鋼瓶的管理及處理工藝改進(jìn)研究

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)。對于此現(xiàn)象，對鋼瓶進(jìn)行全面分析，且實(shí)施科學(xué)合理的措施加以處理，針對氫氣含量變多的問題，探析相關(guān)的處理方式與途徑。

2 鋼瓶的相關(guān)原則

2.1 安全儲存原則

1.將鋼瓶放置在專門倉庫儲存，遵循相關(guān)法規(guī)，并設(shè)有專業(yè)人員對鋼瓶庫房以及存放場所進(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.在倉庫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，防止被太陽直射；儲存間應(yīng)該配有通風(fēng)以及降溫設(shè)備，不允許管線穿過。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存時(shí)間，同時(shí)應(yīng)盡可能避開放射線源。4.空瓶以及實(shí)瓶需要分開放置，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，不會出現(xiàn)生銹以及掉屑現(xiàn)象，在潔凈要求嚴(yán)格的場合，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。就塑型推車而言，運(yùn)輸中有著諸多優(yōu)勢，可以避免出現(xiàn)腐蝕、不會形成噪音、無需進(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)間較長且對路面要求很低。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.鋼瓶內(nèi)氣體彼此接觸，會導(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輛輸送。5.當(dāng)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，需要將氣瓶固定到位，車廂需要超過氣瓶高度的2/3，垛高需要低于5層，同時(shí)需要低于車廂高度。6.在炎熱季節(jié)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，需要配備遮陽設(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)同熱源分開放置，防止暴曬及巨大振動現(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等[3]。另一方面，應(yīng)在鋼瓶上涂抹各種各樣的顏色，并對氣體名稱進(jìn)行標(biāo)注。

第二，高壓氣瓶減壓器應(yīng)選取相應(yīng)的類型，在安裝的過程中，應(yīng)保證螺口足夠緊，避免產(chǎn)生泄漏問題；在對減壓器及開關(guān)閥進(jìn)行啟動及關(guān)閉的過程中，動作不得過快；在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需先運(yùn)行開關(guān)閥，再將減壓器啟動；在使用結(jié)束之后，立刻關(guān)掉開關(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)用過程中操作人員需要站在同接口處呈90°的地方。在這一過程中，避免對瓶體進(jìn)行敲打，同時(shí)對漏氣情況進(jìn)行檢查，對壓力表讀數(shù)多加重視。

第四，氧氣瓶及氫氣瓶的操作需運(yùn)用專門的工具，同時(shí)操作過程應(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10 m，若是無法滿足這一條件，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程中出現(xiàn)事故。

第七，不管什么類型的氣瓶，都應(yīng)定期開展技術(shù)檢查，對于常規(guī)氣體氣瓶而言，建議每3 a開展一次檢驗(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)域常常會借助大面積物質(zhì)完成吸附過程。表面所積蓄的組分，即是吸附質(zhì)。從廣義層面上來看，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，有著相對大的吸附熱?；どa(chǎn)過程中，吸附常常用來處理流體，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，如通過對木炭的使用，進(jìn)而達(dá)到除臭的目的?；谛滦臀絼┑某霈F(xiàn)，再加上吸附分離技術(shù)的進(jìn)步，使得吸附分離過程越來越節(jié)能，其產(chǎn)品純度也逐漸提升，操作溫度也相對較低，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)來分析，往往會產(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，如對高純度氮?dú)獾牟杉５谒?，對精餾無法分離的物質(zhì)開展分離處理，如烯烴分離。第五，對廢氣及廢水進(jìn)行處理，如對高爐廢氣中含有的二氧化碳等進(jìn)行回收處理，對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程。一般是促使被吸附的部分飽和，通過吸附劑進(jìn)行析出，進(jìn)而達(dá)到吸附劑再生。也就是說，基于相應(yīng)條件，吸附在表面的物質(zhì)會與其分離，從而再次進(jìn)入體相中，這一過程也叫做解吸。通常來講，不能開展吸附的條件，一般都能開展脫附，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)是不會出現(xiàn)變化的。化學(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，一般都會通過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。通過對該種脫附方式的優(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，后來提高到17.9×10-6，別的組分沒有出現(xiàn)改變。氣體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致通過這一氣體所制造的燈泡質(zhì)量不佳。為此，深入探究瓶內(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)量問題。

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對儀器設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定化驗(yàn)，明確儀器沒有問題。在此之后，針對管道測量點(diǎn)，開展深入的跟蹤研究，得知?dú)錃夂慷荚?.3×10-6上下，據(jù)此確認(rèn)設(shè)備與管道沒有問題。因此問題源于鋼瓶本身，故對鋼瓶開展分析，分析結(jié)果同管道分析結(jié)果進(jìn)行對比，得知每一項(xiàng)指標(biāo)都差不多。另外，對存放一定時(shí)間的鋼瓶開展再次檢測，發(fā)現(xiàn)其中的氫組分出現(xiàn)了改變，隨后對其進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)無論是進(jìn)口還是國產(chǎn)的鋁合金氣瓶，它們的氫組分幾乎沒有改變，而國產(chǎn)鋼瓶的氫氣含量顯著提高，大概擴(kuò)大至十倍。結(jié)合檢測分析可知，鋼瓶處理存在一定的不足之處，對此，對鋼瓶實(shí)行改造處理，對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，來充裝上文所述的兩種氣體，瓶內(nèi)使用的是鍍鋅以及鎳，鍍層有著較好的光滑性，沒有進(jìn)行過清洗，僅通過常規(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)的解體檢查過程中也得到了證明。3.解體檢查與擬處理。今年六月份對鋼瓶開展了解體檢查，發(fā)現(xiàn)氣瓶內(nèi)表面不光滑，電鍍層缺乏均勻性，局部沒有成功電鍍，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)而會形成氫氣[6]。另外，因?yàn)槠溴儗硬粔蛄己?，局部沒有成功電鍍，進(jìn)而在氣瓶內(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)動致使部分被吸附的氫氣脫附，致使氫氣含量變多。

通過上述原因分析，后續(xù)對鋼瓶進(jìn)行加熱處理，抽高真空，對被吸附的氫氣進(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，可以通過容器添加開水，進(jìn)一步來加熱鋼瓶，但因?yàn)檎婵毡媚芰Υ嬖跇O值，且難以對其真空度進(jìn)行檢測，所以還未從源頭上有效處理氫氣含量增多的問題。

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)的檢測系統(tǒng)對抽空情況進(jìn)行定性以及定量檢測。通過電加熱器可以智能設(shè)置瓶內(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，通過對不銹鋼的使用，來完成對管道的焊接處理，將其同鋼瓶進(jìn)行相連，選擇級別較高的紋管，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，對氪氣開展跟蹤研究，在充入氣體之后，通過三次測定沒有出現(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.檢測管；4.玻璃管；5.鋼瓶；6.電加熱器

7 結(jié) 論

綜上所述，氣瓶內(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、鋁合金瓶以及國內(nèi)部分廠家通過噴砂處理的鋼瓶。結(jié)合新裝置使用狀況可知，通過真空機(jī)組、電加熱器、品質(zhì)有保障的閥門以及連接管的選用來開展加熱抽空工作，能夠有效減少部分國產(chǎn)鋼瓶質(zhì)量不理想的情況。通常借助火花檢測儀來開展真空度檢測，沒有實(shí)行定量檢測，所以不易觀察抽真空效果，不能確保瓶處理質(zhì)量。對此，就有關(guān)的廠家來講，應(yīng)優(yōu)先考慮真空度檢測裝置，以便能夠達(dá)到定量檢測要求，獲取良好的瓶處理效果，防止由于處理效果不好對充氣質(zhì)量造成影響。