45Mpa液氮汽化裝置調(diào)試

韓建華

（航天六院一六五所機(jī)電環(huán)境院，陜西 西安710100）

0 引言

21世紀(jì)以來，隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)低壓供配氣系統(tǒng)已不能滿足其領(lǐng)域流體輸送系統(tǒng)日漸增長的用氣要求，高壓供配氣系統(tǒng)取代低壓供配氣系統(tǒng)已成為必然趨勢。45Mpa液氮汽化裝置相比低壓運(yùn)輸可有效提高氮?dú)膺\(yùn)輸效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，提高生產(chǎn)效率，在0XX工程中配合高壓氣瓶車得到了廣泛使用。

1 系統(tǒng)簡介

擬調(diào)試裝置中的設(shè)備和管道主要包括：低溫液體貯罐[1](主要參數(shù)：20m3、0.8MPa)、低溫液體泵(產(chǎn)品型號DBP800/450，主要參數(shù)：800L/h、45MPa)、空溫式汽化器(產(chǎn)品型號QQN-1200/450，主要參數(shù)：1200Nm3/h、45MPa)、45MPa充氣配氣板及其它閥門、儀表、管線等。

系統(tǒng)流程簡介：試驗(yàn)介質(zhì)液氮經(jīng)Ф57×3.5低溫管道充入液氮貯罐存儲(chǔ)，貯罐上安裝液位計(jì)、壓力表和壓力傳感器，可實(shí)現(xiàn)液位和壓力監(jiān)測。調(diào)試時(shí)打開貯罐出液口閥門，將液氮輸送至兩臺(tái)液氮泵，將壓力增至45MPa。根據(jù)泵的使用需要設(shè)低壓回氣管路將氣化的液氮回收到貯罐；泵后設(shè)高壓回液管路回收調(diào)試管路中的液氮；安全閥可在管路超壓時(shí)起跳，防止管路超壓；單向閥防止液氮逆流；壓力表和壓力傳感器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測。45MPa液氮經(jīng)汽化器汽化成常溫氮?dú)?，再輸送?5MPa充氣配氣板給其他配氣板和氣瓶車供氣。汽化器后設(shè)安全閥可在管路超壓時(shí)起跳，防止管路超壓；溫度傳感器對氮?dú)鉁囟冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[2-3]。

2 調(diào)試過程

2.1 系統(tǒng)吹掃

按照GB50235《工業(yè)金屬管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定吹掃流速不宜小于20m/s，吹掃結(jié)果通過在排氣口設(shè)置的貼白綢布或涂白漆的木制靶板檢驗(yàn)，5min內(nèi)靶板上無鐵銹塵土水分及其他雜物應(yīng)為合格；或者在放氣口連接5μm過濾器，持續(xù)收集3min，連續(xù)兩次過濾器迎風(fēng)面可見顆粒物均不超過3個(gè)為合格[4-6]。

2.2 系統(tǒng)露點(diǎn)檢測

對吹掃完成設(shè)備出口氮?dú)鈾z測的露點(diǎn)和氮?dú)饧兌鹊戎笜?biāo)，應(yīng)符合GJB3403《氮?dú)夂鸵旱?guī)范》要求，露點(diǎn)要求≤-53.3℃合格[6]。

2.3 系統(tǒng)氣密性檢查

2.3.1 低壓管路氣密性檢查

打開貯罐加注管路、液氮泵進(jìn)液管路閥門，由加注管路備用接口充入0.8Mpa氮?dú)猓瑢Φ蛪汗艿肋M(jìn)行氣密檢查。在各管段管路連接處涂刷檢漏液，保壓10min，觀察是否有漏氣現(xiàn)象。若有漏氣則進(jìn)行管路泄壓，用扳手對該處緊固件進(jìn)行緊固。對漏點(diǎn)排除完成后，重復(fù)充氣保壓檢漏過程，直至不再有漏點(diǎn)存在。

2.3.2 高壓管路氣密性檢查

低壓管道氣檢完成后，對貯罐加注液氮，進(jìn)行高壓管道氣密檢查。關(guān)閉20m3/0.8MPa液氮貯罐底部進(jìn)液閥門，打開貯罐泵進(jìn)液閥門、回液管路閥門，檢查液氮泵出口壓力設(shè)定為5MPa。全開液氮泵回氣管路上的氣體回流閥（DN20）和泵后壓力表閥，對泵進(jìn)行預(yù)冷。當(dāng)泵冷卻完畢（冷卻時(shí)間約15～20分鐘），泵即可開機(jī)，此時(shí)氣體回流閥、泵前進(jìn)液閥保持全開狀態(tài)。觀察各管路工作狀態(tài)，應(yīng)無明顯震動(dòng)，無肉眼可見變形和泄漏，說明液氮泵進(jìn)液、回氣管路氣密試驗(yàn)合格。打開液氮泵回液閥（DN20），啟動(dòng)液氮泵，觀察泵的工作情況，觀察泵后壓力表數(shù)值。此時(shí)經(jīng)液氮泵增壓的液氮通過回液管路流回貯罐，壓力表數(shù)值增加不明顯，表明液氮泵工作情況正常。關(guān)閉泵后回液閥，壓力表數(shù)值逐漸上升。液氮通過泵后出液管路閥門（DN20），充入汽化器，汽化器開始工作。產(chǎn)生5Mpa氮?dú)夂箨P(guān)閉泵出口閥門，打開液氮泵回液管路，使液氮泵不再為管路增壓，關(guān)閉45Mpa充氣配氣板閥門，利用液氮泵產(chǎn)生的氮?dú)鈱Ω邏簹饴饭艿肋M(jìn)行氣密性檢查，在管路接口處涂刷檢漏液，保壓10min，觀察是否有漏氣現(xiàn)象。若有漏氣則使用皂泡法對漏點(diǎn)進(jìn)行查找，然后對管路泄壓，用扳手對該處緊固件進(jìn)行緊固。對漏點(diǎn)排除完成后，重復(fù)充氣保壓檢漏過程，直至不再有漏點(diǎn)存在。即完成系統(tǒng)5Mpa氣密檢查。

重復(fù)以上過程，逐步提升泵后壓力，分別為10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa、30Mpa、35Mpa、40Mpa、45Mpa（注：在做45Mpa系統(tǒng)氣密時(shí)，需適當(dāng)開啟排液閥，防止管路剩余液氮汽化后使管道壓力增高）各壓力下均無漏點(diǎn)后，系統(tǒng)氣密調(diào)試完畢。

2.4 系統(tǒng)調(diào)試

打開20m3/0.8MPa液氮貯罐排液閥（DN15），緩慢打開液氮進(jìn)液閥門給管路送液，此時(shí)放氣閥排出汽化的液氮。觀察放氣閥，待排氣口可見液氮流出時(shí)，再繼續(xù)排液10min，對管道預(yù)冷。管道預(yù)冷結(jié)束后，關(guān)閉貯罐進(jìn)液管路放氣閥（DN15），緩慢打開液氮貯罐底部進(jìn)液閥給貯罐充液。觀察貯罐液位計(jì)和壓力表讀數(shù)，充液到預(yù)定容量后緩慢關(guān)閉貯罐底部進(jìn)液閥。貯罐充液結(jié)束后，打開貯罐進(jìn)液管路放氣閥（DN15）、管路放氣閥將管道內(nèi)剩余的液氮排放掉。排放結(jié)束后關(guān)閉進(jìn)液管路各閥門。

兩臺(tái)液氮泵先進(jìn)行單臺(tái)調(diào)試，合格后可同時(shí)調(diào)試。

2.4.1 液氮泵進(jìn)液、回氣管路調(diào)試

打開20m3/0.8MPa液氮貯罐下方出液管路閥門和回液管路閥門，檢查液氮泵出口壓力設(shè)定為45MPa。全開液氮泵回氣管路上的氣體回流閥（DN20）和泵后壓力表閥，再全開泵前進(jìn)液閥，對泵進(jìn)行預(yù)冷。當(dāng)泵冷卻完畢（冷卻時(shí)間約15～20分鐘），泵即可開機(jī)，這時(shí)氣體回流閥，泵前進(jìn)液閥閥門仍處于全開狀態(tài)。觀察各管路工作狀態(tài)，應(yīng)無明顯震動(dòng)，無肉眼可見變形和泄漏，判定液氮泵進(jìn)液、回氣管路氣密試驗(yàn)合格。

2.4.2 液氮泵回液管路調(diào)試

打開液氮泵回液閥（DN20），啟動(dòng)液氮泵，觀察泵的工作情況，觀察泵后壓力表數(shù)值。此時(shí)液氮泵增壓的液氮通過回液管路流回貯罐，壓力表數(shù)值增加不明顯。液氮泵持續(xù)工作10min，觀察回液管路工作狀態(tài)，應(yīng)無明顯震動(dòng)，無肉眼可見變形和泄漏，判定液氮泵回液管路調(diào)試合格。

2.4.3 液氮泵工作狀態(tài)調(diào)試

初步預(yù)冷后，啟動(dòng)電機(jī)，低溫泵投入工作，正常情況下，泵啟動(dòng)后出現(xiàn)以下現(xiàn)象說明泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常：a.泵的排出管路開始結(jié)霜。b.可聽到輕微的震動(dòng)聲，證明泵的進(jìn)、排出閥正在工作。c.排出管路上的壓力表將顯示逐漸增加的壓力。

2.4.4 液氮泵后和汽化器管路調(diào)試

打開泵后出液管路至目標(biāo)氣瓶之間全部閥門，關(guān)閉泵后回液閥，壓力表數(shù)值逐漸上升，泵后壓力表數(shù)值穩(wěn)定在45MPa后，45MPa液氮充入汽化器，汽化器開始工作。

汽化器工作穩(wěn)定后，觀察泵出口至汽化器后閥門之間的各管路工作狀態(tài)，應(yīng)無明顯震動(dòng)，無肉眼可見變形。液氮管路應(yīng)無肉眼可見泄漏。常溫氮?dú)夤苈酚梅试硭磕ǜ鬟B接處，不應(yīng)漏氣。泵后和汽化器管路調(diào)試合格。

2.4.5 氣瓶車充氣試驗(yàn)

汽化器后氮?dú)饨?jīng)過DN25閥門給45MPa充氣配氣板送氣。觀察溫度傳感器顯示溫度，要求不低于環(huán)境溫度10℃。高壓氮?dú)饨?jīng)過45Mpa充氣配氣臺(tái)氣源進(jìn)氣閥給配氣臺(tái)集氣管充氣，確保配氣板上氣源壓力表閥保持打開狀態(tài)。觀察壓力表數(shù)值穩(wěn)定在45MPa，則說明45MPa氮?dú)馔ㄟ^氣瓶車充氣送氣閥，能給氣瓶車送氣。最后氮?dú)馔ㄟ^軟管進(jìn)入氣瓶車，確保氣瓶車充氣閥門處于打開狀態(tài)，對氣瓶車充氣，待氣瓶車壓力表顯示充滿后，關(guān)閉配氣板、氣瓶車充氣閥門，打開放氣閥門，注：管道泄壓后方可拆除連接軟管。

打開配氣臺(tái)集氣管放氣閥，對集氣管和氣瓶車管路放氣。

調(diào)試結(jié)束后，應(yīng)首先關(guān)閉容器下方出液管路閥門、回液管路閥門和兩臺(tái)泵的回氣閥，然后再切斷泵的電機(jī)電源，打開回氣管路放空閥（DN8），放掉殘液。關(guān)閉汽化器前的閥門（DN20），打開泵后排氣閥（DN8），對泵出液管路放氣。打開泵后回液管路閥門，對泵回液管路放氣。打開汽化器前排氣閥（DN10），對汽化器至45MPa充氣配氣板管路放氣。

2.5 調(diào)試中存在問題及解決方法

調(diào)試過程中主要存在兩個(gè)問題：

（1）液氮泵出口單向閥在氣檢過程中存在低壓漏氣現(xiàn)象，經(jīng)與廠家溝通后，了解到該型號高壓單向閥，在低于4.5Mpa時(shí)產(chǎn)生內(nèi)漏屬于正常情況；

（2）一臺(tái)液氮泵在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)氣蝕較嚴(yán)重，排查管道保溫，液體進(jìn)口溫度等因素后，發(fā)現(xiàn)泵自帶單向閥密封性不強(qiáng)，在泵頭運(yùn)作過程中會(huì)產(chǎn)生氣蝕，經(jīng)廠家更換后解決。

通過以上兩個(gè)問題可以看出，單向閥在系統(tǒng)中的作用非常重要，同時(shí)也是系統(tǒng)易于產(chǎn)生問題的地方，在以后的系統(tǒng)調(diào)試中需多加注意。

3 總結(jié)

0XX工程氮?dú)夤┡錃庀到y(tǒng)45Mpa液氮汽化裝置調(diào)試過程中涉及低溫容器、低溫閥門、低溫液體泵、配氣臺(tái)、氣瓶車等低溫高壓設(shè)備，調(diào)試難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。本文主要針對該系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)試過程進(jìn)行總結(jié)，為以后相似系統(tǒng)的調(diào)試提供參考。

［1］GB 18442-2001低溫絕熱壓力容器[S].

［2］GB/T 18443.1～5-2001低溫絕熱壓力容器試驗(yàn)方法[S].

［3］JB 6878-1997低溫液體貯運(yùn)設(shè)備使用安全規(guī)則[S].

［4］QJ 2652-94配氣臺(tái)通用規(guī)范[S].

［5］GB 50185-2010工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

［6］QJ 2850-96航天產(chǎn)品多余物預(yù)防和控制[S].