低溫絕熱氣瓶用截止閥檢測技術研究

李偉 ，張建斌 ，楊玲玲

（1.合肥通用機械研究院有限公司；2.合肥通用機電產品檢測院有限公司，安徽 合肥 230031）

LNG(液化天然氣)低溫絕熱氣瓶是存儲液化氣體產品的容器，主要由外殼與內膽、外部閥門系統等構建，內膽外壁纏有多層絕熱材料，與外殼之間為高真空絕熱層。外部閥門系統主要處于氣瓶前端，截止閥是真空維持系統主要控制部件，閥門性能發揮直接關系氣瓶使用安全性與效率。一旦閥門系統失控，LNG泄漏后發生爆炸等安全隱患的可能性增大。隨著氣瓶被廣泛投入使用，國家質檢局對該種設備安全試驗等方面的關注度隨之提高，但低溫絕熱氣瓶用閥門系統的產品標準尚未明確與統一，導致產品性能檢測技術與設備的配置不規范，為滿足氣瓶市場需求量，還需加大對氣瓶用截止閥監測方法的研究力度。

1 氣瓶外部閥門系統概述

低溫絕熱氣瓶用途廣泛，是存儲低溫液化氣體的容器，包括液氮與液氧等液化氣體。為確保使用安全，嚴格要求在指定工作壓力范圍內使用，一旦超過3.5MPa工作壓力，發生泄露的可能性增大。國外對氣瓶產品生產有著明確的工藝標準規定，制造商需要嚴格按照制造工藝與焊接工藝等規范生產，確保氣瓶附件齊全與整體性能達標。低溫絕熱氣瓶主要包括臥式或立式兩種類型，涉及氣化系統與輸液系統等，具備供氣與運輸、供液等功用。從外部閥門系統入手分析，涉及液位計、安全閥與調壓閥等附件，其中，截止閥附件的重要性不能忽視。低溫絕熱氣瓶用截止閥的性能與質量，直接反映了氣瓶產品的安全可靠性，間接影響產品無損儲存與加注技術等作用價值的發揮。無論是截止閥的制造安裝還是使用都不能出現質量問題，一旦出現失效或故障問題，會導致瓶內液化氣體泄露，易造成人體中毒或燃燒爆炸等安全風險事故，需要加強質量嚴格把控。

低溫絕熱氣瓶用途廣泛，可存儲液化天然氣或液化二氧化碳等物質，但低溫介質的理化性質特殊，包括易燃易爆與升溫氣化等屬性。低溫液化介質氣化時后，體積會迅速膨脹，閥門系統的質量不過關，將會引發安全事故；對此，加大閥門系統的試驗與檢測力度意義重大，尤其對截止閥附件使用性能的檢測。但實際上，截止閥產品類型多樣，國家尚未對低溫絕熱氣瓶用截止閥的檢測方法與試驗規則等做出明確規定，在無統一標準約束下，產品技術要求與試驗方法的主觀隨意性增大，不利于低溫絕熱氣瓶用閥門行業規范化發展，更不利于低溫絕熱氣瓶產品的安全使用。國內對截止閥檢測試驗項目的研究，更注重對低溫絕熱氣瓶閥門附件的大量生產，檢測方法與技術水平等革新的發展水平，將嚴重滯后于閥門附件的生產速度。大部分的制造商企業，為了應付等因素自主研發簡易的閥門附件性能與質量檢測設備。由于缺乏第三方檢測機構的介入，導致檢測設備在檢測準確性與可靠性方面不能保證。國際市場上同樣缺乏專業檢測設備，主要參照英國氣瓶用閥門的技術規范標準，為確保低溫容器低溫氣瓶的適用性與實用性，加強我國產品制造標準與檢測設備的研究意義重大。

2 低溫絕熱氣瓶用截止閥的檢測方法分析

低溫絕熱氣瓶用截止閥的性能要求主要體現在以下幾方面：一是耐壓性：在5倍公稱工作壓力下，應可保壓5min，閥門無變形破裂或泄露等情況出現。二是啟閉性：在低溫與5倍公稱工作壓力的工況下，閥操作力矩應＜7N?m。在低溫工況下，用25N?m力矩關閉閥門，材料結構不能出現斷裂情況。三是氣密性：在啟閉狀態下，低溫氣密性在公稱工作壓力下的壓力損失應＜0.186MPa，泄漏率≤3mL/min。常溫與高溫氣密性在1.2倍公稱工作壓力下，應無泄漏。除此之外，還包括耐用性與耐振性等技術要求指標。

（1）低溫氣密性檢測方法。低溫絕熱氣瓶的閥門系統附件屬于特種設備，需要經過嚴格檢測后使用。但實際上，國內檢測檢驗技術尚未成熟，檢測設備與技術標準仍處于摸索性開發試用階段，不能確保閥門系統附件使用安全性與質量。低溫絕熱氣瓶用截止閥的使用溫度要求較高，要求附件在低溫狀態下保持高度氣密性，以降低氣瓶使用危險性。在低于零下196℃環境條件中應用時，氣瓶閥門系統結構與元件的氣密性無從保證，使用風險加劇；對此，應當嚴格按照產品性能要求使用，以降低安全性影響。

國內低溫熱絕氣瓶用截止閥的氣密性檢測方法與標準尚未統一，工作展開需參照國外產品制造時的檢驗標準與技術要求，如常用的氦質譜檢漏技術等。氦質譜檢漏法檢測密封結構與元件氣密性的效果理想，不易受氣體介質影響，儀器反應時間短，檢漏結果準確性高，具有較高的應用價值。氦質譜檢漏法使用過程中，需要用到壓力表、針形閥、液氮、保溫容器、試驗閥、冷卻蛇管、保溫蓋、氣瓶調節閥、遠控閥等器具，要求試驗人員嚴格按照檢測規則展開，并明確掌握試驗方法操作要點，盡可能地減少檢驗誤差。

基于質譜學原理的氦質譜檢漏儀，氣密性檢測儀器的漏氣體主要以氦氣為主，常用噴氦法或吸氦法兩種檢漏方法完成。但氣瓶閥門系統的體積小，限制了檢測操作空間，可輔以吸槍檢漏方法完成檢測。打開截止閥后浸入液氮內，關閉針形閥后通入高純氦氣，利用吸槍檢測截止閥外部氣密性。關閉截止閥的同時開啟針形閥，并通入高純氦氣，用吸槍在針形閥出口處檢測內部氣密性。通過整理分析泄漏率試驗數據，了解截止閥的低溫氣密性水平。

（2）低溫耐用性測定方法。 低溫環境對閥門系統附件的結構穩定性提出了更高地要求，隨著使用溫度的降低，閥門附件發生低溫脆性破壞與材料相變體積膨脹的可能性越大。采用焊接工藝安裝的閥門系統附件，應當確保其具備焊縫在低溫環境下的可靠性。當在低溫環境下頻繁操作截止閥時，閥門內件發生擦傷與卡阻等可能性增大，也會降低閥門系統應用實效性；對此，加強閥門系統附件的低溫疲勞循環等使用性能測定尤為必要。在檢測過程中，應當更側重對低溫工況下使用質量的測定，相比較常溫工況下的檢測技術要求更加嚴格。

在閥門檢測過程中，試驗溫度控制為85℃，從閥門進氣口通入壓縮空氣，記錄此時的氣瓶公稱工作壓力。在低于7N?m的操作力矩下，開啟關閉160次閥門系統附件，再向閥門附件內通入2MPa液氮。在相同的操作力矩下，增加閥門系統附件開啟關閉次數至3840次，最終完成耐用性試驗。通過整理分析試驗數據，了解產品是否符合常溫氣密性與耐用性要求。

低溫絕熱氣瓶閥門系統附件的研發不能盲目進行，不僅要考慮到閥門系統附件的特征屬性，還需參照國外產品測驗技術要求與標準，唯有綜合產品結構與適用范圍、性能要求等要素考慮，才能確保閥門系統附件國家標準與試驗規則等研發的可靠性。

（3）耐振性試驗方法。堵住閥門出氣口后，以低于7N?m的操作力矩關閉閥門，從閥門進氣口通入公稱工作壓力，在振動試驗臺上依次按照三個相互垂直方向安裝試驗裝置，要求在33.3Hz頻率與120min振動、位移幅值在2mm的工況下，閥門螺紋連接處應無松動，并符合常溫氣密性的性能要求。

（4）耐應力腐蝕試驗。清除閥門上的油漬后，堵住閥門出氣口，向30L加蓋玻璃器皿內倒入600mL相對密度為0.94質量的氨水，將玻璃器皿放置在34℃的氨與空氣混合環境內24h，將閥放置在距離玻璃器皿高40mm的托盤內，要求銅合金材料的閥門附件應無裂紋現象出現。

3 結語

本文主要對低溫液化氣瓶用截止閥檢測現狀與使用性能試驗方法展開研究，希望對我國相關行業現代化發展起到積極參照作用。隨著低溫液化氣瓶產品應用市場的不斷拓展，應當加強對產品制造水平與檢測技術研發水平的提升，推動閥門系統國家標準逐步完善與產品產能的穩中求進發展，最終實現產品生產制造與質量檢測的良性循環。