CN111810833A - 真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统及抽真空方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统及抽真空方法，包括抽真空单元、氮气置换单元和控制单元；抽真空单元包括短程抽气机组和长程抽气机组，两者分别通过抽真空管路与真空多层绝热低温容器夹层连通；短程抽气机组包括与抽真空管路连通的油扩散真空泵以及与油扩散真空泵连通的双级旋片真空泵；长程抽气机组包括与抽真空管路连通的罗茨真空泵以及与罗茨真空泵连通的单级旋片真空泵；氮气置换单元包括氮气源、连接在氮气源和抽真空管路之间的气体加热器以及与真空多层绝热低温容器夹层连通的自动出气控制阀门。本发明缩短抽空时间，获得优异的夹层真空度指标，节约工艺成本、简化操作，解决突然停电时泵油反抽进入夹层的问题。

Description

真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统及抽真空方法

技术领域

本发明属于真空多层绝热真空多层绝热低温容器夹层的抽真空技术领域，尤其涉及一种真空多层绝热真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统及抽真空方法。

背景技术

夹层真空是影响真空多层绝热低温容器绝热性能的重要指标之一，在结构固化情况下夹层真空是影响真空多层绝热深冷容器绝热性能的唯一指标。夹层抽真空是真空多层绝热容器制造和维修过程中重要的技术环节，传统抽真空设备具有能耗大、耗时长、工耗高的缺陷。比如专利号为CN105736934B公开的低温储罐夹层抽真空系统，包括机架，机架内安装有油扩散泵、罗茨真空泵、旋片真空泵、循环风机、水冷循环设备和电气控制系统，油扩散泵与罗茨真空泵连接，油扩散泵前配置有旋片真空泵，油扩散泵上方连接水循环防返油冷阱，水循环防返油冷阱上方与第一高真空挡板阀连接，第一高真空挡板阀一侧连接第二高真空挡板阀，第一高真空挡板阀前置液氮冷阱，液氮冷阱与第三高真空挡板阀连接，第三高真空挡板阀一侧连接抽真空口，抽真空口处安装冲氮电磁阀，冲氮电磁阀一侧连接冲氮管路一侧，冲氮管路另一侧与电加热器连接。将真空夹层的热传导介质(空气)抽出，完成抽真空工艺步骤后，封堵抽真空口，保证夹层的真空度。

然而，现有的真空多层绝热容器在内容器上包覆多层绝热材料，该绝热材料系由数十层至上百层薄膜材料叠放后卷绕在内容器上，具有导热系数小、层数多、表面积大、排列紧密等特点。这些特点导致多层绝热材料具有传热差、吸附气体量大、吸附气体难以脱附的问题。这些特点要求夹层抽空分为两个阶段：粗抽置换阶段+精抽阶段；粗抽置换阶段将夹层材料吸附水分和其它不凝气体分子置换为氮气；精抽阶段将置换后材料吸附的氮气抽出，最终达到封口真空度要求，封口结束抽空，高真空多层绝热低温容器生产特性要求抽真空设备需要连续作业。

采用上述低温储罐夹层抽真空系统对高真空多层绝热低温容器进行抽真空时，存在以下缺陷：1)发明专利CN105736934B公开的系统为标准的扩散泵三级机组配置，虽然配有扩散泵维持泵，但是除了在扩散泵加热及停泵降温阶段由维持泵工作，前级机械泵可以停止外，其余全过程，前级机械泵必须持续工作，增加能耗和产品寿命损耗；2)上述系统设置了液氮冷阱，增加了工艺成本和使用成本(加注使用液氮)，减少了抽空管路流导、增加了抽空阻力、降低了系统抽空效能；3)上述系统的结构太过紧凑，包含多种运行产热设备(电加热器、扩散泵、水冷机等)，又没有配置散热风扇，不利于设备散热，增加设备运行故障率，过于紧凑的结构又带来维修困难。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，能够根据低温容器夹层抽真空特性配备相互独立的双路抽真空机组，通过双路机组轮流工作以降低能耗，同时延长设备无故障工作时间。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明涉及一种真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其包括抽真空单元、氮气置换单元和控制单元；所述的抽真空单元包括分别通过抽真空管路与真空多层绝热低温容器夹层连通的短程抽气机组和长程抽气机组；所述的短程抽气机组包括与抽真空管路连通的油扩散真空泵以及与油扩散真空泵连通的双级旋片真空泵；所述的长程抽气机组包括与抽真空管路连通的罗茨真空泵以及与罗茨真空泵连通的单级旋片真空泵；所述的氮气置换单元包括氮气源、连接在氮气源和抽真空管路之间的气体加热器以及与真空多层绝热低温容器夹层连通的自动出气控制阀门；所述短程抽气机组、长程抽气机组及氮气置换单元均与控制单元通信连接。

优选地，所述的短程抽气机组和长程抽气机组共用一个抽真空管路，抽真空管路上设有第一气动高真空挡板阀和第一真空规管，抽真空管路用于连接短程抽气机组的一端还设有捕集阱，捕集阱的上方通过螺栓固定有钟罩，钟罩上设有两个第二真空规管，短程抽气机组与捕集阱连接。

优选地，所述的油扩散真空泵和双级旋片真空泵之间连接有第一真空阀门，第一真空阀门和油扩散真空泵间配有用于连接真空规管或检漏仪的第一预留接口。

优选地，所述的钟罩与罗茨真空泵之间连接有第二气动高真空挡板阀，罗茨真空泵与单级旋片真空泵之间连接有第二真空阀门，第二真空阀门和罗茨真空泵间设有用于连接真空规管或检漏仪的第二预留接口。

优选地，所述的捕集阱通过无氧铜管连接有用于向其提供低温制冷剂的制冷机，进而促使捕集阱捕捉油扩散泵产生的油蒸汽以及夹层产生的腊。

优选地，所述的第一气动高真空挡板阀配有独立气源。

优选地，所述的罗茨真空泵和油扩散真空泵均连接有用于向其提供冷却水的同一个冷水机。

优选地，所述的自动出气控制阀门与真空多层绝热低温容器夹层之间连接有夹层出气温度传感器；所述的氮气源与气体加热器之间连接有氮气管路压力传感器，气体加热器与抽真空管路之间连接有进气温度传感器、进气控制阀门和压力传感器。

优选地，所述的抽真空管路连接有用于驱动各气动阀门并使其与真空多层绝热低温容器夹层连接的空压机。

本发明还涉及一种基于上述真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的抽真空方法，其包括以下步骤：

1)设定夹层第一真空度阈值，长程抽气机组工作，短程抽气机组休息，长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层的真空度抽至低于夹层第一真空度阈值后，关闭长程抽气机组工作；

2)氮气置换单元向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，当真空多层绝热低温容器夹层的压力增至1个大气压，自动出气控制阀门打开，且氮气置换单元继续向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，使热氮气裹挟夹层材料受热释放出的水分和不凝性气体分子并排出夹层，该过程维持1～12h；

3)重复步骤1)和2)，完成氮气置换工艺；

4)设定夹层第二真空度阈值和夹层第三真空度阈值，采用长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层内的压强抽至低于夹层第二真空度阈值，关闭长程抽气机组，切换至短程真空机组继续对夹层抽真空，短程真空机组抽真空时，先开启双级旋片真空泵和制冷机，抽至真空度≤5Pa，再开启油扩散泵开始高真空抽气，直至真空多层绝热低温容器夹层真空度低于夹层第三真空度阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明涉及的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的抽真空单元包括短程抽气机组和长程抽气机组，长程抽气机组具备抽气能力大、短时耐温等功能，短程抽气机组具备低功耗短时间连续抽高真空能力，双路机组轮流工作以降低能耗，同时延长设备无故障工作时间；并且两者配合能完全满足真空多层绝热低温容器夹层抽真空要求，缩短抽空时间，获得优异的夹层真空度指标。

2.本发明涉及的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统不设液氮冷阱，增加了抽空管路流导、减少了抽空阻力、提升系统抽空效能，节约了工艺成本、简化了操作。

3.本发明涉及的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统抽真空管路第一气动高真空挡板阀配有独立气源，在突然停电情况下即刻关闭，切断待抽容器和系统，有效解决突然停电时泵油反抽进入夹层的问题，不受空压机掉电影响。

附图说明

图1为本发明涉及的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的示意图；

图2是本发明涉及的长程抽气机组的示意图；

图3是本发明涉及的短程抽气机组的示意图；

图4是本发明涉及的氮气置换单元的示意图；

图5是专用罐夹层冷态真空度随时间变化图。

其中：1、底盘；2、自动出气控制阀门；3、夹层出气温度传感器；4、抽真空口；5、第一真空规管；6、第一气动高真空挡板阀；7、第二真空规管；8、钟罩；9、捕集阱；10、第二气动高真空挡板阀；11、空压机；12、冷水机；13、第二真空阀门；14、单级旋片真空泵；15、第二预留接口；16、罗茨真空泵；17、双级旋片真空泵；18、第一真空阀门；19、第一预留接口；20、油扩散真空泵；21、独立气源；22、氮气管路压力传感器；23、氮气源；24、制冷机；25、气体加热器；26、进气温度传感器；27、进气控制阀门；28、控制单元；29、压力传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

参照附图1所示，本发明涉及的一种真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统包括底盘1、抽真空单元、氮气置换单元和控制单元28，抽真空单元、氮气置换单元和控制单元28均固定在底盘1上，短程抽气机组、长程抽气机组及氮气置换单元均与控制单元28通信连接。所述的抽真空单元包括短程抽气机组和长程抽气机组，短程抽气机组和长程抽气机组分别通过抽真空管路与真空多层绝热低温容器夹层连通，所述的抽真空管路连接有用于驱动抽真空阀门并将其与真空多层绝热低温容器夹层连接的空压机11，短程抽气机组和长程抽气机组共用一个抽真空管路，抽真空管路上设有第一气动高真空挡板阀6和抽空管路第二真空规管5，抽真空管路用于连接短程抽气机组的一端还设有捕集阱9，另一端连接真空多层绝热低温容器夹层的抽真空口4，捕集阱9的上方通过螺栓固定有钟罩8，钟罩8上设有两个第二真空规管7，捕集阱9通过无氧铜管连接有用于向其提供低温制冷剂的制冷机24，制冷剂采用氟利昂，进而促使捕集阱9捕捉油扩散泵产生的油蒸汽以及夹层产生的腊。第一气动高真空挡板阀6配有独立气源21，在突然停电情况下即刻关闭，切断待抽容器和系统，进而使抽真空不受空压机掉电影响。

参照附图1和3所示，所述的短程抽气机组包括与抽真空管路连通的油扩散真空泵20以及与油扩散真空泵20连通的双级旋片真空泵17，油扩散真空泵20和双级旋片真空泵17之间连接有第一真空阀门18，第一真空阀门18和油扩散真空泵20之间配有用于连接真空规管或检漏仪的第一预留接口19。

参照附图1和2所示，所述的长程抽气机组包括与抽真空管路连通的罗茨真空泵16以及与罗茨真空泵16连通的单级旋片真空泵14，钟罩8与罗茨真空泵16之间连接有第二气动高真空挡板阀10，罗茨真空泵16与单级旋片真空泵14之间连接有第二真空阀门13，第二真空阀门13和罗茨真空泵16之间设有用于连接真空规管或检漏仪的第二预留接口15。

上述的罗茨真空泵16和油扩散真空泵20均连接有用于向其提供冷却水的同一个冷水机12。

参照附图1和4所示，所述的氮气置换单元包括氮气源23、连接在氮气源23和抽真空管路之间的气体加热器25以及与真空多层绝热低温容器夹层连通的自动出气控制阀门2，自动出气控制阀门2与真空多层绝热低温容器夹层之间连接有夹层出气温度传感器3，用于检测从夹层输出的氮气的温度；所述的氮气源23与气体加热器25之间连接有用于检测氮气源23向夹层输入的氮气压力的氮气管路压力传感器22，气体加热器25与抽真空管路之间连接有用于检测氮气置换单元向夹层输入的氮气温度的进气温度传感器26、用于控制氮气进入夹层的进气控制阀门27和用于检测进入夹层的氮气压力的压力传感器29。

所述的控制单元28安装在电控柜中，电控柜上安装真空计、屏显记录仪、PLC、触摸式电子模拟屏，显示设备运行状态，完整记录运行过程；配备参数远传功能，供集群工作时远程监控。

采用上述真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的抽真空方法包括以下步骤：

1)设定夹层第一真空度阈值(夹层第一真空度阈值的取值范围在10Pa～300Pa之间)，长程抽气机组工作，短程抽气机组休息，即第二真空阀门13、第二气动高真空挡板阀10和第一气动高真空挡板阀6打开，长程抽气机组工作时，第一真空规管5检测真空度，当长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层的真空度抽至低于夹层第一真空度阈值后，控制单元28自动关闭长程抽气机组工作；

2)控制单元28气动气体加热器25，将置换氮气加热到设定温度范围，打开进气控制阀门27，氮气置换单元通过抽空管路向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，此过程第一真空规管5继续检测真空度，当真空多层绝热低温容器夹层的压力增至1个大气压，控制单元28打开自动出气控制阀门2，且氮气置换单元继续向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，使氮气裹挟夹层材料受热释放出的水分和不凝性气体分子并流出夹层，该过程维持1～12h；

3)重复步骤1)和2)，完成氮气置换工艺；

4)设定夹层第二真空度阈值(夹层第二真空度阈值取10Pa)和夹层第三真空度阈值(夹层第三真空度阈值取0.8Pa)，采用长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层内的压强抽至低于夹层第二真空度阈值，关闭长程抽气机组，切换至短程真空机组继续对夹层抽真空，即先关闭第二气动高真空挡板阀10，关闭罗茨真空泵16和单级旋片真空泵14，打开第一真空阀门18、第一气动高真空挡板阀6，开启双级旋片真空泵17，开启制冷机24，抽至真空度≤5Pa，再开启油扩散泵20开始高真空抽气，直至真空多层绝热低温容器夹层真空度低于夹层第三真空度阈值，容器夹层真空度满足要求后，关闭容器夹层抽空阀门，按顺序关闭第一气动高真空挡板阀6、油扩散泵20、双级旋片真空泵17，结束抽空。

上述真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的抽真空方法，主要针对当今主流的高真空多层绝热低温容器夹层抽空而设计制造，配合合理的抽空工艺，可以快速将低温容器夹层气体置换并抽除，将真空夹层对流导热降至最低、使得多层绝热结构得到最佳工作环境压力，从而使低温容器具备良好的绝热性能，可以储存深冷低温介质。

效果实施例一

兰州某公司用本发明涉及的系统对36台20m³～32m³某新型潜艇用低温容器实施夹层抽空。夹层有效容积为6～8m³；实现的夹层封口真空度为1.5×10^-4Pa～3.3×10^-3Pa，实现的夹层低温压强为6×10^-5Pa～3×10^-4Pa。4～14年后复测夹层低温压强未见明显变化，详见图5。

效果实施例二

2019年2月在无锡某公司对1只40呎LNG罐箱进行了真空度检测，真空夹层有效空间8.5m³。有效置换+抽空总计耗时6天，封口时内罐出气温度52℃，夹层真空度9.5×10^-4Pa，封口数据优秀，远超于现行国标NB/T47059-2017要求同型产品封结真空度指标为室温8×10^-2Pa，在行业中绝无仅有。

尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应当清楚在不脱离本发明所附的权利要求公开的范围和精神情况下，仍然可以进行多种修改、添加及替代。

Claims (10)

1.一种真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：其包括抽真空单元、氮气置换单元和控制单元；所述的抽真空单元包括分别通过抽真空管路与真空多层绝热低温容器夹层连通的短程抽气机组和长程抽气机组；所述的短程抽气机组包括与抽真空管路连通的油扩散真空泵以及与油扩散真空泵连通的双级旋片真空泵；所述的长程抽气机组包括与抽真空管路连通的罗茨真空泵以及与罗茨真空泵连通的单级旋片真空泵；所述的氮气置换单元包括氮气源、连接在氮气源和抽真空管路之间的气体加热器以及与真空多层绝热低温容器夹层连通的自动出气控制阀门；所述短程抽气机组、长程抽气机组及氮气置换单元均与控制单元通信连接。

2.根据权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的短程抽气机组和长程抽气机组共用一个抽真空管路，抽真空管路上设有第一气动高真空挡板阀和第一真空规管，抽真空管路用于连接短程抽气机组和长程抽气机组的一端还设有捕集阱，捕集阱的上方通过螺栓固定有钟罩，钟罩上设有两个第二真空规管，短程抽气机组与捕集阱连接。

3.根据权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的油扩散真空泵和双级旋片真空泵之间连接有第一真空阀门，第一真空阀门和油扩散真空泵间配有用于连接真空规管或检漏仪的第一预留接口。

4.根据权利要求2所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的钟罩与罗茨真空泵之间连接有第二气动高真空挡板阀，罗茨真空泵与单级旋片真空泵之间连接有第二真空阀门，第二真空阀门和罗茨真空泵间设有用于连接真空规管或检漏仪的第二预留接口。

5.根据权利要求2所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的捕集阱通过无氧铜管连接有用于向其提供低温制冷剂的制冷机。

6.根据权利要求2所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的第一气动高真空挡板阀配有独立气源。

7.根据权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的罗茨真空泵和油扩散真空泵均连接有用于向其提供冷却水的同一个冷水机。

8.根据权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的自动出气控制阀门与真空多层绝热低温容器夹层之间连接有夹层出气温度传感器；所述的氮气源与气体加热器之间连接有氮气管路压力传感器，气体加热器与抽真空管路之间连接有进气温度传感器、进气控制阀门和压力传感器。

9.根据权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统，其特征在于：所述的抽真空管路连接有用于驱动气动阀门并使其与真空多层绝热低温容器夹层连接的空压机。

10.一种基于权利要求1所述的真空多层绝热低温容器夹层用双程抽真空系统的抽真空方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1)设定夹层第一真空度阈值，长程抽气机组工作，短程抽气机组休息，长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层的真空度抽至低于夹层第一真空度阈值后，关闭长程抽气机组工作；

2)氮气置换单元向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，当真空多层绝热低温容器夹层的压力增至1个大气压，自动出气控制阀门打开，且氮气置换单元继续向真空多层绝热低温容器夹层提供热氮气，使热氮气裹挟夹层材料受热释放出的水分和不凝性气体分子并流出夹层，该过程维持1～12h；

3)重复步骤1)和2)，完成氮气置换工艺；

4)设定夹层第二真空度阈值和夹层第三真空度阈值，采用长程抽气机组将真空多层绝热低温容器夹层内的压强抽至低于夹层第二真空度阈值，关闭长程抽气机组，切换至短程真空机组继续对夹层抽真空，短程真空机组抽真空时，先开启双级旋片真空泵和制冷机，抽至真空度≤5Pa，再开启油扩散泵开始高真空抽气，直至真空多层绝热低温容器夹层真空度低于夹层第三真空度阈值。

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