低温罐作为存储液氮、液氧、液氩等低温介质的核心设备，其内部压力稳定是保障安全运行的关键指标。在实际使用中，压力异常升高不仅可能导致安全阀起跳、介质泄漏等问题，严重时还会引发罐体超压损坏，甚至造成爆炸、冻伤等安全事故。从设备结构与工作原理来看，压力异常升高的根源多指向特定部件的故障或失效，需结合低温罐的 “绝热 - 制冷 - 安全控制” 三大核心系统，逐一排查关键部件的功能异常。
一、安全泄压系统部件故障：压力 “排泄通道” 失效
低温罐的安全泄压系统是防止压力超标的一道防线，该系统通过安全阀、爆破片、紧急切断阀等部件协同工作，确保罐内压力始终处于安全范围。当这些部件出现故障时，罐内多余压力无法及时排出，极易引发压力骤升。
（一）安全阀卡滞或失效
安全阀是低温罐核心的泄压部件，其原理是当罐内压力超过设定值时，阀芯自动开启排出介质，压力降至阈值后自动关闭。若安全阀出现以下故障，将直接导致泄压功能失效：
阀芯与阀座卡滞：低温罐长期使用中，介质中的杂质（如液态介质汽化后携带的微量固体颗粒）或低温环境下的金属冷缩变形，可能导致阀芯与阀座之间出现卡滞。例如，存储液氧的低温罐中，若介质含微量油脂或氧化物，会在阀芯密封面形成黏性附着物，使阀芯无法正常开启；此外，安全阀长期未开启（如低频次使用场景），阀芯与阀座可能因低温下的金属粘连而 “卡死”，即使压力超标也无法动作。
弹簧弹力衰减或断裂：安全阀的开启与关闭依赖弹簧的弹力调节，低温环境会加速弹簧的疲劳老化 —— 低温下金属弹簧的弹性模量下降，长期处于低温状态会导致弹簧出现 “冷脆” 现象，表现为弹力逐渐衰减，甚至在压力冲击下断裂。当弹簧弹力不足时，阀芯无法在设定压力下及时开启，导致罐内压力持续升高；若弹簧断裂，阀芯将彻底失去复位能力，要么长期关闭无法泄压，要么开启后无法闭合造成介质持续泄漏（后续可能因外界热量侵入引发压力反升）。
设定压力漂移：安全阀的设定压力需与低温罐的设计压力匹配（通常为设计压力的 1.05-1.1 倍），若因人为调整失误、校验设备精度不足或阀芯磨损导致设定压力漂移，会使安全阀的开启压力高于实际安全阈值。例如，某低温罐设计压力为 0.8MPa，安全阀设定压力误调至 1.0MPa，当罐内压力升至 0.9MPa 时，安全阀仍未开启，导致压力继续升高至危险范围。
（二）爆破片破裂失效或选型错误
爆破片作为安全阀的辅助泄压部件，通常与安全阀串联或并联使用，当安全阀失效时，爆破片可在超压时破裂泄压。但爆破片的故障同样会导致压力失控：
爆破片提前破裂或疲劳损坏：爆破片的额定爆破压力需严格匹配低温罐参数，若选用的爆破片厚度不足、材质耐低温性能差（如普通金属爆破片在 - 196℃液氮环境下出现冷脆开裂），或长期受罐内压力波动冲击，会导致爆破片提前破裂 —— 破裂后的爆破片虽能暂时泄压，但后续若介质持续汽化，压力会再次升高；此外，爆破片若存在制造缺陷（如边缘裂纹、材质不均），在低温与压力交替作用下，会快速出现疲劳损坏，失去应急泄压能力。
爆破片与安全阀联动故障：部分低温罐采用 “安全阀 + 爆破片” 串联设计（爆破片位于安全阀入口侧），若两者之间的隔断阀未开启、或爆破片破裂后碎片堵塞安全阀入口，会导致安全阀无法正常工作。例如，某液氩低温罐的爆破片破裂后，碎片卡在安全阀阀芯与阀座之间，既阻碍了安全阀开启，又导致罐内压力通过爆破片破裂处缓慢泄漏，外界热量随空气侵入罐内，进一步加速液氩汽化，形成 “压力升高 - 泄漏 - 热量侵入 - 汽化加剧” 的恶性循环。
（三）紧急切断阀关闭异常
紧急切断阀通常安装在低温罐的进液管、出液管上，当罐内压力超限时，应自动关闭以切断介质补给或输出，防止压力继续升高。若紧急切断阀出现以下故障，将失去压力控制作用：
电磁阀或气动执行器故障：紧急切断阀多采用电磁阀或气动驱动，低温环境会影响电气元件的性能 —— 电磁阀线圈在低温下绝缘层易硬化开裂，导致电路短路或断路，无法接收压力信号；气动执行器的气缸在低温下密封件会收缩变形，导致压缩空气泄漏，无法推动阀门关闭。例如，某液氮低温罐的紧急切断阀电磁阀因 - 196℃低温导致线圈断线，当罐内压力升至 0.7MPa（设定切断压力 0.6MPa）时，阀门仍处于开启状态，持续接收外部补给的液氮，罐内压力进一步升高。
阀杆卡滞或密封面损坏：紧急切断阀的阀杆长期在低温环境下往复运动，若润滑脂选型不当（如普通润滑脂在低温下凝固），会导致阀杆卡滞，无法正常关闭；此外，若介质中含有杂质，会磨损阀门密封面，导致阀门关闭后仍存在内漏 —— 进液管侧的内漏会使外部介质持续流入罐内，出液管侧的内漏则会导致罐内介质泄漏，外界热量侵入加速汽化，两者均可能引发压力升高。
二、绝热保温系统部件故障：热量侵入加速介质汽化
低温罐的核心功能依赖 “高真空绝热” 或 “真空粉末绝热” 技术，通过减少外界热量侵入，维持罐内低温环境，减缓介质汽化速度。若绝热系统的关键部件出现故障，外界热量会大量侵入罐内，导致低温介质快速汽化，罐内气相空间压力急剧升高。
（一）真空夹层泄漏或真空度下降
无论是双层金属真空低温罐，还是玻璃纤维缠绕真空低温罐，其绝热性能均依赖内外罐之间的真空夹层（真空度通常要求≤1Pa）。当真空夹层出现泄漏或真空度下降时，绝热效果会大幅衰减：
真空夹层密封失效：真空夹层的密封依赖焊接接头、法兰密封件等部件，若焊接接头存在未焊透、裂纹等缺陷，或法兰密封件（如丁腈橡胶、氟橡胶密封圈）在低温下老化变硬、密封面变形，会导致外界空气渗入夹层。例如，某不锈钢低温罐的底部焊接接头因焊接应力集中，在低温与振动作用下出现微裂纹，空气逐渐渗入真空夹层，使夹层真空度从 0.5Pa 升至 50Pa，绝热性能下降 90% 以上，外界热量快速侵入罐内，液氮汽化速度从每天 0.5% 提升至每天 5%，罐内压力在 24 小时内从 0.3MPa 升至 0.8MPa。
吸附剂失效：真空夹层内通常放置分子筛、活性氧化铝等吸附剂，用于吸附夹层内残留的水蒸气、氧气等气体，维持真空度。若吸附剂因长期使用饱和（如吸附剂吸水后失效）、或安装时未充分活化（如活化温度不足导致吸附能力下降），会导致夹层内气体分子无法被吸附，真空度持续下降。例如，某液氧低温罐的吸附剂在安装前未经过 300℃以上的高温活化，仅吸附 2 个月就达到饱和，夹层内水蒸气凝结成冰，不仅破坏真空环境，还会因冰层膨胀挤压内外罐，进一步加剧密封失效。
（二）保温层破损或填充不足
对于采用 “真空粉末绝热” 的低温罐（如大型固定式液氧罐），其夹层内填充有珠光砂、膨胀珍珠岩等粉末保温材料，若保温层出现破损或填充缺陷，会形成 “热量通道”：
粉末保温层沉降或空洞：粉末保温材料在长期使用中，会因振动、温度变化等因素出现沉降，导致夹层顶部形成空洞。例如，某 100m³ 液氩罐的粉末保温层使用 5 年后，顶部出现厚度约 50cm 的空洞，外界热量通过空洞直接辐射至内罐，使罐内液氩汽化速度显著加快，压力从 0.4MPa 升至 0.7MPa；此外，若填充时粉末未压实，或罐体运输过程中出现粉末移位，也会形成局部空洞，导致热量局部侵入。
内罐外壁腐蚀或破损：内罐作为直接接触低温介质的部件，若材质耐腐蚀性不足（如存储液氧时选用普通碳钢，而非 304 不锈钢），或长期受介质冲刷、杂质磨损，会导致内罐外壁出现腐蚀穿孔或裂纹。当内罐破损后，低温介质会渗入保温层，使粉末保温材料受潮结块，绝热性能完全丧失，同时介质汽化产生的气体在保温层内积聚，进一步推高罐内压力。
三、制冷与控温系统部件故障：主动控压能力丧失
部分中大型低温罐（如存储量＞50m³ 的液氧罐）配备主动制冷系统（如液氮喷淋制冷、节流制冷装置），通过持续移除罐内热量，抑制介质汽化，维持压力稳定。当制冷系统的关键部件故障时，主动控温能力丧失，罐内热量无法排出，压力会随介质汽化持续升高。
（一）制冷机组压缩机或冷凝器故障
制冷机组是主动制冷系统的核心，其通过压缩机压缩制冷剂（如 R23、R170 等低温制冷剂），经冷凝器冷凝后节流降压，在蒸发器内吸收罐内热量。若压缩机或冷凝器出现故障，制冷循环将中断：
压缩机吸气阀或排气阀损坏：压缩机的吸气阀与排气阀控制制冷剂的吸入与排出，若阀门密封面磨损、阀片断裂，会导致制冷剂泄漏或压缩效率下降。例如，某液氮罐的制冷压缩机吸气阀密封面因磨损出现缝隙，制冷剂无法有效吸入气缸，压缩量减少 50%，制冷量不足，罐内热量无法及时移除，液氮汽化速度加快，压力在 12 小时内从 0.3MPa 升至 0.6MPa；此外，压缩机电机绕组在低温环境下绝缘老化，也会导致压缩机无法正常启动，完全丧失制冷能力。
冷凝器结霜或堵塞：冷凝器的作用是将高温高压的制冷剂气体冷凝为液体，若冷凝器表面结霜（如低温环境下空气中的水蒸气在冷凝器外壁凝结成霜）、或冷却水管路堵塞（如冷却水含杂质导致管道内壁结垢），会导致散热效率下降。例如，某液氩罐的水冷式冷凝器因冷却水未经过滤，管道内壁结垢厚度达 3mm，散热效率下降 60%，制冷剂无法充分冷凝，制冷量骤减，罐内压力持续升高至安全阀起跳压力。
（二）节流阀或膨胀阀堵塞
节流阀（或膨胀阀）是制冷系统中实现制冷剂降压降温的关键部件，制冷剂经节流阀后变为低温低压的气液混合物，进入蒸发器吸收热量。若节流阀出现堵塞，制冷剂无法正常流通，制冷过程将中断：
杂质堵塞或冰堵：制冷系统安装时若管道内残留焊渣、金属碎屑，或制冷剂含水量超标（如含水量＞10ppm），会导致节流阀阀芯堵塞 —— 杂质会卡在阀芯与阀座之间，阻碍制冷剂流动；含水量超标的制冷剂在节流降压后，水分会凝结成冰，堵塞阀芯通道（即 “冰堵”）。例如，某低温罐的制冷系统因制冷剂加注时未干燥处理，含水量达 20ppm，运行 1 个月后节流阀出现冰堵，制冷剂无法进入蒸发器，制冷系统失效，罐内液氧汽化速度从每天 0.3% 升至每天 3%，压力快速升高。
节流阀开度调节失灵：部分节流阀采用电动或气动调节开度，以适应罐内热量变化。若调节机构（如电动执行器、气动薄膜）故障，会导致节流阀开度固定在过小位置，制冷剂流量不足。例如，某液氮罐的电动节流阀因执行器电机故障，开度固定在 10%（正常需根据压力调节至 30%-50%），制冷剂流量仅为正常工况的 1/3，制冷量无法满足需求，罐内压力逐渐升高。
四、液位与压力监测部件故障：“感知 - 反馈” 链条断裂
低温罐的压力控制依赖 “监测 - 判断 - 执行” 的闭环系统，液位计、压力变送器等监测部件负责实时采集罐内参数，若这些部件故障，会导致控制系统无法准确感知压力变化，进而无法触发泄压或制冷动作，间接引发压力异常升高。
（一）压力变送器测量不准或失灵
压力变送器将罐内压力信号转换为电信号，传输至控制系统，是压力控制的 “感知器官”。若压力变送器出现以下故障，会导致控制系统接收错误信号：
传感器膜片损坏或老化：压力变送器的核心部件是压力传感器膜片（如陶瓷膜片、金属电容膜片），若膜片在低温下出现冷脆开裂、或长期受介质腐蚀（如液氧对金属膜片的氧化腐蚀），会导致测量精度下降甚至完全失灵。例如，某液氩罐的压力变送器膜片因腐蚀出现微小裂纹，测量值比实际压力低 0.2MPa（实际压力 0.7MPa 时，变送器显示 0.5MPa），控制系统误判压力正常，未触发安全阀开启或制冷系统加大功率，导致压力继续升高至 0.8MPa。
信号传输线路故障：压力变送器的信号线路（如电缆、接线端子）在低温环境下，可能因绝缘层硬化开裂导致短路或断路，使压力信号无法正常传输。例如，某低温罐的压力变送器电缆在 - 40℃环境下绝缘层开裂，出现短路故障，控制系统接收不到压力信号，默认处于 “低压力” 状态，未启动任何泄压措施，罐内压力在无人干预的情况下升至超压状态。
（二）液位计故障导致过量充装
液位计用于监测罐内低温介质的液位，若液位计测量不准，可能导致介质充装过量，罐内气相空间减小，少量汽化即可导致压力急剧升高：
浮球液位计卡滞：浮球液位计通过浮球随液位升降带动连杆转动，输出液位信号。若浮球被罐内杂质卡住、或连杆因低温变形卡滞，会导致液位计显示值低于实际液位。例如，某液氮罐的浮球液位计因浮球被金属碎屑卡住，显示液位为 80%（实际已达 95%），操作人员继续充装液氮至 “显示 100%”，实际液位已超过罐体安全液位，气相空间仅占 5%，液氮轻微汽化就使压力从 0.3MPa 升至 0.7MPa。
差压式液位计引压管堵塞：差压式液位计通过测量罐内上下两点的压力差计算液位，若引压管（连接液位计与罐体的管道）被介质凝固物堵塞（如液氧中的杂质在引压管内冻结），会导致压力差测量不准。例如，某液氧罐的差压式液位计引压管因杂质冻结堵塞，测量值比实际液位低 30%，操作人员误判液位不足，持续充装导致液位超标，罐内压力快速升高。
五、其他关键部件故障：辅助系统异常的连锁反应
除上述核心系统外，低温罐的阀门、管道、接口等辅助部件故障，也可能通过影响介质流动或热量侵入，间接导致压力异常升高。
（一）进液阀或出液阀关闭不严
进液阀控制介质充装，出液阀控制介质输出，若阀门关闭不严，会导致介质异常流动：
进液阀内漏导致过量充装：进液阀关闭后若存在内漏，外部介质会持续流入罐内，即使液位计显示已满，仍会继续充装，导致液位超标、气相空间减小。例如，某液氩罐的进液阀因密封面磨损出现内漏，关闭后仍有微量液氩流入，24 小时内液位从 80% 升至 98%，气相空间缩小，压力从 0.4MPa 升至 0.8MPa。
出液阀内漏导致热量侵入：出液阀关闭不严时，罐内低温介质会通过泄漏口向外流失，同时外界常温空气会通过泄漏口反向侵入罐内，吸收热量后加速罐内介质汽化。例如，某液氮罐的出液阀密封件老化，关闭后仍有泄漏，外界空气进入罐内，使液氮汽化速度加快，压力在 10 小时内从 0.3MPa 升至 0.6MPa。
（二）罐体接口或管道焊接处泄漏
低温罐的罐体与管道、阀门的连接部位（如法兰接口、焊接接头），若密封或焊接质量不佳，会出现介质泄漏或热量侵入：
法兰接口密封件失效：法兰接口的密封依赖密封圈（如聚四氟乙烯密封圈、金属缠绕垫片），若密封圈在低温下老化变硬、或安装时未压实，会导致介质泄漏。泄漏的低温介质会吸收外界热量汽化，产生的气体若无法及时排出，会在局部积聚并通过泄漏口回流至罐内，推高罐内压力。
管道焊接接头裂纹：连接罐体与阀门、换热器的管道，其焊接接头若存在未焊透、气孔等缺陷，在低温与压力交替作用下会出现裂纹。例如，某液氧罐的出液管道焊接接头因焊接工艺不当存在气孔，使用 3 年后出现裂纹，液氧泄漏并汽化，外界空气通过裂纹进入罐内，加速液氧汽化，罐内压力异常升高。
结语
低温罐压力异常升高是多种部件故障的 “集中表现”，需从 “安全泄压 - 绝热保温 - 制冷控温 - 监测反馈 - 辅助连接” 五大系统切入，结合部件功能、低温环境特性与介质属性，精准定位故障点。在实际排查中，应优先检查安全阀、真空夹层、压力变送器等核心部件，同时关注阀门密封、管道焊接等易被忽视的细节部位。此外，定期对关键部件进行维护（如安全阀每半年校验一次、真空夹层每年检测一次）、规范操作流程（如避免过量充装、控制介质流速），是预防压力异常升高的关键，也是保障低温罐长期安全运行的核心措施。
苏公网安备32102302010786号