焊接绝热气瓶用安全阀国家标准研究.pdf

焊接绝热气瓶用安全 阀国家标准研究 李前 ， 陈文飞 1 ． 上海市特种设备监督 检验技术研究 院， 上海2 0 0 3 3 3 ； 2 ． 宁波市 特种设备检验研究 院 ， 浙江 宁波3 1 5 0 4 8 摘要 分析 了焊接绝热气瓶用安全阀的检测项 目和检测方法， 阐述 了当前存在 的安全 阀低温性能 技术难点， 提 出了在低温下安全阀的回座压力、 开启高度测定和排量测试等关键检测技术 ， 并给 出 了相关的测试方法和改进措施。对该安全 阀的设计、 检测和制定国家标准具有重要的指导意义。 关键词 安 全 阀 ； 焊接 绝 热 气瓶 ； 低 温性 能 国 家标 准 中图分类号 T H1 3 8 ． 8 ； T Q O 5 0 ． 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 6 0 2 0 0 5 7 0 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 3 7 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 0 9 Re s e a r c h o n t he Na t i o n a l S t a nd a r d o f W e l d e d I ns u l a t e d Cy l i n de r s wi t h Re l i e f Va l v e L I Qi a n ． C H E N W e nf e i 1 ． S h a n g h a i I n s t i t u t e o f S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t i o n a n d T e c h n i c a l S t a t i o n ， S h a n g h a i 2 0 0 3 3 3 ， C h i n a ； 2 ． N i n g b o S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n＆ R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N i n g b o 3 1 5 0 4 8 ， C h i n a Abs t r a c t T he t e s t i t e ms a n d t e s t me t ho d s o f t h e r e l i e f v a l v e o f we l de d i n s ul a t e d c y l i n d e r s we r e a n a l y z e d， a n d t h e e x i s t i n g t e c hn i c a l d i ffi c u l t i e s o f l o w t e mpe r a t u r e p e rfo r ma n c e o f s a f e t y v a l v e we r e e x po u n de d． T he k e y de t e c t i o n t e c h n o l o g y o f t h e b a c k pr e s s u r e i n t h e l o w t e mp e r a t u r e a n d o p e n h e i g h t me a s u r e me n t a n d d i s p l a c e me n t t e s t o f s a f e t y v a l v e we r e p u t f o r wa r d， a n d t h e r e l e v a n t t e s t me t h o d s a nd t h e i mp r o v e me n t me a s u r e s we r e g a v e ． I t i s i mp o r t a n t g u i d i n g s i g n i fic a n c e f o r d e s i g n， t e s t i n g a n d n a t i o na l s t a n d a r d s d r a f t i n g o f t h e s a f e t y v a l v e ． Ke y wo r d s r e l i e f v a l v e ； w e l d e d i n s u l a t e d c y l i n d e r s ； c r y o g e n i c p r o p e r t y ； n a t i o n a l s t a n d a r d s 0 引言 焊接绝热气瓶用安全阀是指公称工作压力不 大于 4 MP a ， 适用温度为 一1 9 6～6 0 o C， 用 于焊接 绝热气瓶上防止其超压情况下发生危险的安全保 护装置 ， 适用介质有液氧 、 液氮 、 液氩 、 液态二氧化 碳和液化天然气等低 温介质⋯ 。安全 阀的安全 性能直接影响到气瓶乃至整个 汽车 的安全性 ， 起 到了至关重要的安全保护作用 ， 因此 ， 必须对其进 行综合的性能检验检测。 目前 ， 随着低温介质和 L N G能源的不断推广 使用 ， 使用 中经常会遇到低温安全阀起跳后长 时 间不 回座或者 回座压力过低的现象 ， 极易导致介 质大量外漏 ， 造成人员伤亡和经济损失 。综合分 析该安全阀的设计 、 生产工艺 、 检测方法等环节 ， 发现这主要是由于在设计时没有考虑到其低温性 能， 后续也没有进行相应的技术处理和检验检测 ， C P V T 焊接绝热气瓶用安全阀国家标准研究 因此 ， 导致了此类产 品质量故 障屡见不鲜 。根据 该安全阀的实际使用工况 ， 当介质满瓶而气相空 间压力达到安全阀的起跳压力时 ， 安全 阀的工作 温度会达到 一4 0℃以下 ， 因此 ， 安全 阀中的关键 部件弹簧必须具有一定的低温性能， 在产 品 设计 、 制造工艺和检验检测等环节应特别关注安 全阀在低温环境下的开启压力、 回座压力和启闭 压差性能。 我 国安全 阀产 品标准主要有 G B ／ T 2 9 0 2 6 2 0 1 2 4 低温介质用弹簧直接载荷式安全阀 、 G B ／ T 1 2 2 4 1 --2 0 0 5 安全 阀 一般要求 、 G B ／ T 1 2 2 4 3 2 0 0 5 4 弹簧直接载荷式安全阀 及 H G 3 l 5 7 2 0 0 5 液化气体罐车用弹簧安全阀 等 ， 这些标准的适 用范 围和试验项 目如表 1所示 。可见 ， 仅 G B ／ T 2 9 0 2 6 --2 0 1 2有低温性 能试 验的要求 ， 而且 由于 焊接绝热气瓶用安全阀的流道通径一般 ≤8 m m， 因此 ， 焊接绝热气瓶用安全 阀尚无可 以适用的国 家标准。 表 1 安全 阀产 品标准对照 标准名称 适用范围 常温试验 低温试验 G B ／ T 2 9 0 2 6 --2 0 1 2 低温 P N 1 6～P N 1 0 0 、 D N 1 5～D N 2 0 0 、 ≥ 一1 9 6 阀体强度 、 整定压力、 密封 介质用弹簧直接载荷式 ℃ ， 整定压力≥0 ． 1 M P a的低温气体介 性能、 排放压力、 启闭压差、 整定压力 、密封性 开启高度 、机械特性 、 排量、 安全阀 质用安全阀 无损检测 G B ／ T 1 2 2 4 1 一 _ 2 o 0 5 安全 D N18 mm， 整定压力 I0 ． 1 M P a的各类 动作性能 整定压力、 排放 压力、 开启高度、 启闭压差 无 阀 一 般要求 安全阀 J 和排量试验 G B ／ T 1 2 2 4 3 --2 0 0 5 弹簧 整定压力为 0 ． 1～ 4 2 MP a ， 流道直径≥8 阀体强 度、 整定压力、 密封 mm的蒸汽锅炉、 压力容器和管道用安 性能、 排放压力、 启闭压差、 无 直接载荷式安全阀 全阀 开启高度、 机械特性 、 排量 公称压力 为 l MP a 及 2 ． 5 MP a ， D N 2 5～ H G 3 1 5 7 --2 0 0 5 液化气 D N1 5 0， ≤5 0 o C， 介质为液氨、 液氯、 液 阀体强度、 整定压力、 密封 态二氧化硫、 丙烯、 丙烷 、 丁烷、 丁二烯 性能、 回座压力、 开启高度、 无 体罐车用弹簧安全阀 及其混合物等液化气体罐车或储罐上 机械特性、 排量 的安全 阀 1 安全阀常温性能检测技术研究 根据该安全 阀的使用工况和技术要求 ， 其检 测项 目主要有整定压力测试 、 密封性试验 、 回座压 力测试 、 启闭压差测试 、 开启高度测试 、 机械特性 试验 、 排量试验和壳体 强度试验等 j 。但 是 ， 由 于该安全阀在结构上与一般的弹簧直接载荷式安 全阀不同， 因此个别试验方法需要进行优化 ， 下面 重点介绍密封性试验 、 回座压力测试 、 启闭压差测 试和开启高度测试。 1 ． 1密封 性试 验 在进行密封试验前应先测试其整定压力。将 安全阀安装在试验专用装置上 ， 如图 1所示 ， 从安 全阀的进 口充人空气至 0 ． 9倍整定压力 ， 保压 1 m i n ， 应无泄漏。安全阀垂直倒放在水槽 中， 其出 口端应平行于水面并低于水面 5 m m， 安全 阀体上 的排泄孔需用肥皂液试漏 。在产 品设计时 ， 应采 5 8 取适当的措施 ， 防止 阀门意外开启时能够释放 阀 体 中的压力 。然后将安全阀垂直倒放在水槽 中， 将安全 阀进 口压力升高到密封试验压力， 观察并 统计泄漏量 ， 并至少持续 1 rai n 。 阀 出气 f 1 图 1 密封性试验示意 第 3 3卷第 2期 压 力 容 器 总第 2 7 9期 1 ． 2排放 压 力测试 将安全阀安装在试验专用装置上 ， 从安全 阀 的进口充人空气至0 ． 9倍整定压力以后， 升压速 率应不超过 0 ． 0 1 MP a ／ s ， 当安全阀发 出轻微的连 续排气声 ， 并逐渐加大 ， 随后安全阀突然开启到全 开位置， 气体的排放量最大， 记下标准压力表的读 数 ， 此读数为安全阀的排放压力。排放压 力应符 合制造企业 的出厂技术要求。 1 ． 3 回座 压 力及启 闭压 差测试 将安全阀安装在试验专用装置上 ， 从 阀的进 口充人空气至全排 ， 迅速切断进气 口气源 ， 当安全 阀停止放气 ， 此时的压力为安全阀的回座压力 ， 整 定压力和回座压力差为安全阀启闭压差。对于启 闭压 差不 可调节 的 阀门， 启 闭压差 的最大值 为 1 5 ％整定压力。 1 ． 4开启 高度 测试 考虑到安全 阀的结构特点 ， 很难精确测量其 开启高度值 ， 因此建议将被测 阀连接至杜瓦瓶 的 气相出口， 模拟实 际使用时的低温工况。将被测 阀安装在专用装置上 ， 测量杆通过测试接头垂直 插入安全阀活门组合件底部 ， 测量杆探 出测试接 头约 1 0 m m， 如图 2所示 。在测试前 ， 首先进行安 全阀的排放压力 和回座压力测试 ， 所得到 的数据 应与没有装测量开启高度测试装置前 的排放压力 和回座压力数值相同， 若不同， 应找出原因； 若相 同， 则进行开启高度 的测量。先用精确 的测高仪 表测出测量杆探 出的高度 h 。 ， 然后用精确的测高 量具测量出测量杆在排放压力下的高度 h ． 则安 全 阀的开启高度为 h h 一h 。 。 网氟 导向环调 节螺母 弹簧 安 全阀 阀体 测 图2 开启高度测试示意 安全阀开启高度测试试验次数不少于 3次 ， 其平均值不得小于阀门制造厂标示的设计值 。通 过上述方法可 以准确地测量安全阀的开启高度。 利用上述专用装置测试安全 阀开启高度 ， 无 论何种情况 ， 都必须注意使测量装置不得对 活门 组合件产生附加载荷 ， 也不会妨碍阀门的动作 ， 所 以采取平卧方式测试 。 2 安全阀低温性能检测技术研究 焊接绝热气瓶用安全阀主要安装在焊接绝热 气瓶的气相空间， 若安全阀在气瓶满液时起跳 ， 其 工作温度最低会达到 一 4 0℃以下。然而 ， 目前 的 产品法规标准主要是 以常温试 验为主 ， 缺少在低 温环境下的性能检测 ， 导致经常遇到安全 阀起跳 后不回座或 回座压力偏低的现象。这主要是由于 安全阀中的零部件各部分的温度差或由于不同材 料间物理性能的差异 ， 引起收缩不均 ， 产生温变应 力 ， 当应力低于材料的弹性极限时 ， 就会在密封面 产生可逆性的弹性扭 曲； 若温变应力超过 了材料 的屈服极限， 零部件将发生不可逆转的扭曲变形 ， 同样会造 成密封 面的失效 ， 影 响密封效果 _ 6 一 。 因此 ， 在安全阀常温性能合格后 ， 应增加相应的低 温性能检测方法 ， 以便全 面地掌握安全 阀的综合 性能。考虑到安全 阀的实际使用工况温度较低 ， 建议增加低温开启压力试验、 低温 回座压力试验 和低温启闭压差试验 。 2 ． 1 低 温开启 压 力试 验 将安全阀连接至满液杜瓦瓶 的气相出 口， 增 压气相空气压力 ， 打开气相截止阀 ， 逐步增压至安 全阀开始起跳的压力值 ， 为安全 阀的开启压力 。 2 ． 2 低 温回座 压 力试验 将安全 阀连接至满液杜 瓦瓶 的气相出 口， 增 压气相空气压力 ， 打开气相截止阀逐步增压 至安 全阀的整定压力 ， 使得安全 阀起跳 ， 并保持排放 0 ． 5～1 h 。待安全 阀的低温状态稳定后 ， 再调节 气相截止阀， 使得安全阀逐步 回座 ， 精确测量此时 的回座压力 ， 同样应符合常温下 的技术要求。 2 ． 3低 温启 闭压 差试验 将安全阀浸泡在液氮或者液氮与酒精 的混合 液中， 待阀恒温后 ， 从阀的进 口充人氦气至全排 ， 迅 速切断进气 口气源 ， 当安全阀停止放气 ， 此时的压 力为安全阀的回座压力 ， 整定压力和 回座压力差为 安全阀启闭压差 ， 同样应符合常温下的技术要求。 3 建议与措施 考虑到焊接绝热气瓶用安全阀的使用工况 ， 5 9 C P V T 焊接绝热气瓶用安全阀国家标准研究 V o l _ 3 3 N 0 ． 2 2 0 1 6 而且 目前没有合适的产品标准 ， 因此 ， 除了在检测 方法上进行改进与补充外， 还需要制造企业改善 安全阀的制造工艺 ， 增加产品低温性能检测环节。 首先 ， 由于安全阀的关键部件是弹簧 ， 因此弹簧在 低温环境下 的性能尤其重要 ， 制造企业在材料方 面尽量选用金 相组织稳定 性较高 的材料 j 。其 次 ， 对于阀体、 弹簧和活门等奥氏体材料制作 的零 件必须进行低温处理 ， 以使材料的马氏体转变和 变形得到充分进行后再进行精加工 J 。低温处 理的温度应低于材料相变温度 M 且低于阀门 实际工作温度 ， 处理时间以 2～ 4 h为宜， 如需要 可 以进 行 多次 低温 处理 或进 行 适 当 的时效 处 理 。另外 ， 在低温下将 弹簧进行预变形处理 ， 使弹簧在常温和低温环境下都具有比较稳定 的性 能。除了以上措施 ， 在安全 阀的结构设计时也可 以考虑采用锥面密封结构 ， 使低温变形对密封面 的影响较小 。 。 M J 。 4结语 目前 ， 国内尚无焊接绝热气瓶用安全 阀的专 用产 品标 准， 一般参照 G B ／ T 1 2 2 4 3 --2 0 0 5 弹簧 直接载荷式安全阀 执行， 但是该标准仅有常温 性能试验 。因此 ， 建议在进行安全阀产 品性能测 试或产品研发时 ， 不仅要从零件选材 、 结构设计和 工艺处理多方面提高耐低温性能， 而且要对产品 性能检测项 目进行调整 ， 补充低温环境下 的性能 测试 ， 尤其是低温开启压力测试 、 低温回座压力测 试和开启高度测试 ， 这样 才能满足焊接绝热气瓶 用安全阀的实际使用工况 ， 解决焊接绝热气瓶用 安全 阀在使用过程中的安全隐患。 参考文献 [ 1 ] G B ／ T l 8 4 4 2 2 0 1 1 ， 固定式真空绝热深冷压力容器 [ S ] ． [ 2 ] G B ／ T 2 9 0 2 6 --2 0 1 2 ， 低温介质用弹簧直接载荷式安 全阀[ S ] ． [ 3 ] G B ／ T 1 2 2 4 1 2 】 】 5 ， 安全阀 一般要求[ S ] ． [ 4 ] G B ／ T 1 2 2 4 3 --2 0 0 5 ， 弹簧直接载荷式安全阀[ S ] ． [ 5 ] H G 3 1 5 7 --2 0 0 5 ， 液化气体罐车用弹簧安全阀[ S ] ． [ 6 ] 吴堂荣， 唐勇． 低温阀门密封性能的研究与分析 [ J ] ． 阀， 2 0 0 9 2 2 6 2 8 ． [ 7 ] 郎成东， 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s i n g r a n d o m d e c r e m e n t t e c h n i q u e [ J ] ． Me c h a n i c a l S y s t e ms a n d S i g n a l P r o c e s s i n g ， 2 0 1 0 ， 2 4 4 9 2 2 9 44． [ 5 ] 王济． M A T L A B在振动信号处理中的应用 [ M] ． 北 京 中国水利水电出版社， 2 0 0 6 ． [ 6 ] 任向鑫， 闫维明， 何浩祥． 用随机减量法计算消能减 震结构附加阻尼比[ J ] ． 工业建筑 ， 2 0 1 3 S 1 1 3 3 1 3 7． [ 7 ] N B ／ T 4 7 0 4 1 --2 0 1 4 ， 钢制塔式容器[ S ] ． [ 8 ] 李帅． 工程结构模态参数辨识与损伤识别方法研究 ．60 ． [ D] ． 重庆 重庆大学 ， 2 0 1 3 ． [ 9 ] 张之颖， 谭高铭， 吕西林． 环境激励下房屋建筑阻尼 比的识别方法[ J ] ． 西安建筑科技大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 7 ， 3 9 6 7 6 7 7 7 2 ． [ 1 0 ] 潘戬． 高层建筑结构风致振动阻尼 比识别研究 [ D] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 2 ． 收 稿 日期 2 0 1 51 1 2 7 修稿 日期 2 0 1 6 0 2 0 3 作者简介 谭蔚 1 9 6 5一 ， 女 ， 教授 ， 博 导 ， 主要从 事 压力 容器安全性能评价技术研究工作， 通信地址 3 0 0 0 7 2天津 市南开区卫 津路 9 2号天 津大学 化工学 院， Ema i l w t a n t j u ． e d u ． c n 。