液氮杜瓦作為真空絕熱深冷設(shè)備的核心代表，憑借雙層真空絕熱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)-196℃超低溫液氮的長期儲(chǔ)存與運(yùn)輸，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療樣本冷凍、化工深冷反應(yīng)、航天低溫試驗(yàn)等關(guān)鍵領(lǐng)域。其安全運(yùn)行的核心依賴于“真空絕熱層+承壓殼體”的雙重防護(hù)，而液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)作為驗(yàn)證杜瓦承壓性能、密封可靠性的關(guān)鍵手段，直接決定設(shè)備是否能在服役過程中抵御液氮?dú)饣蛎洰a(chǎn)生的壓力沖擊，是保障設(shè)備安全與工況穩(wěn)定的核心檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。本文將系統(tǒng)闡述液氮杜瓦液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)的核心價(jià)值、試驗(yàn)原理、規(guī)范流程及安全保障要點(diǎn)。
一、試驗(yàn)核心目的與適用范圍
液氮杜瓦液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)的核心目的，是模擬液氮在杜瓦內(nèi)自然汽化或強(qiáng)制汽化過程中的壓力升高工況，驗(yàn)證設(shè)備殼體、焊縫、閥門及密封部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與密封性能，確保其在設(shè)計(jì)壓力及瞬時(shí)超壓工況下無塑性變形、無泄漏。同時(shí)，通過試驗(yàn)可排查真空絕熱層失效、閥門老化等潛在隱患，為設(shè)備的安全服役提供數(shù)據(jù)支撐。
該試驗(yàn)的適用場景明確，主要包括：新造液氮杜瓦投產(chǎn)前的出廠檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；在用杜瓦的周期性維護(hù)檢驗(yàn)（建議每2年一次），及時(shí)發(fā)現(xiàn)長期使用中的性能衰減；杜瓦經(jīng)維修（如焊縫修補(bǔ)、閥門更換）后的性能復(fù)核，驗(yàn)證維修效果。試驗(yàn)全過程需嚴(yán)格遵循GB/T
18443.5《真空絕熱設(shè)備性能試驗(yàn)》及TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)要求，確保試驗(yàn)的合規(guī)性與權(quán)威性。
二、試驗(yàn)原理與核心參數(shù)
（一）試驗(yàn)核心原理
液氮在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為-195.8℃，其液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)具有顯著的體積膨脹特性——1升液氮完全汽化成常溫常壓下的氮?dú)?，體積可膨脹至637升。液氮杜瓦液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)正是利用這一特性，通過低溫液體泵將液氮輸送至汽化器，液氮在汽化器內(nèi)快速汽化成氮?dú)獠⑸郎刂两咏h(huán)境溫度（出口溫度通常低于環(huán)境溫度5℃），高壓氮?dú)怆S后注入被試杜瓦系統(tǒng)，使杜瓦內(nèi)壓力逐步升高至設(shè)定試驗(yàn)壓力，從而模擬實(shí)際服役中的氣化壓力工況，檢驗(yàn)設(shè)備的承壓與密封能力。
（二）關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)
試驗(yàn)參數(shù)的科學(xué)設(shè)定是保障試驗(yàn)有效性的基礎(chǔ)，核心參數(shù)包括：
-
試驗(yàn)介質(zhì)：優(yōu)先選用純度≥99.99%、露點(diǎn)≤-40℃的干燥氮?dú)?，?yán)禁使用氧氣或可燃?xì)怏w，避免引發(fā)氧化腐蝕或爆炸風(fēng)險(xiǎn)；
-
試驗(yàn)壓力：常規(guī)設(shè)定為杜瓦設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，例如設(shè)計(jì)壓力0.8MPa的常規(guī)杜瓦，試驗(yàn)壓力需達(dá)到1.0MPa；對于高壓杜瓦（設(shè)計(jì)壓力0.8-2.5MPa），需結(jié)合材料特性與絕熱層壓力疊加效應(yīng)進(jìn)行校核；
-
穩(wěn)壓時(shí)間：分階段升壓過程中，每級壓力穩(wěn)壓5分鐘進(jìn)行初期檢漏；達(dá)到試驗(yàn)壓力后穩(wěn)壓10分鐘，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；降壓至設(shè)計(jì)壓力后再次穩(wěn)壓，時(shí)長根據(jù)查漏需求確定；
-
溫度控制：汽化器出口氮?dú)鉁囟刃鑷?yán)格監(jiān)控，避免低溫氣體直接進(jìn)入杜瓦導(dǎo)致殼體溫度驟降引發(fā)脆裂，通常要求出口溫度不低于環(huán)境溫度5℃。
三、試驗(yàn)規(guī)范流程
液氮杜瓦液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)需遵循“前期準(zhǔn)備—系統(tǒng)安裝—分階段升壓—穩(wěn)壓檢漏—泄壓收尾”的邏輯流程，每個(gè)環(huán)節(jié)均需嚴(yán)格把控細(xì)節(jié)，確保試驗(yàn)安全與結(jié)果精準(zhǔn)。
（一）試驗(yàn)前期準(zhǔn)備
前期準(zhǔn)備是試驗(yàn)成功的前提，核心工作包括：
-
方案審批與技術(shù)交底：編制詳細(xì)試驗(yàn)方案，明確升壓曲線、安全預(yù)案及人員分工，經(jīng)建設(shè)單位與監(jiān)理單位審批通過后，對作業(yè)人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，確保其掌握操作流程與應(yīng)急處置方法；
-
杜瓦預(yù)處理：清空罐內(nèi)剩余液氮并導(dǎo)出至備用罐，用干燥氮?dú)獯祾吖迌?nèi)殘留介質(zhì)，避免低溫凍傷或介質(zhì)混合反應(yīng)；核對杜瓦出廠合格證、設(shè)計(jì)圖紙等資料，確認(rèn)容積、設(shè)計(jì)壓力、壁厚等關(guān)鍵參數(shù)；
-
設(shè)備與工具準(zhǔn)備：配備低溫液體泵、汽化器、不銹鋼連接管路、高精度壓力表（精度≤±1.6%）、截止閥門、安全閥、測溫計(jì)及便攜式氧氣報(bào)警儀等設(shè)備，所有設(shè)備需提前校驗(yàn)合格；準(zhǔn)備臨時(shí)盲板、密封墊片等輔助部件，確保材質(zhì)適配低溫高壓工況；
-
場地布置：選擇通風(fēng)良好的室外區(qū)域搭建試驗(yàn)場地，劃定警戒區(qū)并懸掛“低溫危險(xiǎn)”“高壓作業(yè)”等警示牌，安排專人值守禁止無關(guān)人員進(jìn)入；泄放口需延伸至高于操作面4米的安全區(qū)域，避免氮?dú)夥e聚引發(fā)缺氧風(fēng)險(xiǎn)。
（二）系統(tǒng)安裝與調(diào)試
系統(tǒng)安裝需保障密封性與穩(wěn)定性：采用地腳螺栓固定低溫液體泵，減少運(yùn)行震動(dòng)；汽化器安裝在通風(fēng)良好的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)需堅(jiān)實(shí)防火、清除油脂，并用四氯化碳沖洗管路去除油污，再用氮?dú)獯祾唠s質(zhì)與水分；所有連接管路、閥門及管件均采用不銹鋼材質(zhì)，避免碳鋼低溫脆化，管路接口采用金屬墊或聚四氟乙烯密封件，確保低溫密封可靠。安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)調(diào)試，升壓至5MPa穩(wěn)壓10分鐘，確認(rèn)汽化器、管路及閥門無泄漏后投入使用。
（三）分階段升壓與穩(wěn)壓檢漏
升壓過程需緩慢平穩(wěn)，避免壓力驟升引發(fā)沖擊載荷，具體步驟為：
-
預(yù)冷啟動(dòng)：打開液氮槽車閥門與液體泵放空口，對泵體預(yù)冷30分鐘，直至放空口有液氮穩(wěn)定流出后關(guān)閉放空口，開啟汽化器與杜瓦之間的閥門；
-
分級升壓：將液體泵調(diào)速器調(diào)至小，啟動(dòng)電機(jī)緩慢升壓，按“0→0.3MPa→0.6MPa→試驗(yàn)壓力”的階段逐步提升，每級壓力穩(wěn)壓5分鐘，通過壓力表實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力變化，并用肥皂水涂抹焊縫、閥門接口等關(guān)鍵部位，檢查是否有氣泡泄漏；
-
穩(wěn)壓檢驗(yàn)：達(dá)到試驗(yàn)壓力后，關(guān)閉液體泵、進(jìn)氣閥門及液氮閥門，穩(wěn)壓10分鐘，觀察壓力表讀數(shù)無下降；隨后緩慢降壓至設(shè)計(jì)壓力，再次穩(wěn)壓并全面檢漏，確認(rèn)無泄漏、無異常聲響及殼體變形為合格；
-
異常處置：若發(fā)現(xiàn)泄漏，立即停止升壓并做好漏點(diǎn)標(biāo)記，待完全泄壓后進(jìn)行修補(bǔ)，嚴(yán)禁帶壓緊固螺栓或補(bǔ)焊；修補(bǔ)完成后需重新進(jìn)行試驗(yàn)。
（四）試驗(yàn)后收尾
試驗(yàn)合格后，緩慢打開泄放口閥門泄壓，直至壓力完全釋放，全程需有專人監(jiān)護(hù)泄放區(qū)域；拆除臨時(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)、盲板及假件，按設(shè)計(jì)圖紙恢復(fù)杜瓦原有管路與閥件，安裝正式墊片并緊固螺栓；用干燥氮?dú)猓饵c(diǎn)≤-40℃）吹掃罐內(nèi)殘留水分，防止低溫下結(jié)冰堵塞管道，對閥門接口涂抹硅基低溫潤滑脂，封閉罐口并張貼試驗(yàn)合格標(biāo)識；后整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編制包含設(shè)備信息、試驗(yàn)參數(shù)、檢漏結(jié)果及合格判定的試驗(yàn)報(bào)告，經(jīng)審核后歸檔留存。
四、安全保障體系
液氮的超低溫特性（-196℃）與氮?dú)獾闹舷L(fēng)險(xiǎn)，加之高壓試驗(yàn)工況，決定了安全保障是試驗(yàn)的核心前提，需從防護(hù)裝備、過程管控、應(yīng)急處置三方面構(gòu)建完整體系。
（一）個(gè)人防護(hù)要求
作業(yè)人員必須穿戴全套低溫防護(hù)裝備，包括防寒服、防沖擊護(hù)目鏡、低溫專用手套、closed
shoes（嚴(yán)禁穿拖鞋、短褲），嚴(yán)禁佩戴金屬首飾或手表，避免低溫吸附導(dǎo)致皮膚凍傷；全程攜帶便攜式氧氣報(bào)警儀，確保試驗(yàn)區(qū)域氧氣濃度不低于19.5%，防止氮?dú)夥e聚引發(fā)窒息。
（二）過程安全管控
試驗(yàn)過程中，警戒區(qū)需專人24小時(shí)值守，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入；升壓、穩(wěn)壓及泄壓操作均需緩慢進(jìn)行，壓力變化速率控制在0.1MPa/min以內(nèi)，避免沖擊載荷；實(shí)時(shí)監(jiān)控汽化器出口溫度與杜瓦殼體溫度，防止低溫脆裂；安全閥需提前校驗(yàn)合格，開啟壓力設(shè)定為設(shè)計(jì)壓力的1.05-1.1倍，確保超壓時(shí)能自動(dòng)泄壓。
（三）應(yīng)急處置措施
若發(fā)生液氮泄漏，立即停止試驗(yàn)并疏散人員，關(guān)閉相關(guān)閥門切斷氣源；少量泄漏時(shí)，待其自然汽化后通風(fēng)置換；大量泄漏（如溢出至走廊）時(shí)，立即拉響火警并疏散整棟建筑人員，留守人員需在安全距離引導(dǎo)救援；若氧氣報(bào)警儀觸發(fā)，立即撤離至室外通風(fēng)區(qū)域，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室門防止氮?dú)鈹U(kuò)散，聯(lián)系安全管理人員處置，嚴(yán)禁在報(bào)警未解除前返回現(xiàn)場；若發(fā)生人員凍傷，立即將受傷部位放入38-42℃溫水中復(fù)溫，嚴(yán)禁揉搓或用熱水直接沖洗，同時(shí)送醫(yī)救治。
五、試驗(yàn)結(jié)果判定與總結(jié)
液氮杜瓦液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)的合格判定標(biāo)準(zhǔn)為：試驗(yàn)過程中無泄漏（肥皂水檢漏無氣泡）、無異常聲響，杜瓦殼體無塑性變形、無裂紋；試驗(yàn)壓力與設(shè)計(jì)壓力下的穩(wěn)壓階段，壓力表讀數(shù)無明顯下降（壓力波動(dòng)≤±10%）；安全閥、壓力表等附件動(dòng)作正常，符合設(shè)計(jì)要求。
作為液氮杜瓦安全保障的核心環(huán)節(jié)，液氮?dú)饣瘔毫υ囼?yàn)需嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從參數(shù)設(shè)定、流程管控到安全防護(hù)形成全鏈條管理。通過科學(xué)的試驗(yàn)手段，不僅能驗(yàn)證設(shè)備的出廠質(zhì)量與服役性能，更能及時(shí)排查潛在安全隱患，為醫(yī)療、化工、航天等領(lǐng)域的低溫工況穩(wěn)定運(yùn)行提供關(guān)鍵支撐。未來，隨著大型化、高壓化液氮杜瓦的應(yīng)用拓展，試驗(yàn)技術(shù)將向自動(dòng)化壓力監(jiān)控、精準(zhǔn)漏點(diǎn)定位等方向升級，進(jìn)一步提升試驗(yàn)效率與安全性。
