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摘 要：本文以低温绝热气瓶为主要研究对象，研究了低温绝热气瓶高真空多层绝热结构的优化。同时，重点介绍了一套适合低温绝热气瓶定期检验的新的抽真空工艺。通过理论分析和实验研究相结合的方法，分析其抽空效果。给行业发展提供借鉴以及参考。
关键词：低温绝热气瓶；结构优化；抽真空技术
引言：
低温绝热气瓶作为一种储运低温液体的特种容器，目前开始被广泛应用于机械、化学工业和国民经济各领域，取代传统的高压气瓶用以提供工业气体。由于低温绝热气瓶可以带压储存和运输低温液体，因此与普通压力容器相比结构更为复杂。其绝热性能和安全性是低温绝热气瓶高效可靠使用的保证，研究绝热结构的合理有效的优化方法具有重要的理论意义和实用价值，同时，建立合理的定期检验技术对于促进低温技术的发展和应用有重要的意义。
一、低温绝热气瓶的概述
低温绝热气瓶自成功研制以来，由于对制造技术的要求较高，一度抑制了其应用。但随着制造技术的发展，尤其是近10年以来，低温绝热气瓶得到了迅速发展，其应用领域日益增多，已经进入民用生活的许多方面。为了节省占地面积和方便运输，型式主要以立式为主，容积小（10-450L），压力低（0.2MPa-3.5MPa）。
对低温绝热气瓶的绝热结构进行传热的优化后，需要考虑其安全性是否能够满足使用条件。而在设计中不但要考虑其承受的内力，还要考虑到在低温下使用所引起的热应力以及运输过程中气瓶可能受到的冲击载荷等对它造成的影响。对使用的低温绝热气瓶绝热性能的检测与评定，是确保低温绝热气瓶安全经济运行的重要环节之一。
二、高真空多层绝热结构的研究
低温绝热的目的是采用各种不同的绝热类型与结构，将通过对流、传导和辐射等途径传递给低温体系的热量减少到尽可能低的程度，以维持低温系统正常工作。低温绝热有五种类型：堆积绝热、高真空绝热、真空粉末绝热、高真空多层绝热和高真空多屏绝热。高真空多层绝热是上世纪五十年代初期由Peterson最先研制成功，被认为是当前绝热性能最好的一种绝热方式，称为“超级绝热”，其结构原理是将高反射率的金属薄膜与低导热系数的间隔材料形成一层一层交替的组合，缠绕在需要绝热的装置外部，并将绝热空间抽空到低于10-2Pa的负压。
目前则被广泛的使用在工业低温容器中，使得大范围应用的低蒸发率低温容器的设计和构造有了革命性的变革，是目前高效低温容器使用最广泛的绝热方式。低温绝热气瓶主要应用此种绝热方式。由于在高真空多层绝热中传热机理非常复杂，实际热流不光有屏与屏之间、屏与间隔材料间的辐射传热，还有多层材料之间的固体传热以及绝热空间内残余气体传热，要精确计算各种材料间的传热是比较困难的，因为这几种形式的传热同时存在、互相影响，对高真空多层绝热的绝热性能进行预测计算与优化一直是研究的课题之一。目前实际使用上多采用经验传热模型进行计算，可以用来获得多层绝热系统中热流的经验模型有）热传导模型、有效辐射模型、传导辐射模型、CT-模型等四种。除了采用经验模型对多层绝热进行计算，还可以采用量热器法或数值模拟的方法进行研究。
影响多层绝热性能的因素很多，为了优化多层绝热的绝热效果，研究人员对影响多层绝热结构绝热性能的因素进行了大量的研究。包括反射屏厚度、材料类型、环境条件以及表面发射率等因素对多层绝热系统的绝热性能的影响、多层材料的层密度与松紧度的影响、夹层真空度的影响等，不同的反射屏与隔热材料的组合对传热有不同的影响，因此，合理选择反射屏和隔热材料的组合及位置，可以优化高真空多层绝热结构，减少所用多层材料的用量，既降低了绝热材料的成本，又可以减小真空夹层的间距。
三、低温绝热气瓶定期检验中的抽真空技术分析
1、评定方法
在进行绝热气瓶检验工作时，最好可以在工艺以及方法上进行提升。
（1）材料：制造气瓶的主体材料应该符合国家规定，还应该符合气瓶对材料需求材料生产必须符合相关规定，应该具备合格质量同时还需要提供相应的证件原件以及质量证明书，这些材料必须填写齐全，应该得到相关部门的认证盖章确认另外，材料生产应该明确表明出相关的标志。
（2）设计：其一，设计出的责任书，应该有使用介质介绍，有工作温度介绍工作压力介绍以及主要技术等。其二，设计图样这个图样应该包含总设计图纸，还有相关的零部件以及主要参数也应该标明。其三，设计计算书，应有容积计算强度计算必要的刚度校核设计壁厚的确定等内容。其四，设计说明书，这个说明书应该详细的标明出材料选择参数选择依据以及主要工艺灯。
（3）制造：进行制造时，应该有相关的许可证，根据许可证开展制造工作，在气瓶使用前，应该进行标准型号试验，这个试验理当符合气瓶型式试验技术评定的内容和要求相关规定 同时，制造单位进行制造时，应该做好焊接，检测工作这些产品具有相关证书之后，才能是质量保障之产品。
2、低温气瓶检修中的抽真空技术
抽气前采用气体冲洗工艺进行预处理；抽气过程中采用内加热工艺；抽气过程间断抽气工艺；夹层加入吸附剂。
（1）气体冲洗工艺：利用易脱附的无害干燥气体多次充入气瓶夹层内，置换出不易脱附的水蒸汽和空间内的残余气体等。氣、氣、氩等都可作为充入气体，考虑到氮气的来源方便，使用安全可靠，一般把它作为充入气体。如果能采用热氮气充入，效果更加显著。因为充入绝热空间的氮气能置换出吸附于材料表面的水汽分子，而且氮气分子本身易于被吸出。
（2）内加热工艺：升高材料的温度，加速材料表面出气时间、缩短排气时间。但低温绝热气瓶的加热温度通常不能太高，因为绝热材料、气瓶中的一些钎焊件，以及一些密封元件等不能经受更高的温度。因而有必要制定合适的加热方法和工序，以提高容器的抽气质量和缩短抽气时间。可见，釆用内加热方法可使出气率大大降低，基本能够满足低温气瓶在用后返修抽真空的要求。
（3）间断抽气：抽气机组间断工作，用少的实际抽气时间达到连续抽气的相同效果。间断抽气的主要方法是在夹层内获得高真空的情况下，暂停抽气，待容器压强回升到一定的限度后，重新用机组将材料放出的气体抽走，然后再停止抽气，反复进行直到满足真空度的要求范围，间断抽气和气体冲洗结合起来的效果更加明显。
（4）真空夹层加入吸附剂：在使用过程中，在低温的工况下，吸附剂可以吸附在夹层中的残余气体（氢为主），保证夹层真空度较长时间不缺失。引起夹层真空度变化的主要原因是内外筒体漏气和夹层材料的放气，漏入夹层的气源是空气，氢气是夹层材料放气的主要成分，现在较为常用的吸附剂以氧化钯为主，可以有效的附夹层中的氢原子，效果明显。
综上，经过以上理论及试验分析，这套返修抽真空的工艺主要优点为：抽气时间短，提高设备利用率，缩短了绝热气瓶的检验时间；吸附剂在抽真空过程中的再活化彻底，可改善绝热气瓶的絕热性能，延长真空寿命；工艺简单，操作方便，不需要十分复杂的设备和材料，气源来源方便，价格便宜，用量少。■
参考文献
[1] 张登新，林乐亭. 关于使用低温绝热气瓶的经济效益和定期检验问题的思考[J]. 低温与特气，2010（1）.
[2] 尚巍，姜秀海. 低温绝热容器定期检验方法的探讨[J]. 低温与特气，2009（12）.
关键词：低温绝热气瓶；结构优化；抽真空技术
引言：
低温绝热气瓶作为一种储运低温液体的特种容器，目前开始被广泛应用于机械、化学工业和国民经济各领域，取代传统的高压气瓶用以提供工业气体。由于低温绝热气瓶可以带压储存和运输低温液体，因此与普通压力容器相比结构更为复杂。其绝热性能和安全性是低温绝热气瓶高效可靠使用的保证，研究绝热结构的合理有效的优化方法具有重要的理论意义和实用价值，同时，建立合理的定期检验技术对于促进低温技术的发展和应用有重要的意义。
一、低温绝热气瓶的概述
低温绝热气瓶自成功研制以来，由于对制造技术的要求较高，一度抑制了其应用。但随着制造技术的发展，尤其是近10年以来，低温绝热气瓶得到了迅速发展，其应用领域日益增多，已经进入民用生活的许多方面。为了节省占地面积和方便运输，型式主要以立式为主，容积小（10-450L），压力低（0.2MPa-3.5MPa）。
对低温绝热气瓶的绝热结构进行传热的优化后，需要考虑其安全性是否能够满足使用条件。而在设计中不但要考虑其承受的内力，还要考虑到在低温下使用所引起的热应力以及运输过程中气瓶可能受到的冲击载荷等对它造成的影响。对使用的低温绝热气瓶绝热性能的检测与评定，是确保低温绝热气瓶安全经济运行的重要环节之一。
二、高真空多层绝热结构的研究
低温绝热的目的是采用各种不同的绝热类型与结构，将通过对流、传导和辐射等途径传递给低温体系的热量减少到尽可能低的程度，以维持低温系统正常工作。低温绝热有五种类型：堆积绝热、高真空绝热、真空粉末绝热、高真空多层绝热和高真空多屏绝热。高真空多层绝热是上世纪五十年代初期由Peterson最先研制成功，被认为是当前绝热性能最好的一种绝热方式，称为“超级绝热”，其结构原理是将高反射率的金属薄膜与低导热系数的间隔材料形成一层一层交替的组合，缠绕在需要绝热的装置外部，并将绝热空间抽空到低于10-2Pa的负压。
目前则被广泛的使用在工业低温容器中，使得大范围应用的低蒸发率低温容器的设计和构造有了革命性的变革，是目前高效低温容器使用最广泛的绝热方式。低温绝热气瓶主要应用此种绝热方式。由于在高真空多层绝热中传热机理非常复杂，实际热流不光有屏与屏之间、屏与间隔材料间的辐射传热，还有多层材料之间的固体传热以及绝热空间内残余气体传热，要精确计算各种材料间的传热是比较困难的，因为这几种形式的传热同时存在、互相影响，对高真空多层绝热的绝热性能进行预测计算与优化一直是研究的课题之一。目前实际使用上多采用经验传热模型进行计算，可以用来获得多层绝热系统中热流的经验模型有）热传导模型、有效辐射模型、传导辐射模型、CT-模型等四种。除了采用经验模型对多层绝热进行计算，还可以采用量热器法或数值模拟的方法进行研究。
影响多层绝热性能的因素很多，为了优化多层绝热的绝热效果，研究人员对影响多层绝热结构绝热性能的因素进行了大量的研究。包括反射屏厚度、材料类型、环境条件以及表面发射率等因素对多层绝热系统的绝热性能的影响、多层材料的层密度与松紧度的影响、夹层真空度的影响等，不同的反射屏与隔热材料的组合对传热有不同的影响，因此，合理选择反射屏和隔热材料的组合及位置，可以优化高真空多层绝热结构，减少所用多层材料的用量，既降低了绝热材料的成本，又可以减小真空夹层的间距。
三、低温绝热气瓶定期检验中的抽真空技术分析
1、评定方法
在进行绝热气瓶检验工作时，最好可以在工艺以及方法上进行提升。
（1）材料：制造气瓶的主体材料应该符合国家规定，还应该符合气瓶对材料需求材料生产必须符合相关规定，应该具备合格质量同时还需要提供相应的证件原件以及质量证明书，这些材料必须填写齐全，应该得到相关部门的认证盖章确认另外，材料生产应该明确表明出相关的标志。
（2）设计：其一，设计出的责任书，应该有使用介质介绍，有工作温度介绍工作压力介绍以及主要技术等。其二，设计图样这个图样应该包含总设计图纸，还有相关的零部件以及主要参数也应该标明。其三，设计计算书，应有容积计算强度计算必要的刚度校核设计壁厚的确定等内容。其四，设计说明书，这个说明书应该详细的标明出材料选择参数选择依据以及主要工艺灯。
（3）制造：进行制造时，应该有相关的许可证，根据许可证开展制造工作，在气瓶使用前，应该进行标准型号试验，这个试验理当符合气瓶型式试验技术评定的内容和要求相关规定 同时，制造单位进行制造时，应该做好焊接，检测工作这些产品具有相关证书之后，才能是质量保障之产品。
2、低温气瓶检修中的抽真空技术
抽气前采用气体冲洗工艺进行预处理；抽气过程中采用内加热工艺；抽气过程间断抽气工艺；夹层加入吸附剂。
（1）气体冲洗工艺：利用易脱附的无害干燥气体多次充入气瓶夹层内，置换出不易脱附的水蒸汽和空间内的残余气体等。氣、氣、氩等都可作为充入气体，考虑到氮气的来源方便，使用安全可靠，一般把它作为充入气体。如果能采用热氮气充入，效果更加显著。因为充入绝热空间的氮气能置换出吸附于材料表面的水汽分子，而且氮气分子本身易于被吸出。
（2）内加热工艺：升高材料的温度，加速材料表面出气时间、缩短排气时间。但低温绝热气瓶的加热温度通常不能太高，因为绝热材料、气瓶中的一些钎焊件，以及一些密封元件等不能经受更高的温度。因而有必要制定合适的加热方法和工序，以提高容器的抽气质量和缩短抽气时间。可见，釆用内加热方法可使出气率大大降低，基本能够满足低温气瓶在用后返修抽真空的要求。
（3）间断抽气：抽气机组间断工作，用少的实际抽气时间达到连续抽气的相同效果。间断抽气的主要方法是在夹层内获得高真空的情况下，暂停抽气，待容器压强回升到一定的限度后，重新用机组将材料放出的气体抽走，然后再停止抽气，反复进行直到满足真空度的要求范围，间断抽气和气体冲洗结合起来的效果更加明显。
（4）真空夹层加入吸附剂：在使用过程中，在低温的工况下，吸附剂可以吸附在夹层中的残余气体（氢为主），保证夹层真空度较长时间不缺失。引起夹层真空度变化的主要原因是内外筒体漏气和夹层材料的放气，漏入夹层的气源是空气，氢气是夹层材料放气的主要成分，现在较为常用的吸附剂以氧化钯为主，可以有效的附夹层中的氢原子，效果明显。
综上，经过以上理论及试验分析，这套返修抽真空的工艺主要优点为：抽气时间短，提高设备利用率，缩短了绝热气瓶的检验时间；吸附剂在抽真空过程中的再活化彻底，可改善绝热气瓶的絕热性能，延长真空寿命；工艺简单，操作方便，不需要十分复杂的设备和材料，气源来源方便，价格便宜，用量少。■
参考文献
[1] 张登新，林乐亭. 关于使用低温绝热气瓶的经济效益和定期检验问题的思考[J]. 低温与特气，2010（1）.
[2] 尚巍，姜秀海. 低温绝热容器定期检验方法的探讨[J]. 低温与特气，2009（12）.