴格的場合，有著較好的適用性。

2.2 安全運輸原則

1.運輸工具需要安全與穩定。就塑型推車而言，運輸中有著諸多優勢，可以避免出現腐蝕、不會形成噪音、無需進行維護、易于進行操作、平衡性理想、重量較輕、可使用的時間較長且對路面要求很低。2.需要戴好瓶帽，不得出現拋、滾等行為。3.在進行吊裝時，不得使用金屬鏈繩。4.鋼瓶內氣體彼此接觸，會導致爆炸或者燃燒；形成毒氣的氣瓶，不可以與其他氣瓶使用同一車輛運輸；存在腐蝕性、易燃性等的物品，不可以同氣瓶使用同一車輛輸送。5.當進行運輸時，需要將氣瓶固定到位，車廂需要超過氣瓶高度的2/3，垛高需要低于5層，同時需要低于車廂高度。6.在炎熱季節進行運輸時，需要配備遮陽設施，防止氣瓶被曝曬；氣瓶運送目的地處于繁華地帶時需要避免白天運送。

2.3 使用原則

第一，高壓氣瓶應當進行分類管理，若是直立放置的話，需確保其穩定性；同時氣瓶應同熱源分開放置，防止暴曬及巨大振動現象的產生；通常情況下，實驗室中的氣瓶數量應低于兩瓶。想要有效防止不同鋼瓶應用過程中混淆情況的出現，一方面，借助鋼瓶肩部鋼印信息，即：制造日期、氣體容量以及氣瓶型號等[3]。另一方面，應在鋼瓶上涂抹各種各樣的顏色，并對氣體名稱進行標注。

第二，高壓氣瓶減壓器應選取相應的類型，在安裝的過程中，應保證螺口足夠緊，避免產生泄漏問題；在對減壓器及開關閥進行啟動及關閉的過程中，動作不得過快；在進行應用時，需先運行開關閥，再將減壓器啟動；在使用結束之后，立刻關掉開關閥，把多余的氣體排放之后，再關掉減壓器。

第三，高壓氣瓶應用過程中操作人員需要站在同接口處呈90°的地方。在這一過程中，避免對瓶體進行敲打，同時對漏氣情況進行檢查，對壓力表讀數多加重視。

第四，氧氣瓶及氫氣瓶的操作需運用專門的工具，同時操作過程應遠離油類。要求相關操作者禁止穿戴存在油脂的服裝，極易出現靜電現象的手套，也應禁止使用，從而有效防止燃燒及爆炸現象出現。

第五，氣瓶同明火之間的距離需要超過10 m，若是無法滿足這一條件，應采取相關的隔離措施。

第六，用完的氣瓶需結合相關規定，在其中留出大于0.005 MPa的壓力。建議留下0.2～0.3 MPa的可燃性氣體，留下2 MPa的氫氣，從而有效避免再次充氣的過程中出現事故。

第七，不管什么類型的氣瓶，都應定期開展技術檢查，對于常規氣體氣瓶而言，建議每3 a開展一次檢驗工作，若是在應用時存在較大的腐蝕現象及損傷問題，需提前落實檢驗工作。

3 吸附以及脫附的介紹

3.1 吸附基本概念與操作

1.基本概念。在流體和固體接觸時，在表面位置部分流體組分形成積蓄，這一現象也就是所謂的吸附。另外，也指物體表面吸住附近介質的現象。它本質上為傳質過程，分子之間存在引力，實際上，分子未盡可能體現作用力，因此能夠吸附別的氣體，尤其表面積很廣時，可以形成更大的作用力，故而在工業領域常常會借助大面積物質完成吸附過程。表面所積蓄的組分，即是吸附質。從廣義層面上來看，也就是吸著現象。按照結合力的性質，吸附分為物理以及化學吸附。前者因為分子間引力所導致，極有可能脫附，結合力不是很強。后者因為化學鍵所導致，類似于化學反應，通常情況下，存在著不可逆性，有著相對大的吸附熱。化工生產過程中，吸附常常用來處理流體，把組分吸附于表面，讓組分能夠實現分離，實際上為單元操作，通常和物理吸附有關。在諸多領域吸附分離得到了大力推廣，比如化工以及食品領域。

2.吸附操作。借助固體選取流體組分，以達到分離目的的方式就是吸附操作，其為非常關鍵的單元操作。事實上，吸附在很久之前已被使用，如通過對木炭的使用，進而達到除臭的目的。基于新型吸附劑的出現，再加上吸附分離技術的進步，使得吸附分離過程越來越節能，其產品純度也逐漸提升，操作溫度也相對較低，該操作在多個領域都有普遍的運用，如醫藥及環保領域等。吸附操作具體運用有：第一，脫水與進一步干燥，如脫去乙烯中所含的水分，然后進行聚合。第二，脫臭與回收蒸汽等，以噴漆工業來分析，往往會產生很多有機溶劑，可借助活性炭合理解決所釋放的氣體，不但可以全面降低對環境的污染，還能夠回收相應的溶劑[4]。第三，吸附分離，如對高純度氮氣的采集。第四，對精餾無法分離的物質開展分離處理，如烯烴分離。第五，對廢氣及廢水進行處理，如對高爐廢氣中含有的二氧化碳等進行回收處理，對煉廠廢水中有害物質進行處理。

3.2 脫附定義及方法

1.定義。脫附實際上是同吸附相反的過程。一般是促使被吸附的部分飽和，通過吸附劑進行析出，進而達到吸附劑再生。也就是說，基于相應條件，吸附在表面的物質會與其分離，從而再次進入體相中，這一過程也叫做解吸。通常來講，不能開展吸附的條件，一般都能開展脫附，比如減壓等。物理吸附屬于可逆的，當進行脫附之后，其性質是不會出現變化的。化學吸附屬于不可逆的，在進行脫附時，一般要借助活化能，促使脫附分子性質出現一定的變化。吸附劑吸附程度對再次吸附有著較大的影響，還同脫附方式存在密切的關聯。在工業領域，一般都會通過升溫及降壓等方式進行脫附。每一種方法都各有利弊，可立足于經濟及技術上進行分析。具體運用時，可將吸附同脫附進行結合，從而達到分離及提純等目的。

2.常見的方法。第一，升溫脫附。在溫度上升的情況下，吸附劑吸附量減少，在合理增加溫度的基礎上，能夠達到對組分脫附的目的，此方式也被叫做變溫脫附，溫度為周期性改變的。通過對該種脫附方式的優化，微波脫附誕生，它被應用于多個方面，比如氣體干燥。具體工作中，該方式被應用的概率較大[5]。第二，減壓脫附。伴隨壓力的上升，吸附量隨之變大，當壓力相對高時，進行抽真空處理或者減壓，能夠讓吸附劑再生，此方式也被稱作變壓吸附，在氣體脫附方面，得到了大力的推廣。

4 問題的提出

今年四月制造的1瓶氪氣在五月售給某廠，用戶反饋借助這一鋼瓶氣體制造的燈泡質量不佳，為此對此鋼瓶進行全面分析，得知其中的氫組分被極大提高，之前是2.3×10-6，后來提高到17.9×10-6，別的組分沒有出現改變。氣體質量不達標，導致通過這一氣體所制造的燈泡質量不佳。為此，深入探究瓶內氫氣含量變多的原因，經研究后明確了主要原因可能為：分析儀器準確性不高；設備與管道上有著不足；鋼瓶自身質量問題。

根據有關標準對儀器設備進行進一步標定化驗，明確儀器沒有問題。在此之后，針對管道測量點，開展深入的跟蹤研究，得知氫氣含量都在2.3×10-6上下，據此確認設備與管道沒有問題。因此問題源于鋼瓶本身，故對鋼瓶開展分析，分析結果同管道分析結果進行對比，得知每一項指標都差不多。另外，對存放一定時間的鋼瓶開展再次檢測，發現其中的氫組分出現了改變，隨后對其進行分類，發現無論是進口還是國產的鋁合金氣瓶，它們的氫組分幾乎沒有改變，而國產鋼瓶的氫氣含量顯著提高，大概擴大至十倍。結合檢測分析可知，鋼瓶處理存在一定的不足之處，對此，對鋼瓶實行改造處理，對之前的常溫抽空方式進行調整，轉變成加熱抽空。

5 鋼瓶對比、檢查與處理

1.氣瓶使用調查。當時同生產廠家溝通，其反映沒有出現氫氣含量變高的情況。比如某城市利用所制造的鋼瓶，來充裝上文所述的兩種氣體，瓶內使用的是鍍鋅以及鎳，鍍層有著較好的光滑性，沒有進行過清洗，僅通過常規的真空處理。2.鋼瓶調查。我廠使用的鋼瓶，是經過電鍍處理的，滿足內定規范，但因是第一次實行電鍍處理，所以就經驗與工藝來看，同部分老廠家之間還存在著一定的差距。且電鍍操作上的不足，在后續的解體檢查過程中也得到了證明。3.解體檢查與擬處理。今年六月份對鋼瓶開展了解體檢查，發現氣瓶內表面不光滑，電鍍層缺乏均勻性，局部沒有成功電鍍，同時存在鐵銹。在表面還找到了處理液痕跡，正是因為這些因素的存在導致了氫氣含量變多。由于基于一定條件，像存在少許的水、酸堿時，可以產生原電池，進而會形成氫氣[6]。另外，因為其鍍層不夠良好，局部沒有成功電鍍，進而在氣瓶內表面產生孔隙，釋放的氫氣被吸附。所以，在充進氣體之后，因為分子運動致使部分被吸附的氫氣脫附，致使氫氣含量變多。

通過上述原因分析，后續對鋼瓶進行加熱處理，抽高真空，對被吸附的氫氣進行了有效處理，讓其先脫附。采取此方式，可以處理向瓶中充入氣體之后氫氣含量變多的問題，且為此設置了一套處理設備。

6 鋼瓶處理裝置的改進與改進結果

1.原瓶處理裝置。原瓶處理設備即便配有加熱器，可以通過容器添加開水，進一步來加熱鋼瓶，但因為真空泵能力存在極值，且難以對其真空度進行檢測，所以還未從源頭上有效處理氫氣含量增多的問題。

2.改造的鋼瓶處理裝置。與原瓶裝置相比，改進后的鋼瓶處理裝置用真空機組取代真空泵，通電加熱器取代蒸汽加熱器，并借助有關的檢測系統對抽空情況進行定性以及定量檢測。通過電加熱器可以智能設置瓶內溫度介于0～250℃，進而確保整體加熱效果。選取真空壓力閥，通過對不銹鋼的使用，來完成對管道的焊接處理，將其同鋼瓶進行相連，選擇級別較高的紋管，將其當作連接件。在處于工作狀態時，讓真空度達到3×10-3Pa。

新裝置投用之后，對氪氣開展跟蹤研究，在充入氣體之后，通過三次測定沒有出現氫氣含量變大的情況。由此可知，新裝置解決了以上所述兩種氣體充入瓶后，氫氣組分變多導致產品不達標的難題，并且也有效處理了水分與其他雜質給成品質量帶來的影響。圖1所示為新裝置流程圖。

1.真空機組；2.壓力表；3.檢測管；4.玻璃管；5.鋼瓶；6.電加熱器

7 結 論

綜上所述，氣瓶內氫氣含量變多的因素包括電鍍質量、鍍層均勻度、殘留物留存情況以及鋼瓶處理時有沒有進行加熱、抽空能力的強弱等。由此可知，當充裝純度較高的氣體時，應該優先考慮進口的、鋁合金瓶以及國內部分廠家通過噴砂處理的鋼瓶。結合新裝置使用狀況可知，通過真空機組、電加熱器、品質有保障的閥門以及連接管的選用來開展加熱抽空工作，能夠有效減少部分國產鋼瓶質量不理想的情況。通常借助火花檢測儀來開展真空度檢測，沒有實行定量檢測，所以不易觀察抽真空效果，不能確保瓶處理質量。對此，就有關的廠家來講，應優先考慮真空度檢測裝置，以便能夠達到定量檢測要求，獲取良好的瓶處理效果，防止由于處理效果不好對充氣質量造成影響。