深冷储罐内容器水压后吹扫工艺流程设计解析

郝静

摘  要：本文主要介绍了一种应用于低温压力容器水压试验后容器内表面吹扫、干燥过程的改善。在低温压力容器制造行业中，容器内表面的清洁和干燥是非常重要的工艺，油污会影响到氧罐的爆炸，水蒸气遇到低温液体后会结冰，所以清洁和干燥直接影响到安全和使用。

关键词：吹扫;清洁;干燥;冷凝;加热;循环;漏点;热交换器;高湿度;鼓风机

1、进行技术开发的原因

罐的吹扫是一项耗能耗材并耗时的操作。考虑到能源消耗问题，必须加热罐体，使用干气体或汽化的氮气作为吹扫介质，吹扫的时间为6-30小时。

2、内筒吹扫的要求

水压试验之后必须进行内筒吹扫，因为装液化气的成品中不能有水汽。当焊接和主材的气孔中有水汽时，这些气孔就不能通过氦检漏检测出来。——吹扫要求的排气口露点为40⁰C（用便携式露点测试仪检测）。

3、罐子吹扫工艺改进的各个阶段

3.1用预干燥的气体进行吹扫

如果使用冷的气体，吹扫的时间将非常长。用各种加热器加速这个过程就效率和工作安全性因素而言是有问题的。使用通过螺杆式压缩机压缩，用合成沸石吸收过后的压缩气体。压缩机是用机油润滑过的，经过不断清洗其微玻璃纤维过滤器。但一些客户不接受从用机油润滑过的压缩机里出来的气体，因为理论上，如果清洗系统出现问题，这些气体就会受到机油的污染。

3.2用低温罐里汽化的氮气，并经预热进行吹扫

氮气管路中的氮气吹扫方式保证内胆十分干净，同时，对氮气预热至60°C可部分的加速吹扫过程。温度受到气管材质的限制。

在吹扫过程中，发现内胆外表面由于暴露在车间周围空气中，且由于外表面面积大，散热也大。这使得内胆内表面温度比预期的要低许多，只有35 °C。吹扫时间也仅缩短了20-30%。这种方式还要消耗大量的氮气。

3.3 用低温罐里汽化的氮气，并用加热的散热器预热，进行吹扫

电子散热器从上部对筒体进行加热，用于抵消外筒的冷却。但是我们发现，存在筒体表面只有部分暴露（在散热器范围内），不锈钢（对热的）反射和同时在冷却的可能性。大气导致80%辐射的热量被传送到周围环境中。也没有明显缩短吹扫的时间。

3.4 用低温罐里汽化的氮气，用加热的散热器和空气加热设备进行预热的方式吹扫从上面提到的经验，我们得出一个结论，必须把热量集中在筒体底部。水滴从内筒壁落下，在筒体底部聚集成水洼。方法是使用功率为20 kW的电子气体加热通风机。把加热器输出的温度为350°C气体热流引导至一个长度为整个筒体长度的金属板输送器上。输送器可保证热气体沿筒体流动，在输送器和筒体之间的狭窄空隙保证热气从两边侧面出来，有效地加热整个筒体的下半部。氮气的消耗低了，只要把水汽吹出内胆即可。把这个方法用在一21m3的罐子上，吹扫时间从24小时缩短至8小时。

3.5投套后，抽真空的同时用汽化的氮气进行吹扫

尽可能的把水汽从内胆吹扫出来后，在最后的制作区进行投套，并密封外筒。这样，除了外管道外，罐子就完整了。然后，将对绝缘的夹层抽真空，这是以后做检漏的必须步骤。最后吹扫内胆。夹层真空绝缘使得内胆的温度从35°C 大幅升至 70°C（通过安装在内胆外壁上的热电偶测得，热电偶用于本方法的控制测试）高温度加速吹扫过程，夹层绝缘减少了能量的消耗，从ca.80 kW 降到ca.20 kW。

3.6投套后用汽化的氮气吹扫，同时对夹层抽真空及氮气再次循环吹扫这一吹扫阶段正在准备过程中，应该可以消除最后的那些问题，如快速吹干水洼，氮气的高消耗等。对一些小的罐子，我们将在滚轮架上做振荡动作，这个振荡幅度应控制在已安装好的管道的许可范围内。这样，水滴在更大的面积上散开来，加速了蒸发。我们已通过手动操作电动机检查了这种方法，以后会准备一个自动的。对大的罐子，我们通过在输入口的一个导引器旋转干燥气流，使氮气在靠近水面的地方有一个更好的循环。

氮气在封闭的回路中再次循环可减少消耗。被带出筒体的水汽经过热交换器和制冷装置的浓缩，被一个水汽分离器从氮气流中分离开来。

4、吹扫时的基本原则

4.1  筒体温度

筒体温度必须稳定，足够高。稳定的温度对于保持干燥介质的高湿度十分重要。否则的话，水汽在筒体较冷的部分凝结，不能充分发挥介质的干燥功能。这点在加热不够的输出管道上尤其明显，水汽凝结又回流进内筒体。

在ca.36°C每公斤空气可携带最多50克的水汽，在ca.78°C时，可携带将近500克的水汽，增加了10倍。

4.2热交换表面

表面的尺寸大小对于加速液体汽化也很重要。如可能，前后滚动筒体可使液体洒在更大的表面上。在测量总是大幅增加的瞬时湿度时也能看到这一点。这种滚动方式将用于适合滚动的小罐子。

4.3濕气分离

吹扫的再循环方法有一个目的。在下图表和所附的数据上可以看到吹扫的过程，也可以读出流动的氮气的定性变化。

氮气经过恢复性交换器进入加热器，温度从60°C 加热至 ca.200°C，然后进入筒体，吸收湿气，在筒壁冷却至ca.80°C。潮湿的氮气继续经过热交换器，冷却至20°C，再经过二次冷却器冷却至10°C。在这个冷却过程中，水汽被分离，干燥的氮气进入反方向的热交换器被再次加热。

在这种情况下被分离的水为ca.50 gr/kg。回流的气体温度被刻意控制在0°C以上，以免发生结冰现象。新汽化的氮气可作为吹扫循环结束时的最终吹扫。

4.4液体上部气体的循环速度

在加热筒体内部时，筒体底部的水洼上面气体的最大相对湿度为100%。缓慢循环的气体不能带走太多的湿气。这点限制了蒸发的速度，降低了吹扫的效率。所以必须保证这个空间的适当流动，使得新的干燥氮气更接近水面。如下表所示，水面上气体流动速度加快，蒸发也加快。

由于受到供气管直径和罐子筒体直径的比率很小的限制，很难加快罐内水面上气体的流动速度。如果能成功地使干燥气体在筒体内部旋转流动，情况就要好多了。

5、特殊阶段的不足之处

5.1不能把内筒体加热至理想的温度

用热的氮气，加热器和热空气输送器不能在吹扫内筒体时使平均温度超过ca.40°C。

5.2吹扫水洼的低效率

这个问题可以通过4.2种增加热交换面积或4.4中提高水面上气体流动速度的方法解决。

5.3气体供应管道中湿气的再凝结

我们通过内外容器投套，和对夹层抽真空使气体供应管道保持足够的绝缘来阻止水汽凝结，防止水回流进内筒体。

6、3.6阶段的理由和从技术上解决的设计

在3.4阶段我们实现了充分节约氮气和节省时间的目标。在3.5阶段大大节约了电能。但是，通过成本分析，我们发现最大的消耗仍然是吹扫气体的一次性使用。吹扫气体的循环使用意味着大大节省了氮气，同时部分地节约了电能。

参考文献

[1] GB/T151-2014《热交换器》

[2] GB/T150-2011《压力容器》

[3] 《深冷技术》

[4] 《热动力学》