超級(jí)工程塑料軟密封圈在工業(yè)氣體（氧氣）硬密封充裝中的應(yīng)用

勞汝長

（原廣州氣體廠，廣東 廣州 510280）

當(dāng)前，我國正處在深入改革開放的新時(shí)代，加快推進(jìn)有中國特色的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛躍發(fā)展對(duì)工業(yè)氣體的需求量越來越大。“氧氣，是目前國內(nèi)瓶裝最多的一種氣體，其危及安全的特性也較多。”（《氣瓶安全技術(shù)》P19）本文用事實(shí)說明長期以來使用氧氣硬密封充裝存在的弊病，針對(duì)氧氣硬密封充裝的缺點(diǎn)，探索軟密封的理想材料，設(shè)計(jì)制造防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭，以軟密封充裝取代硬密封充裝的創(chuàng)新，給行業(yè)人士一個(gè)新的啟示。

一、防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝創(chuàng)新前的概況

長期以來，在工業(yè)氣體（氧氣）充裝作業(yè)中，主要沿用著防錯(cuò)裝氧氣硬密封（銅頂嘴）進(jìn)行瓶裝氧氣的充裝。（詳見圖1）

1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封的充裝

圖1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭

圖2 瓶閥上的氧氣硬密封充裝示意圖

圖3 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝現(xiàn)場(chǎng)一角

“瓶閥是氣瓶的主要附件，不少氣瓶還帶有氣瓶的主要附件，膜片式安全泄漏裝置，因而瓶閥不僅是充裝氣體和排放氣體的主要裝置，而且也起著防止氣體泄漏、減少浪費(fèi)和保證安全的作用，所以氣瓶在使用、裝卸、和儲(chǔ)運(yùn)中要注意保護(hù)瓶閥：氣瓶在進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，必須重視瓶閥的檢驗(yàn)工作。

氣瓶瓶閥，采用黃銅壓鑄成鑄件，經(jīng)過機(jī)械加工制造而成，充裝使用的頂桿也是采用黃銅棒料車制而成，頂桿前端車制有圓弧面，（頂嘴）充裝前靜止的瓶閥內(nèi)圓錐面與直線移動(dòng)的頂桿圓弧面相互接觸密封緊固，由相同的材料—黃銅構(gòu)成的是硬對(duì)硬的密封充裝方式。

2 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝作業(yè)過程

將防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭的內(nèi)螺紋對(duì)準(zhǔn)氧氣瓶瓶閥的外螺紋（G5/8）以右旋方向旋入，此時(shí)接頭的內(nèi)孔階臺(tái)帶動(dòng)頂桿向前移動(dòng)，頂桿前端的圓弧型頂嘴徐徐貼緊瓶閥的內(nèi)圓錐面，此時(shí)充裝工人習(xí)慣地敲擊充裝接頭手柄，施加外力強(qiáng)行緊固，然后投入充裝。（如右圖充裝前敲擊手柄、充裝完畢后拆卸也進(jìn)行敲擊作為省力）。

二、防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝的缺點(diǎn)

1 對(duì)氣瓶瓶閥的圓錐密封面加快磨損

氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐面是充裝和排放氧氣的密封面。每當(dāng)充裝時(shí)，直線移動(dòng)的銅頂咀圓弧面與內(nèi)圓錐面接觸、以擠壓來達(dá)到密封的目的。這種黃銅對(duì)黃銅材料（即硬對(duì)硬）的密封充裝方式加快了對(duì)瓶閥內(nèi)圓錐面的磨損。再加上人為重復(fù)的多次敲擊旋合、擠壓，導(dǎo)致瓶閥的內(nèi)圓錐面呈現(xiàn)漸深的凹坑，形成氣體充裝泄漏源，是潛在的安全隱患。（詳見圖4（a））

氣瓶瓶閥的圓錐面加快磨損

2 致氣瓶瓶閥的連接外螺紋（G5/8）加快磨損、牙型傾斜、變形（錐形牙）

氣瓶瓶閥表面的外螺紋（G5/8）是連接充裝接頭確保銅頂咀有效地與瓶閥的圓錐面相互接觸達(dá)到密封從而實(shí)現(xiàn)充裝作業(yè)的。硬對(duì)硬的密封方式，為防止泄漏充裝工人施加敲擊外力（野蠻作業(yè)），導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)的外螺紋加快磨損、牙型傾斜、變形。（見圖4（b））

3 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝存在安全隱患

圖4

造

圖5 防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭

圖6 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭示意圖

在充裝中，當(dāng)磨損嚴(yán)重、牙型傾斜、變形的外螺紋與防錯(cuò)裝接頭內(nèi)螺紋配合間隙超出極限時(shí)，不能承受高壓充裝，防錯(cuò)充裝接頭突然脫滑沖出充裝臺(tái)的事故時(shí)有發(fā)生，危及充裝工人的人身安全。（見圖4（b））

4 充裝工人作業(yè)費(fèi)力

常年處在硬對(duì)硬密封充裝作業(yè)的充裝工人，隨著氣瓶瓶閥密封功能的逐漸下降，為確保接觸面密封良好，即加大充裝工人的工作力度，又習(xí)慣地敲擊防錯(cuò)接頭手柄（野蠻作業(yè)），充裝作業(yè)中時(shí)常出現(xiàn)敲斷接頭手柄的現(xiàn)象。（見圖4（3））

5 無意中給用氣用戶設(shè)置作業(yè)障礙

當(dāng)長期處在硬對(duì)硬充裝的氣體產(chǎn)品到達(dá)用戶工場(chǎng)時(shí)，氣瓶瓶閥的外螺紋（G5/8）牙型存在不同程度的損壞變形，內(nèi)圓錐密封面呈現(xiàn)不同程度的凹坑。這些不易被人們直接看到的弊病，無意中給用氣用戶操作者設(shè)置作業(yè)障礙，令用戶操作者不能順利地在無泄漏狀態(tài)下安全用氣。

三、工業(yè)氣體（氧氣）硬密封充裝接頭的創(chuàng)新方案—防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭

針對(duì)工業(yè)氣體硬密封充裝中的多種缺點(diǎn)，進(jìn)而設(shè)計(jì)制造防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭（見圖5）以軟密封充裝取代硬密封充裝。

1 探索符合氧氣軟密封充裝的材料

工業(yè)氣體（氧氣）充裝的創(chuàng)新， 其關(guān)鍵是充裝接頭中應(yīng)用超級(jí)工程塑料制成的密封圈，并對(duì)該密封圈有較高的技術(shù)要求，確保耐用，足夠強(qiáng)度和耐密封性能，是對(duì)瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進(jìn)行高壓氣體軟密封充裝的一項(xiàng)技術(shù)。

高壓氣體軟密封技術(shù)，早已在氣瓶的甁閥體內(nèi)應(yīng)用，在閥體內(nèi)上、下不同結(jié)構(gòu)部位、采用不同用途的軟密封材料進(jìn)行氣體密封。本文敘述自己探索軟密封材料、并設(shè)計(jì)、制造試驗(yàn)在瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進(jìn)行氧氣軟密封充裝。

早在1994年，本人用曾購買本廠快速拆裝軟密封充裝技術(shù)（實(shí)用新型專利）的50%制造合同，并試制了小批產(chǎn)品，由于當(dāng)時(shí)選用聚四氟乙烯作為軟密封材料制成密封圈的防錯(cuò)裝快速拆裝接頭，曾在廣東一些單位使用了一段時(shí)間，但在實(shí)踐使用中，開始暴露出缺點(diǎn)，存在剛性不足，強(qiáng)度不夠等，由于材料性能的欠缺，密封圈壽命不長和快速拆裝充裝接頭使用過程存安全隱患，因而沒有得到推廣，只有氣體廠使用到最后，但本人沒有放棄，繼續(xù)對(duì)軟密封材料密封可靠性的研究和探索。

2 004在年順德倫教經(jīng)營氣體公司的同時(shí)，設(shè)一個(gè)小型試驗(yàn)室，購置設(shè)備工具和制造模擬充裝臺(tái)，為了探索符合氧氣充裝軟密封的材料，經(jīng)常走訪市場(chǎng)和網(wǎng)上搜索國內(nèi)外資料和多種材料的試制、試驗(yàn)、終于2008年選上XX材料，該材料具有高剛性，優(yōu)良機(jī)械的高強(qiáng)度，耐高低溫，阻燃、抗化學(xué)性、耐疲勞，尺寸不變的穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用在高溫端子、照明設(shè)備、液體輸送設(shè)備、飛機(jī)內(nèi)部零件、醫(yī)療、家電。

XX材料是較理想的符合制造氧氣軟密封充裝的密封圈材料。

2 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的制

（1）XX材料制成直角型軟密封圈

（2）黃銅材料制成的頂桿

（3）鋼制防錯(cuò)裝G內(nèi)螺紋接頭

（4）鋼制曲線型手柄

（5）尼龍球體

把以上零件組裝成防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭（見圖5）

3 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的密封試驗(yàn)

第一次試驗(yàn)：在氮?dú)夂脱鯕猱a(chǎn)品氣瓶閥上軟密封試壓

做法：將裝有防錯(cuò)裝軟密封充裝接頭的氧氣測(cè)壓表與氮?dú)馄块y柔力緊固。將測(cè)壓表排氣閥關(guān)閉，開關(guān)匙開啟瓶閥，此時(shí)氣瓶?jī)?nèi)的壓力反影在壓力表指針指示為13.5Mpa（目前廠家出廠壓力），保持30分鐘，停留狀態(tài)，壓力表指針保持不變，證明密封圈的密封性能良好，無任何泄漏。隨后關(guān)閉氮?dú)馄块y，排氣閥進(jìn)行排氣，即完成氮?dú)庠囼?yàn)。采用相同的操作，在氧氣產(chǎn)品的瓶閥上軟密封試驗(yàn)4-24小時(shí)，高壓表指針不變，證明無泄漏現(xiàn)象。（圖7為測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)）

試驗(yàn)結(jié)果：第一次在氮?dú)夂脱鯕廛浢芊庠噳涸囼?yàn)效果良好。

第二次試驗(yàn)：在裝有新氧氣瓶閥的模擬充裝平臺(tái)上模擬充裝試驗(yàn)

做法1：將防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭與氧氣瓶閥外螺紋（G5/8）柔力連接，然后模擬充裝試驗(yàn)：柔力緊固、松開、柔力緊固、（緊固力度是按照第一次測(cè)壓力度）松開、進(jìn)行500次試驗(yàn)。

檢驗(yàn)1：測(cè)量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為1.5mm。

做法2：按照以上做法，繼續(xù)模擬充裝試驗(yàn)1200次。

檢驗(yàn)2：測(cè)量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為2.5mm。

做法3：按照以上做法，繼續(xù)模擬充裝試驗(yàn)2000次。

檢驗(yàn)3:測(cè)量和紀(jì)錄軟密封的受壓錐面的寬度為3.5mm。

檢驗(yàn)結(jié)果：模擬充裝2000次后的軟密圈仍然可以繼續(xù)使用。

第二次試驗(yàn)?zāi)M充裝軟密圈，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用后密封圈磨損形狀，磨損效果。

第三次試驗(yàn)：在氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用

圖7

圖8

做法：把防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭投放到氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用。先后聯(lián)系了廣州XX氣體公司、廣西XX氣體公司、佛山市XX氣體公司、順德XX氣體公司，各單位派送 2 -15套防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合氣瓶（新、舊氣瓶混合）充裝試用。試用期分別為30天、60天、90天。

檢驗(yàn)：試用到期取回試用樣本檢查。經(jīng)過30天、60天、90天生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用后的密封圈的形狀。（見圖8）

檢驗(yàn)結(jié)果：軟密封圈的密封效果良好，達(dá)到預(yù)期的目的。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用30天、60天、90天的密封圈仍然可以繼續(xù)使用。

正確選用材料必須滿足三個(gè)方面的要求：穩(wěn)定的使用性、優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。（《簡(jiǎn)明機(jī)械實(shí)用手冊(cè)》，1.3選材 的一般原則，P78）

經(jīng)過以上反復(fù)試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用證實(shí)：應(yīng)用XX材料制成軟件密圈在防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭的制作能夠滿足以下性能：

（1）良好的使用性。由于選用XX材料具有：耐高溫、高剛性、高強(qiáng)度、不變形、阻燃、抗化學(xué)。這種材料制成軟密封圈在試用中性能顯赫，是可靠的密封圈材料，具有工業(yè)氣體氧氣充裝過程高壓狀態(tài)下不易損壞并能持續(xù)密封的良好效果，滿足氧氣充裝的使用要求。（2）優(yōu)良的工藝性。防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈，是采用XX材料在普通車床上加工出來的。軟密封圈的加工過程說明：這種材料具有優(yōu)良的加工工藝性，可以通過機(jī)械加工成各種幾何形狀，滿足軟密封的需要。（3）合理的經(jīng)濟(jì)性。制作防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈所用的XX材料價(jià)格合理，1個(gè)軟密封圈的制造費(fèi)用為3.5元，而且軟密封圈的使用壽命達(dá)2000次。

四、防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)點(diǎn)

1 保護(hù)氧氣瓶閥的內(nèi)圓錐密封面

由于采用軟密封圈，以軟對(duì)硬的密封取代硬對(duì)硬的密封方式，充裝作業(yè)中不會(huì)損傷氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐密封面，實(shí)現(xiàn)了高壓狀態(tài)下可持續(xù)密封功能的同時(shí)，又保護(hù)了氣瓶的主要附件——瓶閥的完好，給用氣用戶在無泄漏的情況下安全用氣。

表1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭與防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表

2 保護(hù)氧氣瓶閥的外螺紋（G5/8）

由于以軟對(duì)硬的密封方式取代硬對(duì)硬的密封方式，充裝作業(yè)轉(zhuǎn)化為柔力作業(yè)，杜絕了敲擊性的外力旋合（野蠻作業(yè)），從而有效地保護(hù)了氣瓶瓶閥的連接外螺紋（G5/8）。

3 安全文明作業(yè)

長期處在硬密封充裝作業(yè)中如圖4顯示，時(shí)有發(fā)生事故對(duì)工人安全帶來威脅，采用軟密封充裝，柔力緊固作業(yè)中消除事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)。

4 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度

采用軟密封充裝，柔力緊固，足已達(dá)到密封效果，不需敲擊加力，大大省力，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 降低充裝成本

（1）采用軟密封充裝：1個(gè)軟密封圈現(xiàn)價(jià)為3.5元，使用壽命達(dá)2000次。若以密封圈可用6個(gè)月計(jì)算，每月每支充裝接頭的充裝成本為0.6元。則：6個(gè)月的充裝成本為3.5元。（軟密封充裝有效地保障了氣體生產(chǎn)廠自有的氣瓶瓶閥和私企氣瓶的瓶閥使用壽命延長）（2）采用硬密封充裝：若以6個(gè)月?lián)p壞1個(gè)防錯(cuò)裝接頭的手柄，1個(gè)防錯(cuò)裝接頭現(xiàn)價(jià)為25元。則：6個(gè)月的充裝成本為25元。（硬密封充裝對(duì)氣體生產(chǎn)廠的自有氣瓶的瓶閥和私企的氣瓶瓶閥使用壽命縮短）

結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的XX材料制成的軟密封圈應(yīng)用于防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭上，以軟對(duì)硬的密封充裝取代硬對(duì)硬的密封充裝，從而達(dá)到保護(hù)瓶閥、安全文明生產(chǎn)。軟密封圈使用壽命長、操作輕松、省力、省錢。目前是個(gè)先例。這一改革創(chuàng)新將被行業(yè)人士所理解，終究會(huì)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)氣體（氧氣）軟密封充裝和其他工業(yè)氣體軟密封充裝領(lǐng)域之中，有利于改變目前充裝作業(yè)方式，從而提升工業(yè)氣體充裝的質(zhì)素，實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。

[1]崔政斌，王明明，等.氣瓶安全技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]楊曉輝，等.簡(jiǎn)明機(jī)械實(shí)用手冊(cè)[M].北京：科學(xué)出版社.