安全合規 | AZC — Absolute Zero Cryogenics

PRESSURE VESSEL STANDARDS

ASME 壓力容器規範

ASME BPVC Section VIII Division 1

極低溫液化氣體容器特殊材料強度標準

針對低溫液化氣體（LN₂、LHe、LH₂）容器，ASME Section VIII Div.1 規定了在極低溫條件下材料的韌性要求、衝擊測試標準與設計許用應力。AZC 所有壓力容器均依此標準設計，並由 ASME 授權檢驗機構 (AI) 進行第三方驗證。

材料低溫衝擊測試：Charpy V-notch @ −196 °C，最低 27 J
設計壓力：MAWP 計算含 1.5 倍安全係數
水壓測試：設計壓力 × 1.3 倍
奧氏體不鏽鋼 (304L/316L) 優先選材
焊接程序規範 (WPS) 依 ASME IX 認證
無損檢測 (NDT)：100% 射線或超音波檢測
U 型銘牌標記與數據報告 (Form U-1)

ASME BPVC Section VIII Division 2

替代規則：高壓超導磁體容器設計

對於高壓超導磁體的低溫容器（操作壓力 >15 MPa），AZC 採用 ASME Div.2 替代規則，允許更精確的應力分析方法，在保證安全性的前提下實現更輕量化的設計。

基於有限元分析 (FEA) 的應力分類
疲勞分析：循環壓力載荷下的壽命評估
材料許用應力：依據 2/3 屈服強度或 1/3 抗拉強度
低溫材料 Annex D 特殊規定
強制性 PWHT（焊後熱處理）豁免條件
超低溫衝擊測試溫度：最低至 −269 °C
U2 銘牌標記

CRYOGENIC MATERIAL SELECTION

低溫材料選材矩陣

材料	最低溫度	應用
304L SS	−269 °C	LHe 容器
316L SS	−269 °C	LHe 管路
Al 5083	−196 °C	LN₂ 儲罐
Invar 36	−269 °C	精密結構
G-10 GFRP	−269 °C	絕熱支撐
Cu OFHC	−269 °C	熱連接

PRESSURE RELIEF DEVICES

安全洩壓裝置規範

所有低溫容器均配備符合 ASME Section I / VIII 的安全洩壓裝置，確保在超壓事件（包括 Quench 觸發的快速升壓）時安全排放。

安全閥 (PRV)：設定壓力 ≤ MAWP
爆破片 (Rupture Disk)：雙重保護
洩壓管路：引導至安全排放點
排放容量：滿足 ASME UG-125 要求
定期校驗：每 12 個月一次

NON-DESTRUCTIVE TESTING

無損檢測協議

AZC 採用多種 NDT 方法確保壓力容器的結構完整性，特別針對低溫焊縫的微裂紋與缺陷檢測。

RT (射線檢測)：焊縫 100% 覆蓋
UT (超音波檢測)：厚壁件替代 RT
PT (液體滲透)：表面缺陷檢測
MT (磁粉檢測)：鐵磁性材料
氦氣洩漏測試：<10⁻⁹ mbar·L/s

VACUUM INTEGRITY & INSULATION

真空完整性認證與 MLI 技術

多層絕熱 (Multi-Layer Insulation, MLI) 是低溫容器最有效的輻射熱屏蔽技術。每層 MLI 由高反射率薄膜（鍍鋁聚酯薄膜）與低導熱率間隔材料（玻璃纖維網）交替組成，在真空環境中可將輻射熱傳遞降低 99% 以上。

MLI LAYER STACK — THERMAL RESISTANCE

外壁 (300 K)

300 K

MLI 層 1–10

~200 K

MLI 層 11–20

~100 K

MLI 層 21–30

~40 K

MLI 層 31–40

~10 K

MLI 層 41–50

~4 K

內壁 (LHe)

4.2 K

MLI PERFORMANCE SPECIFICATIONS

參數	規格值	測試方法
層數	30–50 層	設計規格
薄膜材料	鍍鋁 Mylar	ASTM E408
間隔材料	玻璃纖維網	ASTM C177
有效發射率	<0.003	ASTM E408
熱流量 (300→77K)	<1 W/m²	AZC-TEST-MLI
真空度要求	<10⁻⁵ mbar	ISO 3529

VACUUM LEAK TESTING PROTOCOL

真空漏率檢測協議

AZC 的真空完整性驗證採用氦質譜漏率檢測 (Helium Mass Spectrometer Leak Test, HMSLT)，可檢測低至 10⁻¹² mbar·L/s 的微小洩漏，確保低溫容器在長期運行中維持超高真空。

驗收標準：整體漏率 <10⁻⁹ mbar·L/s
局部洩漏：任意焊縫 <10⁻¹⁰ mbar·L/s
測試方法：氦氣噴吹法 + 氦氣充填法
測試設備：Pfeiffer ASM 340 質譜儀
測試頻率：出廠前 100%；年度定期複驗
記錄保存：完整漏率圖譜存檔 >10 年

RESIDUAL GAS ANALYSIS (RGA)

殘餘氣體分析協議

在低溫容器抽真空過程中，AZC 使用四極質譜儀 (QMS) 進行殘餘氣體分析，識別真空腔內的氣體組成，確保無有害雜質（特別是水分、碳氫化合物）影響低溫性能。

H₂O (m/z=18)：<10⁻⁸ mbar（室溫）
N₂ (m/z=28)：<10⁻⁸ mbar
CO₂ (m/z=44)：<10⁻⁹ mbar
碳氫化合物：<10⁻¹⁰ mbar（總量）
烘烤程序：120 °C，48 小時
最終真空度：<10⁻⁷ mbar（室溫）

LABORATORY SAFETY PROTOCOLS

實驗室操作規程

OXYGEN DEFICIENCY MONITORING

低溫液化氣體（LN₂、LHe）蒸發時大量排放氮氣或氦氣，可能導致密閉空間氧氣含量急劇下降，造成缺氧危險。AZC 所有低溫實驗室均配備連續氧氣監測系統。

20.9%

正常

18.0%

警告

16.0%

撤離

O₂ 濃度	狀態	措施
>19.5%	正常	正常作業
18–19.5%	警告	查找洩漏源
16–18%	危險	立即撤離
<16%	緊急	緊急撤離+救援

MONITORING STANDARD

AZC 採用 OSHA 29 CFR 1910.146 密閉空間標準，O₂ 監測器每 6 個月校驗一次，報警閾值設定為 19.5%。

CRYOGENIC BURN PROTECTION

低溫凍傷 (Cryogenic Burns) 比熱燒傷更危險，因為低溫液體接觸皮膚時初期無明顯疼痛感，延誤救治。AZC 強制執行以下 PPE 規程。

⚠ CRITICAL HAZARD

液氮 (−196 °C) 接觸皮膚 1 秒即可造成嚴重凍傷。液氦 (−269 °C) 接觸皮膚可瞬間造成不可逆組織損傷。

面罩：全臉防護面罩（非護目鏡）
手套：低溫防護手套（非橡膠手套）
服裝：長袖長褲，褲腳不可塞入靴內
鞋類：防滑安全靴，不可穿涼鞋
急救：溫水 (40–42 °C) 沖洗 15–20 分鐘
禁止：不可用熱水或直接加熱凍傷部位
就醫：任何凍傷均需立即就醫

⚡ QUENCH EMERGENCY PROCEDURE

超導磁體「Quench」是指超導體突然失去超導性，儲存的磁場能量在極短時間內轉化為熱能，導致液氦快速蒸發與壓力急升。正確的緊急處置程序至關重要。

01

識別 Quench 信號

監測電壓突然升高（>0.1 V）、液氦快速蒸發聲、磁場快速衰減。

T+0 sec — 立即識別

02

觸發緊急排放

確認自動洩壓系統已啟動。若未自動觸發，手動開啟緊急排放閥。

T+5 sec — 確認排放

03

人員立即撤離

所有人員立即撤離實驗室，大量氦氣排放可能導致氧氣濃度急降。

T+10 sec — 撤離完成

04

斷開電源供應

從安全位置斷開磁體電源供應，防止持續電流加熱。

T+15 sec — 電源斷開

05

通風與評估

確認 O₂ 濃度恢復正常後方可重新進入。記錄事件，評估磁體損傷。

T+30 min — 安全評估

安全標準、真空合規與 ISO

認證體系

ASME 壓力容器規範

真空完整性認證與 MLI 技術

實驗室操作規程