簡化長管氣瓶水壓試驗設施

張恒生

摘 要：隨著社會經濟的發展，天然氣已經被普遍使用，而長管拖車定檢工作也逐步展開。目前，長管氣瓶水壓試驗所用的設備像一座炮樓，既占用場地，又浪費資金，造價較高。鑒于此，適當改造水壓試驗所用的設備，并針對其中存在的問題提出簡單、實用的解決方案具有非常重要的意義。

關鍵詞：長管拖車；長管氣瓶；排氣；端塞

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.072

1 概述

隨著西氣東輸工程的逐步深入，長管拖車定檢在即。目前，我國尚未頒布此類設備的制造、定期檢驗標準和有關規范。按照美國DOT3AAX和DOT3T制造的長管拖車氣瓶的定期再檢驗的規定：“割傷、戳傷或鑿傷超過規定值和定期再檢驗5年的氣瓶，必須通過水壓試驗來檢驗其強度。”

盛裝天然氣介質的長管氣瓶的長度為10 975 mm，質量約為2 730 kg，而長管氣瓶的外徑比較小，約559 mm，其工作壓力很高，一般為22 MPa左右。氣瓶中的介質為易燃易爆品，并且能量極大，所以，一旦發生安全事故，波及范圍會很廣，后果將十分嚴重。在做水壓試驗時，需要打口深度超過15 m的井，并用吊車把長管氣瓶垂直吊入井中。

如果將長管氣瓶平放做水壓試驗，雖然氣瓶不用吊車將它高高豎立起來，但是，在開始進水時，隨著進水量的增加，上部的空氣漸漸被壓縮，壓力也隨之增大，進水量逐漸減少。這時，氣體滯留在氣瓶中。雖然空氣是可以壓縮的，但水是不可以壓縮的。如果這時候給試壓泵加壓，被壓縮的空氣就會儲存更高的能量。水壓試驗作為一項綜合性安全檢驗方式，并且是超載試驗，為氣瓶已有或未出現的問題的（主要是裂紋）產生和發展提供了可能——當氣瓶強度不夠或氣瓶存在氣陷的情況時，氣瓶就可能被破壞或者失效，甚至還會有爆炸的危險，會對相關人員和設備造成很大的傷害。因此，水壓試驗只能驗證氣瓶的強度，不能作為核定氣瓶工作壓力的依據，而且保壓時間也不能超過相關規定的要求。為了保證壓力容器水壓試驗的安全性和穩定性，壓力容器定期檢驗規則第三十三條規定，壓力容器充滿液體，滯留在壓力容器中的氣體必須排凈；GB/T 9251—1997氣瓶水壓試驗方法4.5規定，試驗裝置連同受試瓶內的空氣應完全排出。由此可知，氣瓶垂直放置的目的是便于排氣。

2 方案介紹

為了節省資金，不占用場地，不用制造體積較大的試驗設施，保證長管氣瓶水壓試驗能夠安全、順利地完成，特提出了一個折中方案，即自制一個龍門手動葫蘆吊。該方案是把長管氣瓶斜豎放置，改造長管拖車氣瓶尾部的端塞，制作一個小巧的排氣裝置。但是，這個方案只適用于小批量試驗。因為長管氣瓶比較長，所以，要采用非常規的放置方法。

2.1 排氣原理

當長管氣瓶開始進水時，隨著進水量的增多，水位升高，與軟管相連的浮子因為受到浮力也開始上浮。隨著長管氣瓶上部壓力的逐漸增大，與軟管相連的上端塞一頭與大氣相通，氣瓶上端的氣壓大于大氣壓。在這個壓力的作用下，上端空氣通過軟管排出，當與氣瓶相連的截止閥一端有水排出時，氣瓶上部的空氣很快就會排盡。這時，關閉截止閥，進水完畢。

2.2 巧制排氣裝置和液壓系統

長管氣瓶尾部端塞采用標準的G3縲紋，它的直徑為86～87 mm，端塞旋入深度約為80 mm。端塞內外有2個接口，其中一個較細的接口是天然氣的排污放散口，直徑約3 mm，正好可以作為進水時的排氣口。在其上裝1只截止閥，進水時，打開閥門與大氣相通排氣，試壓時關閉。另外還有一個較粗的接口，它是天然氣出口，直徑為6 mm，與較粗的管路相通。在其上安裝一個閥門，進水時打開，進水完成后關閉。同時，將一根直徑為6 mm的管路作為試壓泵的接口，進水時關閉，進水完畢后打開試壓。

2.3 排氣裝置的制作

在制作排氣裝置時，具體步驟是：①卸下長管拖車氣瓶尾部的端塞，割去端塞內側較細的排污放散管路，并留下一小段，以便于與軟管連接。②準備一根軟管，長度要大于氣瓶的半徑，而且必須能夠達到氣瓶直邊R處的最高點。制作一個中空的金屬浮子，最好是球形。因為長管氣瓶的水壓試驗壓力很高，達33.3 MPa，而球形受力狀況比較好、耐壓，直徑小于端塞86 mm，所以，能夠放入氣瓶中。球形的金屬浮子有兩腔，一腔是中空的，這是為了讓金屬球有浮力；另一腔則用軟管穿過，稍露出幾毫米，并在軟管上對稱地挖幾個小凹槽。這樣，當金屬浮子升到最頂部時，為了防止水的黏度影響排氣，氣體就會從凹槽中進入軟管，使得排氣更順暢（也可以用一塊硬質木塊代替浮子）。但是，在此過程中要注意，軟管要固定在浮子上。③軟管的另一端連接已割去的排污放散口管路留下的管口，并將其固定好。使用時，只需先放入浮子接上試驗裝置就可以進水、排氣。④排氣裝置必須要有足夠的強度，而且密封性要好。

2.4 長管氣瓶的放置角度和方位

在進行水壓試驗中，當長管氣瓶斜豎放置時，需要選擇一個與地平面合適的角度。假設氣瓶的半徑為R，氣瓶在豎直方向上與地平面的角度為α，氣瓶的長度為A，那么，以氣瓶上部端塞為中心點作一條水平線，從邏輯上講，當α為0°時，就是氣瓶水平放置時的方位，浮子上升高度最大，為氣瓶的半徑；當α為90°時，就是氣瓶垂直放置時的方位，浮子的上升高度最小。由此可知，α越小，上部的氣空間越大；α越大，上部的氣空間越小。另外，浮子的上升高度也與氣瓶與水平面的角度有關，即氣瓶半徑的余弦Rcosα。當氣瓶長度為10 975 mm，直徑為559 mm時，如果α為45°，上端距離地面的高度達7.7 m，完成相關操作會比較困難，也不安全；當α為30°時，浮子的上升高度約為242 mm，軟管的長度應大于斜邊半徑，小于兩直角邊的和，而氣瓶上部頂端距離地面的高度達5.5 m。由于氣瓶比較長，如果氣瓶與地面的角度過大，就需要使用吊車，操作起來也不是特別安全。鑒于此，自制手動龍門葫蘆吊可操作起吊高度為6 m左右，當α為30°左右時，長管氣瓶頂部距離地面的高度最佳。

3 結束語

隨著長管拖車的廣泛應用，有關長管氣瓶的檢驗業務也越來越多。在進行長管氣瓶的內測水壓試驗時，也可以借鑒本文介紹的方案。目前，在做長管氣瓶水壓試驗時，長管氣瓶是垂直放置的，斜豎放置還沒有先例。因此，在完成相關工作時可參考本方案。

〔編輯：白潔〕