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        鋼瓶的管理及處理工藝改進(jìn)研究

        2022-07-04 11:53:42柏宏斌張曉楠
        低溫與特氣 2022年3期

        柏宏斌,孔 暉,張曉楠

        (中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,遼寧 大連 116031)

        1 前 言

        某廠從國(guó)外進(jìn)口的氪氙生產(chǎn)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(jìn)國(guó)產(chǎn)鋼瓶保存一定時(shí)間后,氫組分顯著提高,造成產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)。對(duì)于此現(xiàn)象,對(duì)鋼瓶進(jìn)行全面分析,且實(shí)施科學(xué)合理的措施加以處理,針對(duì)氫氣含量變多的問(wèn)題,探析相關(guān)的處理方式與途徑。

        2 鋼瓶的相關(guān)原則

        2.1 安全儲(chǔ)存原則

        1.將鋼瓶放置在專門(mén)倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存,遵循相關(guān)法規(guī),并設(shè)有專業(yè)人員對(duì)鋼瓶庫(kù)房以及存放場(chǎng)所進(jìn)行管理,配備相關(guān)的防護(hù)用品,同時(shí)設(shè)置“危險(xiǎn)”標(biāo)志[1]。2.在倉(cāng)庫(kù)里面不可以存在地溝或者暗道,保持通風(fēng)良好,確保較為干燥環(huán)境,防止被太陽(yáng)直射;儲(chǔ)存間應(yīng)該配有通風(fēng)以及降溫設(shè)備,不允許管線穿過(guò)。需要確保瓶體干燥,在炎熱季節(jié),避免曝曬。3.盛裝可能發(fā)生反應(yīng)氣體的氣瓶,需要結(jié)合氣體的特性,充分把控溫度以及儲(chǔ)存時(shí)間,同時(shí)應(yīng)盡可能避開(kāi)放射線源。4.空瓶以及實(shí)瓶需要分開(kāi)放置,同時(shí)設(shè)置明顯的標(biāo)志。5.氣瓶放置需要做到整齊,盡可能直立放置,同時(shí)應(yīng)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(wèn)題,防止出現(xiàn)雜亂的現(xiàn)象,滿足相關(guān)的規(guī)定,促使氣瓶存放環(huán)境更為安全[2]。就全塑結(jié)構(gòu)的固定板以及固定架而言,它質(zhì)量較輕,不會(huì)出現(xiàn)生銹以及掉屑現(xiàn)象,在潔凈要求嚴(yán)格的場(chǎng)合,有著較好的適用性。

        2.2 安全運(yùn)輸原則

        1.運(yùn)輸工具需要安全與穩(wěn)定。就塑型推車(chē)而言,運(yùn)輸中有著諸多優(yōu)勢(shì),可以避免出現(xiàn)腐蝕、不會(huì)形成噪音、無(wú)需進(jìn)行維護(hù)、易于進(jìn)行操作、平衡性理想、重量較輕、可使用的時(shí)間較長(zhǎng)且對(duì)路面要求很低。2.需要戴好瓶帽,不得出現(xiàn)拋、滾等行為。3.在進(jìn)行吊裝時(shí),不得使用金屬鏈繩。4.鋼瓶?jī)?nèi)氣體彼此接觸,會(huì)導(dǎo)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(chē)輛運(yùn)輸;存在腐蝕性、易燃性等的物品,不可以同氣瓶使用同一車(chē)輛輸送。5.當(dāng)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí),需要將氣瓶固定到位,車(chē)廂需要超過(guò)氣瓶高度的2/3,垛高需要低于5層,同時(shí)需要低于車(chē)廂高度。6.在炎熱季節(jié)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí),需要配備遮陽(yáng)設(shè)施,防止氣瓶被曝曬;氣瓶運(yùn)送目的地處于繁華地帶時(shí)需要避免白天運(yùn)送。

        2.3 使用原則

        第一,高壓氣瓶應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分類管理,若是直立放置的話,需確保其穩(wěn)定性;同時(shí)氣瓶應(yīng)同熱源分開(kāi)放置,防止暴曬及巨大振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生;通常情況下,實(shí)驗(yàn)室中的氣瓶數(shù)量應(yīng)低于兩瓶。想要有效防止不同鋼瓶應(yīng)用過(guò)程中混淆情況的出現(xiàn),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(hào)等[3]。另一方面,應(yīng)在鋼瓶上涂抹各種各樣的顏色,并對(duì)氣體名稱進(jìn)行標(biāo)注。

        第二,高壓氣瓶減壓器應(yīng)選取相應(yīng)的類型,在安裝的過(guò)程中,應(yīng)保證螺口足夠緊,避免產(chǎn)生泄漏問(wèn)題;在對(duì)減壓器及開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行啟動(dòng)及關(guān)閉的過(guò)程中,動(dòng)作不得過(guò)快;在進(jìn)行應(yīng)用時(shí),需先運(yùn)行開(kāi)關(guān)閥,再將減壓器啟動(dòng);在使用結(jié)束之后,立刻關(guān)掉開(kāi)關(guān)閥,把多余的氣體排放之后,再關(guān)掉減壓器。

        第三,高壓氣瓶應(yīng)用過(guò)程中操作人員需要站在同接口處呈90°的地方。在這一過(guò)程中,避免對(duì)瓶體進(jìn)行敲打,同時(shí)對(duì)漏氣情況進(jìn)行檢查,對(duì)壓力表讀數(shù)多加重視。

        第四,氧氣瓶及氫氣瓶的操作需運(yùn)用專門(mén)的工具,同時(shí)操作過(guò)程應(yīng)遠(yuǎn)離油類。要求相關(guān)操作者禁止穿戴存在油脂的服裝,極易出現(xiàn)靜電現(xiàn)象的手套,也應(yīng)禁止使用,從而有效防止燃燒及爆炸現(xiàn)象出現(xiàn)。

        第五,氣瓶同明火之間的距離需要超過(guò)10 m,若是無(wú)法滿足這一條件,應(yīng)采取相關(guān)的隔離措施。

        第六,用完的氣瓶需結(jié)合相關(guān)規(guī)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(guò)程中出現(xiàn)事故。

        第七,不管什么類型的氣瓶,都應(yīng)定期開(kāi)展技術(shù)檢查,對(duì)于常規(guī)氣體氣瓶而言,建議每3 a開(kāi)展一次檢驗(yàn)工作,若是在應(yīng)用時(shí)存在較大的腐蝕現(xiàn)象及損傷問(wèn)題,需提前落實(shí)檢驗(yàn)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(shí),在表面位置部分流體組分形成積蓄,這一現(xiàn)象也就是所謂的吸附。另外,也指物體表面吸住附近介質(zhì)的現(xiàn)象。它本質(zhì)上為傳質(zhì)過(guò)程,分子之間存在引力,實(shí)際上,分子未盡可能體現(xiàn)作用力,因此能夠吸附別的氣體,尤其表面積很廣時(shí),可以形成更大的作用力,故而在工業(yè)領(lǐng)域常常會(huì)借助大面積物質(zhì)完成吸附過(guò)程。表面所積蓄的組分,即是吸附質(zhì)。從廣義層面上來(lái)看,也就是吸著現(xiàn)象。按照結(jié)合力的性質(zhì),吸附分為物理以及化學(xué)吸附。前者因?yàn)榉肿娱g引力所導(dǎo)致,極有可能脫附,結(jié)合力不是很強(qiáng)。后者因?yàn)榛瘜W(xué)鍵所導(dǎo)致,類似于化學(xué)反應(yīng),通常情況下,存在著不可逆性,有著相對(duì)大的吸附熱。化工生產(chǎn)過(guò)程中,吸附常常用來(lái)處理流體,把組分吸附于表面,讓組分能夠?qū)崿F(xiàn)分離,實(shí)際上為單元操作,通常和物理吸附有關(guān)。在諸多領(lǐng)域吸附分離得到了大力推廣,比如化工以及食品領(lǐng)域。

        2.吸附操作。借助固體選取流體組分,以達(dá)到分離目的的方式就是吸附操作,其為非常關(guān)鍵的單元操作。事實(shí)上,吸附在很久之前已被使用,如通過(guò)對(duì)木炭的使用,進(jìn)而達(dá)到除臭的目的。基于新型吸附劑的出現(xiàn),再加上吸附分離技術(shù)的進(jìn)步,使得吸附分離過(guò)程越來(lái)越節(jié)能,其產(chǎn)品純度也逐漸提升,操作溫度也相對(duì)較低,該操作在多個(gè)領(lǐng)域都有普遍的運(yùn)用,如醫(yī)藥及環(huán)保領(lǐng)域等。吸附操作具體運(yùn)用有:第一,脫水與進(jìn)一步干燥,如脫去乙烯中所含的水分,然后進(jìn)行聚合。第二,脫臭與回收蒸汽等,以噴漆工業(yè)來(lái)分析,往往會(huì)產(chǎn)生很多有機(jī)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(duì)環(huán)境的污染,還能夠回收相應(yīng)的溶劑[4]。第三,吸附分離,如對(duì)高純度氮?dú)獾牟杉5谒?,?duì)精餾無(wú)法分離的物質(zhì)開(kāi)展分離處理,如烯烴分離。第五,對(duì)廢氣及廢水進(jìn)行處理,如對(duì)高爐廢氣中含有的二氧化碳等進(jìn)行回收處理,對(duì)煉廠廢水中有害物質(zhì)進(jìn)行處理。

        3.2 脫附定義及方法

        1.定義。脫附實(shí)際上是同吸附相反的過(guò)程。一般是促使被吸附的部分飽和,通過(guò)吸附劑進(jìn)行析出,進(jìn)而達(dá)到吸附劑再生。也就是說(shuō),基于相應(yīng)條件,吸附在表面的物質(zhì)會(huì)與其分離,從而再次進(jìn)入體相中,這一過(guò)程也叫做解吸。通常來(lái)講,不能開(kāi)展吸附的條件,一般都能開(kāi)展脫附,比如減壓等。物理吸附屬于可逆的,當(dāng)進(jìn)行脫附之后,其性質(zhì)是不會(huì)出現(xiàn)變化的?;瘜W(xué)吸附屬于不可逆的,在進(jìn)行脫附時(shí),一般要借助活化能,促使脫附分子性質(zhì)出現(xiàn)一定的變化。吸附劑吸附程度對(duì)再次吸附有著較大的影響,還同脫附方式存在密切的關(guān)聯(lián)。在工業(yè)領(lǐng)域,一般都會(huì)通過(guò)升溫及降壓等方式進(jìn)行脫附。每一種方法都各有利弊,可立足于經(jīng)濟(jì)及技術(shù)上進(jìn)行分析。具體運(yùn)用時(shí),可將吸附同脫附進(jìn)行結(jié)合,從而達(dá)到分離及提純等目的。

        2.常見(jiàn)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(chǔ)上,能夠達(dá)到對(duì)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(guò)對(duì)該種脫附方式的優(yōu)化,微波脫附誕生,它被應(yīng)用于多個(gè)方面,比如氣體干燥。具體工作中,該方式被應(yīng)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(dāng)壓力相對(duì)高時(shí),進(jìn)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(wèn)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(zhì)量不佳,為此對(duì)此鋼瓶進(jìn)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(lái)提高到17.9×10-6,別的組分沒(méi)有出現(xiàn)改變。氣體質(zhì)量不達(dá)標(biāo),導(dǎo)致通過(guò)這一氣體所制造的燈泡質(zhì)量不佳。為此,深入探究瓶?jī)?nèi)氫氣含量變多的原因,經(jīng)研究后明確了主要原因可能為:分析儀器準(zhǔn)確性不高;設(shè)備與管道上有著不足;鋼瓶自身質(zhì)量問(wèn)題。

        根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定化驗(yàn),明確儀器沒(méi)有問(wèn)題。在此之后,針對(duì)管道測(cè)量點(diǎn),開(kāi)展深入的跟蹤研究,得知?dú)錃夂慷荚?.3×10-6上下,據(jù)此確認(rèn)設(shè)備與管道沒(méi)有問(wèn)題。因此問(wèn)題源于鋼瓶本身,故對(duì)鋼瓶開(kāi)展分析,分析結(jié)果同管道分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得知每一項(xiàng)指標(biāo)都差不多。另外,對(duì)存放一定時(shí)間的鋼瓶開(kāi)展再次檢測(cè),發(fā)現(xiàn)其中的氫組分出現(xiàn)了改變,隨后對(duì)其進(jìn)行分類,發(fā)現(xiàn)無(wú)論是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)的鋁合金氣瓶,它們的氫組分幾乎沒(méi)有改變,而國(guó)產(chǎn)鋼瓶的氫氣含量顯著提高,大概擴(kuò)大至十倍。結(jié)合檢測(cè)分析可知,鋼瓶處理存在一定的不足之處,對(duì)此,對(duì)鋼瓶實(shí)行改造處理,對(duì)之前的常溫抽空方式進(jìn)行調(diào)整,轉(zhuǎn)變成加熱抽空。

        5 鋼瓶對(duì)比、檢查與處理

        1.氣瓶使用調(diào)查。當(dāng)時(shí)同生產(chǎn)廠家溝通,其反映沒(méi)有出現(xiàn)氫氣含量變高的情況。比如某城市利用所制造的鋼瓶,來(lái)充裝上文所述的兩種氣體,瓶?jī)?nèi)使用的是鍍鋅以及鎳,鍍層有著較好的光滑性,沒(méi)有進(jìn)行過(guò)清洗,僅通過(guò)常規(guī)的真空處理。2.鋼瓶調(diào)查。我廠使用的鋼瓶,是經(jīng)過(guò)電鍍處理的,滿足內(nèi)定規(guī)范,但因是第一次實(shí)行電鍍處理,所以就經(jīng)驗(yàn)與工藝來(lái)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(xù)的解體檢查過(guò)程中也得到了證明。3.解體檢查與擬處理。今年六月份對(duì)鋼瓶開(kāi)展了解體檢查,發(fā)現(xiàn)氣瓶?jī)?nèi)表面不光滑,電鍍層缺乏均勻性,局部沒(méi)有成功電鍍,同時(shí)存在鐵銹。在表面還找到了處理液痕跡,正是因?yàn)檫@些因素的存在導(dǎo)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(shí),可以產(chǎn)生原電池,進(jìn)而會(huì)形成氫氣[6]。另外,因?yàn)槠溴儗硬粔蛄己?,局部沒(méi)有成功電鍍,進(jìn)而在氣瓶?jī)?nèi)表面產(chǎn)生孔隙,釋放的氫氣被吸附。所以,在充進(jìn)氣體之后,因?yàn)榉肿舆\(yùn)動(dòng)致使部分被吸附的氫氣脫附,致使氫氣含量變多。

        通過(guò)上述原因分析,后續(xù)對(duì)鋼瓶進(jìn)行加熱處理,抽高真空,對(duì)被吸附的氫氣進(jìn)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(wèn)題,且為此設(shè)置了一套處理設(shè)備。

        6 鋼瓶處理裝置的改進(jìn)與改進(jìn)結(jié)果

        1.原瓶處理裝置。原瓶處理設(shè)備即便配有加熱器,可以通過(guò)容器添加開(kāi)水,進(jìn)一步來(lái)加熱鋼瓶,但因?yàn)檎婵毡媚芰Υ嬖跇O值,且難以對(duì)其真空度進(jìn)行檢測(cè),所以還未從源頭上有效處理氫氣含量增多的問(wèn)題。

        2.改造的鋼瓶處理裝置。與原瓶裝置相比,改進(jìn)后的鋼瓶處理裝置用真空機(jī)組取代真空泵,通電加熱器取代蒸汽加熱器,并借助有關(guān)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)抽空情況進(jìn)行定性以及定量檢測(cè)。通過(guò)電加熱器可以智能設(shè)置瓶?jī)?nèi)溫度介于0~250℃,進(jìn)而確保整體加熱效果。選取真空壓力閥,通過(guò)對(duì)不銹鋼的使用,來(lái)完成對(duì)管道的焊接處理,將其同鋼瓶進(jìn)行相連,選擇級(jí)別較高的紋管,將其當(dāng)作連接件。在處于工作狀態(tài)時(shí),讓真空度達(dá)到3×10-3Pa。

        新裝置投用之后,對(duì)氪氣開(kāi)展跟蹤研究,在充入氣體之后,通過(guò)三次測(cè)定沒(méi)有出現(xiàn)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(dǎo)致產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)的難題,并且也有效處理了水分與其他雜質(zhì)給成品質(zhì)量帶來(lái)的影響。圖1所示為新裝置流程圖。

        1.真空機(jī)組;2.壓力表;3.檢測(cè)管;4.玻璃管;5.鋼瓶;6.電加熱器

        7 結(jié) 論

        綜上所述,氣瓶?jī)?nèi)氫氣含量變多的因素包括電鍍質(zhì)量、鍍層均勻度、殘留物留存情況以及鋼瓶處理時(shí)有沒(méi)有進(jìn)行加熱、抽空能力的強(qiáng)弱等。由此可知,當(dāng)充裝純度較高的氣體時(shí),應(yīng)該優(yōu)先考慮進(jìn)口的、鋁合金瓶以及國(guó)內(nèi)部分廠家通過(guò)噴砂處理的鋼瓶。結(jié)合新裝置使用狀況可知,通過(guò)真空機(jī)組、電加熱器、品質(zhì)有保障的閥門(mén)以及連接管的選用來(lái)開(kāi)展加熱抽空工作,能夠有效減少部分國(guó)產(chǎn)鋼瓶質(zhì)量不理想的情況。通常借助火花檢測(cè)儀來(lái)開(kāi)展真空度檢測(cè),沒(méi)有實(shí)行定量檢測(cè),所以不易觀察抽真空效果,不能確保瓶處理質(zhì)量。對(duì)此,就有關(guān)的廠家來(lái)講,應(yīng)優(yōu)先考慮真空度檢測(cè)裝置,以便能夠達(dá)到定量檢測(cè)要求,獲取良好的瓶處理效果,防止由于處理效果不好對(duì)充氣質(zhì)量造成影響。

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