试论焊接绝热气瓶的使用现状及发展方向

马刚

摘 要：文章详细介绍了焊接绝热气瓶的结构性能、工作原理及工作流程，总结了其使用现状并分析了其使用过程中存在的一些问题，展望了未来焊接绝热气瓶的使用及发展方向。

关键词：焊接；绝热；气瓶；低温液体

1 概述

随着社会不断发展，低温液体的使用需求也日渐增多，从最早的高端技术应用逐步向工业生产和民用生活领域内渗透。低温液体应用领域的拓展同时也带动了低温容器的发展。由于安全可靠、使用方便、装载率高、可反复充装等优点，焊接绝热气瓶日益得到了更加广泛的应用。

2 定义

焊接绝热气瓶的原型为杜瓦瓶，广义的气瓶包括不同压力、不同容积、不同结构型式和不同材料用以贮存永久气体，液化气体和溶解气体的一次性或可重复充装的可移动式压力容器。按照国家标准GB24159《焊接绝热气瓶》中规定，焊接绝热气瓶用于在正常环境温度（-40℃～60℃）下使用，贮存介质为液氧、液氮、液氩、二氧化碳和氧化亚氮低温液体，设计温度不低于-196℃，公称容积为10～450L，工作压力为0.2MPa～3.5MPa可重复充装的立式气瓶。与常规气瓶相比，焊接绝热气瓶有容量大、压力低、安全性能高、使用方便等优点，但其价格较高。（如图1所示）

3 气瓶结构

焊接绝热气瓶为双层结构，由内胆及外胆组成，内胆用于盛装介质，并承受工作压力，外胆用于保护及支撑内胆，并形成绝热空间。在内胆的外表面装有绝热介质（一般为高真空多层绝热纸），且内外胆之间的空间进行抽真空处理。内胆与外胆采用上部连接固定，下部活动支撑的结构，可有效减少其整体漏热量，且留有变形余量。瓶体外部一般配有保护圈、阀门系统及底座，阀门系统包含进/出液系统、出气系统、增压系统、汽化系统、安全泄放系统、液位显示系统，可实现气瓶的充装、用液、用气、瓶内压力显示、瓶内液位显示、安全排放、及自动增压等功能，以满足用户的各种使用需求。气瓶主体材料为奥氏体不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、无磁性、低温强度和机械特性，使用温度为-196℃～800℃，可满足低温液体储存的各种需求。（如图2所示）

4 使用性能及工作原理

焊接绝热气瓶的使用性能主要取决于其保温性能。气瓶内胆充装介质均为低温液体，其温度一般为-162℃以下。为了使低温液体可以长期储存，要求气瓶必须有良好的绝热性能，尽可能地减少低温液体的汽化。气瓶夹层采用高真空多层缠绕绝热，并且安装吸附剂，用于吸收真空夹层中的材料放气，以维持夹层真空度，避免因材料放气而导致夹层真空度降低。气瓶出厂要求真空度不低于2×10-2Pa。正常气瓶的真空度可维持两年以上，并且在气瓶使用过程中，应根据当地有关部门的要求，对气瓶进行定期检测。气瓶配备有可满足正常使用的整套阀门系统，包括正常用气、液系统，液位显示系统，自增压系统，汽化系统及气瓶安全泄放装置等。进/出液操作：通过将外部管路连接至气瓶液相截止阀进行进、出液操作。用气操作：用气时，将外部管路连接至气瓶气相截止阀出口处，并通过调节截止阀的开启量来调整出气流量。增压过程：当气瓶内部压力低于增压阀设定压力时，增压阀会自动开启，低温液体通过自增压管路吸收外界热量进行汽化，并通过管路返回瓶体内部，达到增压效果，当压力达到增压阀设定值时，增压阀自动关闭，停止自增压。液位及压力显示：气瓶内部安装有液位计传感器，用以实时显示气瓶内部液面高度，且在液位过低时提醒用户及時加液；阀门系统中配置有压力表，用以显示气瓶内部实际压力。放空操作：气瓶在维修、压力过高或其他非正常情况下需要排放气体时，可打开放空截止阀，通过放空管路排放至瓶内压力为零。超压自动泄放：气瓶设置有安全阀及爆破片，安全阀用于气瓶超压时的自动排放。在气瓶内部压力过高，达到安全阀设定压力时，安全阀自动开启排放，当瓶内压力降低至安全阀回座压力时，安全阀自动关闭，停止排放。爆破片作为气瓶终极保护措施，用于气瓶超压且安全阀失效或不能有效泄压的情况下自动排放，爆破片打破后需要更换新的爆破片，气瓶方可继续使用。（如图3所示）

5 使用问题总结

（1）低温绝热气瓶的主要运用场合大致如下：液氧：a.气割和焊接的气源，尤其是造船工业和沿海拆船业等气割和焊接气源消耗大的部门特别需要；b.超高纯气体的低温液体贮运；c.飞船、飞机、潜艇生命呼吸系统；d.强化养鱼等。液氮：a.充氮轮胎，适用于飞机轮胎、赛车、挖土机、运土机等大型工程车辆；b.超高纯气体的低温液体贮运；c.低温治疗；d.液氮速冻食品等。液氩：a.气割和焊接的气源，尤其是造船工业和沿海拆船业等气割和焊接气源消耗大的部门特别需要；b.超高纯气体的低温液体贮运。液氢：氢燃料推进器。

（2）目前国内市场上常见的气瓶规格有60L、160L、175L、180L、200L、210L、335L、410L、450L，在使用过程中，最常见的现象有以下几点：阀门表面结霜：此类现象属于正常反应，由于气瓶工作过程中，瓶内低温介质通过阀门管路等吸收外界热量进行汽化，导致空气中的水分冷凝结霜。阀门系统结冰：此类现象除了由于常长时间结霜所致外，还有可能为阀门系统泄漏导致，用户应及时、定期清理冰块及检查阀门是否泄漏，或者及时联系厂家解决。阀门失效：阀门失效主要集中在安全阀不起跳、不回座、及螺纹断裂、阀门关不住、阀门冻死、液位计显示不准确等问题，如遇此类问题，应及时联系厂家进行阀门更换或维修，避免造成事故。气瓶不能正常增压：应及时联系厂家进行维修。

6 气瓶使用现状及未来展望

现今焊接绝热气瓶因其优势已应用在各个领域，无自增压结构气瓶将会成为主潮流，小型气瓶将会替代高压气瓶。相对发达国家，我国相关技术还不够成熟，仿制进口产品已成为现今我国低温行业的潮流，未来应重点发展相关原创技术。

参考文献

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