用于液体推进剂贮运设备气密性检查的低温检漏液

本发明涉及低温气密性检查领域，尤其涉及液体推进剂贮存运输设备及管道在冬季温度较低时气密性检查所需的一种防冻的低温检漏液。 

常规液体推进剂具有高比冲、燃烧性能稳定、易贮存等优点，在军事、航天领域被广泛应用，但也存在剧毒、强腐蚀、易燃易爆等诸多安全问题，因此在贮存和作业过程中的安全可靠至关重要。航天发射场在液体推进剂保障过程中，为防止作业过程中出现液体推进剂泄漏，在液体推进剂作业任务开始前，操作手要对气管、液管、阀体连接处、储罐等作业相关设备进行气密性检查，一般采用涂抹肥皂水的方法检漏，但是在冬季由于管道温度低，最低达到零下38℃，肥皂沫很快就会结冰，不能如实反映管道气密性。 

实际液体推进剂贮运系统在用的方法非常简陋和原始。在《液体液体推进剂》（国防工业出版社，2004年第一版）讲到的检漏方法“在清水中擦拭肥皂制成检漏液，用刷子涂抹肥皂沫刷在可能发生泄漏的部位，观察是否有气泡冒出”，此方法在常温下简单有效，但是冬季室外设备在0℃以下时，该检漏液容易发生结冰现象，零下20℃时，只需5秒就会结冰，从而影响气密性检查的可靠性，使液体推进剂作业过程存在一定安全隐患。 

基于上述问题，我们研制出本发明，经国家一级科技查新咨询单位甘肃省科学技术情报研究所进行专利查新，出具了专利检索报告，报告编号20146220047，查新结论：本查新项目所研制的用于液体推进剂贮运设备气密性检查的低温检漏液，其组分构成、环境温度、使用方式与其相关的推进剂的相容性和化学反应特性，国内未见相同专利或文献报道。 

本发明的目的是提供一种用于液体推进剂贮运设备气密性检查的低温检漏液。使用该低温检漏液即使在零下50℃时，液体形态与气泡稳定性好，能够有效避免冬季检漏液结冰现象，防止发生在冬季因检漏液结冰导致气密性检查不到位引起的燃料泄漏问题，保证作业过程顺利进行，提高液体推进剂保障的安全系数和工作效率。 

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下，一种用于液体推进剂贮运设备气密性检查的低温检漏液，该低温检漏液的原料组分为水、低温溶剂、表面活性剂、十二烷基磺酸钠与磷酸氢二钠，将上述原料组分按比例混合均匀制成本发明。 

低温溶剂为乙醇或乙二醇任意一种；表面活性剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或苯乙基酚聚氧乙烯醚任意一种；十二烷基磺酸钠作为改善泡沫稳定性的一种添加剂，磷酸氢二钠作为缓蚀剂。 

水与低温溶剂是本发明的基本成分，水与低温溶剂的体积比为水：低温溶剂=1～9：9～1；根据使用环境温度选择低温溶剂，-40℃以下低温溶剂选用乙醇，-40℃以上选用乙二醇。具体的，基本成分的配比为： 

使用环境温度在-50℃～-41℃时，水：乙醇的体积比1：9，

使用环境温度在-40℃～-31℃时，水：乙醇的体积比3：7，

使用环境温度在-30℃～-21℃时，水：乙二醇的体积比1：1，

使用环境温度在-20℃～-11℃时，水：乙二醇的体积比9：5，

使用环境温度在-10℃以上时，水：乙二醇的体积比6：1。

其它原料组分是本发明的添加成分，各个添加成分与基本成分配比为： 

表面活性剂：基本成分为体积：体积=10～70ml：1000ml，十二烷基磺酸钠：基本成分为体积：质量=5～15g：1000ml，磷酸氢二钠：基本成分为质量：体积=2～10g：1000ml。

制备方法：向容器中依次加入低温溶剂、表面活性剂、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成本发明。 

制备方法的添加顺序主要是利用乙二醇双羟基极性大溶解性强的优点，先溶解表面活性剂，而后加十二烷基磺酸钠、加水，从而实现配置过程无泡沫。 

使用时用毛刷搅拌使检漏液起泡，然后将泡沫水刷到需要检漏的部位。 

由于乙醇挥发性较强，使用乙醇配制的本发明，开启后需在12小时内使用完毕；用乙二醇配制的本发明，保质期1月。 

表面活性剂是液体，按表面活性剂/基本成分为体积/体积比添加；十二烷基磺酸钠和磷酸氢二钠是固体，按其/基本成分为质量/体积比添加。 

本发明的组方原理主要是：利用低温溶剂降低水的冰点，用表面活性剂降低溶液的表面张力，从而实现低温条件下的防冻和起泡的双重功能。本发明使用的表面活性剂所产生的泡沫，因为气泡较大，稳定性一般，所以需加入十二烷基磺酸钠改善气泡稳定性，为了减少检漏液对材料的腐蚀，加入了适量的磷酸氢二钠。 

本发明常温下为液体，透明略带乳白，冰点低至-50℃以下，起泡后泡沫层体积是溶液体积的一倍以上，与多种液体推进剂及设备材质相容性较好。 

本发明主要用于对液体推进剂保障作业的气密性检查，可以有效避免冬季检漏液结冰现象，防止发生在冬季因检漏液结冰导致气密性检查不到位引起的燃料泄漏问题，保证作业过程顺利进行，提高液体推进剂保障的安全系数和工作效率。 

本发明在0~-50℃环境中进行液体推进剂贮运设备的气密性检查，起泡能力强、液体形态与气泡稳定性好、防冻能力强，可有效解决普通检漏液在冬季低温环境中使用时结冻的问题，防止发生在冬季因检漏液结冰导致气密性检查不到位引起的燃料泄漏问题，保证作业过程顺利进行，提高了检漏的可靠性和液体推进剂作业的安全性。本发明的主要优点及有益效果： 

1、本发明经低温冷冻试验，在0~-50℃时检漏液和气泡都不结冻，仍然保持液体形态，气泡的稳定性很好，可良好反应贮运设备及管道的气密性；

2、本发明经相容性试验，与偏二甲肼、、等液体推进剂相容性良好，与四氧化二氮短时间内无明显化学反应，安全性有保障；

3、本发明适用范围很广，替代性强，在低温条件下可替代大部分用水为基体的检漏液，起泡能力远超普通检漏液。

以下是获取本发明的试验步骤和实验数据： 

第一、防冻液配比试验

首先试验选择了合适的防冻液配比，为了验证理论分析结果，我们根据实际需求，试验-30℃不结冻的防冻液配比。

试验方法：在9个试管中分别注入0、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5mL水，然后按照之前的顺序滴加5、4、3.5、3、2.5、2、1.5、1、0.5mL乙二醇，使每个试管中的溶液为5ml。在-30℃下保温20分钟，用液氮制冷，通过观察箱体顶部的温度计来控制箱内温度，检查各试管液体解冻情况；试验现象记录见表1。 

从表1中可以看出：乙二醇体积浓度在50~70%之间时，乙二醇/水体系溶液具有良好的低温防冻性能。试验过程中发现，由于水的粘度小，乙二醇粘度大，随着乙二醇体积浓度的增加，溶液的整体粘度增大其表面张力大，不利于气泡的生成，因此我们倾向于水和乙二醇各50%的防冻液配比。 

在-40℃时乙二醇与水溶液也存在不结冻的配比，但是溶液的粘度较大，起泡能力较差，因此选用乙醇。乙醇的冰点可低至-115℃，是良好的低温防冻剂，但是其挥发性较强，难以长时间储存使用。试验发现在-40℃和-50℃条件下，水：乙醇为3：7和1：9时不发生结冻现象。 

第二、起泡能力试验 

试验方法：在9个试管中分别加入水/乙二醇=1:1溶液各5mL，在每个试管中加入0.5ml（或0.5g）不同类型的表面活性剂，晃动1min后用直尺测量泡沫层厚度，然后放入-30℃保温箱中，静置10分钟，观察试验现象并测量泡沫层厚度；试验结果如表2所示。

通过表2表现出的试验现象可以发现：辛烷基酚聚氧乙烯醚在乙二醇/水溶液中起泡能力较强，泡沫层厚度达到最大7cm，形成的泡沫气泡大而均匀，但正是由于其气泡大，在重力作用和蒸发作用下，气泡结构不能长期保持，泡沫外层容易变成三维网状结构。另一种表现较好的起泡剂是十二烷基磺酸钠，泡沫层厚度达到3.5cm，气泡较小，稳定性好，静置10min后没有明显变化。为了使检漏液性能达到最佳，我们选择同时添加这两种起泡剂，充分发挥两者的优势，从而达到最佳效果。通过试验发现，两者混合的起泡剂起泡能力与单独添加辛烷基酚聚氧乙烯醚的起泡能力基本相同，泡沫层厚度达到7.1cm，外层泡沫不明显不同，底层泡沫变小，在一定程度上改善了单组份起泡剂的稳定性。 

试验过程中选取同类型的其他表面活性剂进行了起泡试验，如苯乙基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚，发现都起泡能力都较好，可能是由于该类型表面活性剂HLB值与溶液匹配性好，起泡能力最强。 

第三、表面活性剂最佳添加量试验 

试验方法：在试管中加入8mL乙二醇/水=1:1的溶液，用5mL的滴定管逐滴加入辛烷基酚聚氧乙烯醚（每滴0.025mL），每加一滴晃动1min，测量泡沫层厚度；试验数据如图1所示。

从图1中可以看出：随着起泡剂即表面活性剂加入，泡沫层厚度迅速增大，继续添加起泡剂，泡沫层厚度增加速度变缓，添加量达到0.2mL（体积分数5%）后，泡沫层几乎不再增大。在实际应用中，将检漏液泡沫用掉一部分后，继续搅拌继续用，因此起泡剂的添加量必须过量，以避免还存在母液的情况下无法起泡的尴尬；通过现场试验，起泡剂添加量为7%左右时可对检漏液高效利用。 

为了提高泡沫层的性能，在溶液中添加了十二烷基磺酸钠，通过综合考虑，确定防冻检漏液起泡剂最佳配比为辛烷基酚聚氧乙烯醚6%（体积分数），十二烷基磺酸钠为1%（质量分数）。由于乙二醇/水体系溶液对铁质材料具有一定腐蚀性，为尽可能的减小腐蚀，加入一定量的磷酸氢二钠，以提高防冻检漏液的综合性能；具体添加比例见表3。 

第四、相容性试验 

由于液体推进剂具有易燃、易爆、化学稳定性差等特点，任何一种用于液体推进剂使用领域的设备及化学制剂都必须进行相关的安全性和相容性试验。为了防止在防冻检漏液在使用过程中因为管道泄漏而导致其与液体推进剂发生反应爆炸或变质，选取任务中需要的接触的液体推进剂，四氧化二氮、单推三、、偏二甲肼，加入配置好的防冻检漏液中，观察其反应情况。

通过相容性试验现象观察，发现四氧化二氮加入防冻检漏液中后，基本都被吸收，泡沫层缓慢消失，加入40mL四氮后溶液温度达到45℃，但总体反应平和。 

40mL单推三加入防冻检漏液以后，溶液变为乳白，无明显反应现象，温度达到27℃。 

40mL加入防冻检漏液以后，溶液变为乳白，无明显反应现象，温度达到37℃。 

40mL偏二甲肼加入防冻检漏液以后，溶液变为淡黄，应该是偏二甲肼氧化而导致发黄，温度达到39℃。 

在实际应用中，管道或罐体内的液体推进剂相对防冻检漏液来说是大量的，上述这些现象对其影响较小，可忽略不计，因此，可认定防冻检漏液与液体推进剂相容性较好。 

图1是起泡剂添加量与泡沫层厚度关系图。 

图中：横坐标表示辛烷基酚聚氧乙烯醚加入量，单位是ml；纵坐标表示泡沫层厚度，单位是cm。 

实施例1 

量取或称取：水500毫升、乙二醇500毫升、辛烷基酚聚氧乙烯醚60毫升、十二烷基磺酸钠11克与磷酸氢二钠6克；

向容器中依次加入乙二醇、辛烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成低温检漏液；

使用时用刷子搅拌，起泡后将泡沫涂抹在需要检漏的部位；本实施例制备的低温检漏液可在-30℃～-21℃的环境中使用，起泡能力强，不结冻。

实施例2 

量取或称取：水500毫升、乙二醇500毫升、辛烷基酚聚氧乙烯醚50毫升、十二烷基磺酸钠15克与磷酸氢二钠10克；其余同实施例1。

实施例3 

量取或称取：水300毫升、乙醇700毫升、苯乙基酚聚氧乙烯醚70毫升、十二烷基磺酸钠8.6克与磷酸氢二钠4.3克；

向容器中依次加入乙醇、辛烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成低温检漏液；本实施例制备的低温检漏液可在-40℃～-31℃的环境中使用，起泡能力强，不结冻。

实施例4 

量取或称取：水600毫升、乙二醇100毫升、辛烷基酚聚氧乙烯醚42毫升、十二烷基磺酸钠7.9克与磷酸氢二钠3.9克；

本实施例制备的低温检漏液可在-10℃以上的环境中使用，起泡能力强，不结冻；其余同实施例1。

实施例5 

量取或称取：水900毫升、乙二醇500毫升、壬基酚聚氧乙烯醚35毫升、十二烷基磺酸钠10克与磷酸氢二钠6克；

向容器中依次加入乙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成低温检漏液；本实施例制备的低温检漏液适用在-20～-11℃的环境中使用，起泡能力强，不结冻。

实施例6 

量取或称取：水100毫升、乙醇900毫升、辛烷基酚聚氧乙烯醚40毫升、十二烷基磺酸钠6克与磷酸氢二钠86克；

向容器中依次加入乙醇、辛烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成低温检漏液；本实施例制备的低温检漏液适用在-50～-41℃的环境中使用，起泡能力强，不结冻。

实施例7 

量取或称取：水800毫升、乙二醇200毫升、苯乙基酚聚氧乙烯醚20毫升、十二烷基磺酸钠5克与磷酸氢二钠2克；向容器中依次加入乙醇、苯乙基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、水、磷酸氢二钠，边加边搅拌至均匀即制备成低温检漏液；本实施例制备的低温检漏液适用在-20～-11℃的环境中使用，起泡能力强，不结冻。