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焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標(biāo)準(zhǔn)研究

文檔作者：李前陳文飛文檔來源： 1．上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 2．寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月07日
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焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標(biāo)準(zhǔn)研究
李前 ，陳文飛
(1．上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200333；2．寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江
寧波315048)
摘要：分析了焊接絕熱氣瓶用安全閥的檢測項(xiàng)目和檢測方法，闡述了當(dāng)前存在的安全閥低溫性能
技術(shù)難點(diǎn)，提出了在低溫下安全閥的回座壓力、開啟高度測定和排量測試等關(guān)鍵檢測技術(shù)，并給出
了相關(guān)的測試方法和改進(jìn)措施。對該安全閥的設(shè)計(jì)、檢測和制定國家標(biāo)準(zhǔn)具有重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：安全閥；焊接絕熱氣瓶；低溫性能：國家標(biāo)準(zhǔn)
中圖分類號(hào)：TH138．8；TQO50．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1001—4837(2016)02—0057—04
doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2016．02．009
Research on the National Standard of W elded Insulated
Cylinders with Relief Valve
LI Qian ．CHEN Wen—fei
(1．Shanghai Institute of Special Equipment Inspection and Technical Station，Shanghai 200333，China；
2．Ningbo Special Equipment Inspection＆Research Institute，Ningbo 3 1 5048，China)
Abstract：The test items and test methods of the relief valve of welded insulated cylinders were analyzed，
and the existing technical dificulties of low temperature performance of safety valve were expounded．The
key detection technology of the back pressure in the low temperature and open height measurement and
displacement test of safety valve were put forward，and the relevant test methods and the improvement
measures were gave．It is important guiding significance for design，testing and national standards drafting
of the safety valve．
Key words：relief valve；welded insulated cylinders；cryogenic property；national standards
0 引言
焊接絕熱氣瓶用安全閥是指公稱工作壓力不
大于4 MPa，適用溫度為一196～60 oC，用于焊接
絕熱氣瓶上防止其超壓情況下發(fā)生危險(xiǎn)的安全保
護(hù)裝置，適用介質(zhì)有液氧、液氮、液氬、液態(tài)二氧化
碳和液化天然氣等低溫介質(zhì)? 。安全閥的安全
性能直接影響到氣瓶乃至整個(gè)汽車的安全性，起
到了至關(guān)重要的安全保護(hù)作用，因此，必須對其進(jìn)
行綜合的性能檢驗(yàn)檢測。
目前，隨著低溫介質(zhì)和LNG能源的不斷推廣
使用，使用中經(jīng)常會(huì)遇到低溫安全閥起跳后長時(shí)
間不回座或者回座壓力過低的現(xiàn)象，極易導(dǎo)致介
質(zhì)大量外漏，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。綜合分
析該安全閥的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、檢測方法等環(huán)節(jié)，
發(fā)現(xiàn)這主要是由于在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到其低溫性
能，后續(xù)也沒有進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理和檢驗(yàn)檢測，
CPVT 焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標(biāo)準(zhǔn)研究
因此，導(dǎo)致了此類產(chǎn)品質(zhì)量故障屢見不鮮。根據(jù)
該安全閥的實(shí)際使用工況，當(dāng)介質(zhì)滿瓶而氣相空
間壓力達(dá)到安全閥的起跳壓力時(shí)，安全閥的工作
溫度會(huì)達(dá)到一40℃ 以下，因此，安全閥中的關(guān)鍵
部件——彈簧必須具有一定的低溫性能，在產(chǎn)品
設(shè)計(jì)、制造工藝和檢驗(yàn)檢測等環(huán)節(jié)應(yīng)特別關(guān)注安
全閥在低溫環(huán)境下的開啟壓力、回座壓力和啟閉
壓差性能。
我國安全閥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要有GB／T 29026—
20124低溫介質(zhì)用彈簧直接載荷式安全閥》、GB／T
12241-2005~安全閥一般要求》、GB／T 12243—
20054彈簧直接載荷式安全閥》及HG 3l57—2005
《液化氣體罐車用彈簧安全閥》等，這些標(biāo)準(zhǔn)的適
用范圍和試驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。可見，僅GB／T
29026-2012有低溫性能試驗(yàn)的要求，而且由于
焊接絕熱氣瓶用安全閥的流道通徑一般≤8 mm，
因此，焊接絕熱氣瓶用安全閥尚無可以適用的國
家標(biāo)準(zhǔn)。
表1 安全閥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對照
標(biāo)準(zhǔn)名稱 適用范圍 常溫試驗(yàn) 低溫試驗(yàn)
GB／T 29026-2012《低溫 PN16～PN100、DN15～DN200、≥ 一196 閥體強(qiáng)度、整定壓力、密封
介質(zhì)用彈簧直接載荷式 ℃ ，整定壓力≥0．1 MPa的低溫氣體介 性能、排放壓力、啟閉壓差、 整定壓力
開啟高度 、密封性
、安全閥》 質(zhì)用安全閥 機(jī)械特性 、排量、
無損檢測
GB／T 12241一_2o05《安全 DN1>8 mm，整定壓力I>0．1 MPa的各類 動(dòng)作性能(整定壓力、排放
閥 壓力、開啟高度、啟閉壓差) 無
一般要求》 安全閥 J 和排量試驗(yàn)
GB／T 12243-2005《彈簧 整定壓力為0．1～42 MPa，流道直徑≥8 閥體強(qiáng)度、整定壓力、密封
直接載荷式安全閥》 mm的蒸汽鍋爐、壓力容器和管道用安 性能、排放壓力、啟閉壓差、 無
全閥 開啟高度、機(jī)械特性、排量
公稱壓力為l MPa及2．5 MPa，DN25～
HG 3157-2005《液化氣 DN150，≤50 oC，介質(zhì)為液氨、液氯、液 閥體強(qiáng)度、整定壓力、密封
體罐車用彈簧安全閥》 態(tài)二氧化硫、丙烯、丙烷 、丁烷、丁二烯 性能、回座壓力、開啟高度、 無
及其混合物等液化氣體罐車或儲(chǔ)罐上 機(jī)械特性、排量
的安全閥
1 安全閥常溫性能檢測技術(shù)研究
根據(jù)該安全閥的使用工況和技術(shù)要求，其檢
測項(xiàng)目主要有整定壓力測試、密封性試驗(yàn)、回座壓
力測試、啟閉壓差測試、開啟高度測試、機(jī)械特性
試驗(yàn)、排量試驗(yàn)和殼體強(qiáng)度試驗(yàn)等 j。但是，由
于該安全閥在結(jié)構(gòu)上與一般的彈簧直接載荷式安
全閥不同，因此個(gè)別試驗(yàn)方法需要進(jìn)行優(yōu)化，下面
重點(diǎn)介紹密封性試驗(yàn)、回座壓力測試、啟閉壓差測
試和開啟高度測試。
1．1 密封性試驗(yàn)
在進(jìn)行密封試驗(yàn)前應(yīng)先測試其整定壓力。將
安全閥安裝在試驗(yàn)專用裝置上，如圖1所示，從安
全閥的進(jìn)口充人空氣至0．9倍整定壓力，保壓1
min，應(yīng)無泄漏。安全閥垂直倒放在水槽中，其出
口端應(yīng)平行于水面并低于水面5 mm，安全閥體上
的排泄孔需用肥皂液試漏。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采
· 58 ·
取適當(dāng)?shù)拇胧?，防止閥門意外開啟時(shí)能夠釋放閥
體中的壓力。然后將安全閥垂直倒放在水槽中，
將安全閥進(jìn)口壓力升高到密封試驗(yàn)壓力，觀察并
統(tǒng)計(jì)泄漏量，并至少持續(xù)1 rain。
閥出氣f1
圖1 密封性試驗(yàn)示意
第33卷第2期 壓 力 容 器 總第279期
1．2 排放壓力測試
將安全閥安裝在試驗(yàn)專用裝置上，從安全閥
的進(jìn)口充人空氣至0．9倍整定壓力以后，升壓速
率應(yīng)不超過0．01 MPa／s，當(dāng)安全閥發(fā)出輕微的連
續(xù)排氣聲，并逐漸加大，隨后安全閥突然開啟到全
開位置，氣體的排放量最大，記下標(biāo)準(zhǔn)壓力表的讀
數(shù)，此讀數(shù)為安全閥的排放壓力。排放壓力應(yīng)符
合制造企業(yè)的出廠技術(shù)要求。
1．3 回座壓力及啟閉壓差測試
將安全閥安裝在試驗(yàn)專用裝置上，從閥的進(jìn)
口充人空氣至全排，迅速切斷進(jìn)氣口氣源，當(dāng)安全
閥停止放氣，此時(shí)的壓力為安全閥的回座壓力，整
定壓力和回座壓力差為安全閥啟閉壓差。對于啟
閉壓差不可調(diào)節(jié)的閥門，啟閉壓差的最大值為
15％整定壓力。
1．4 開啟高度測試
考慮到安全閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，很難精確測量其
開啟高度值，因此建議將被測閥連接至杜瓦瓶的
氣相出口，模擬實(shí)際使用時(shí)的低溫工況。將被測
閥安裝在專用裝置上，測量桿通過測試接頭垂直
插入安全閥活門組合件底部，測量桿探出測試接
頭約10 mm，如圖2所示。在測試前，首先進(jìn)行安
全閥的排放壓力和回座壓力測試，所得到的數(shù)據(jù)
應(yīng)與沒有裝測量開啟高度測試裝置前的排放壓力
和回座壓力數(shù)值相同，若不同，應(yīng)找出原因；若相
同，則進(jìn)行開啟高度的測量。先用精確的測高儀
表測出測量桿探出的高度h。，然后用精確的測高
量具測量出測量桿在排放壓力下的高度h ．則安
全閥的開啟高度為：h=h 一h。。
網(wǎng)氟導(dǎo)向環(huán)調(diào)節(jié)螺母 彈簧 安全閥閥體
測
圖2 開啟高度測試示意
安全閥開啟高度測試試驗(yàn)次數(shù)不少于3次，
其平均值不得小于閥門制造廠標(biāo)示的設(shè)計(jì)值。通
過上述方法可以準(zhǔn)確地測量安全閥的開啟高度。
利用上述專用裝置測試安全閥開啟高度，無
論何種情況，都必須注意使測量裝置不得對活門
組合件產(chǎn)生附加載荷，也不會(huì)妨礙閥門的動(dòng)作，所
以采取平臥方式測試。
2 安全閥低溫性能檢測技術(shù)研究
焊接絕熱氣瓶用安全閥主要安裝在焊接絕熱
氣瓶的氣相空間，若安全閥在氣瓶滿液時(shí)起跳，其
工作溫度最低會(huì)達(dá)到一40℃以下。然而，目前的
產(chǎn)品法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主要是以常溫試驗(yàn)為主，缺少在低
溫環(huán)境下的性能檢測，導(dǎo)致經(jīng)常遇到安全閥起跳
后不回座或回座壓力偏低的現(xiàn)象。這主要是由于
安全閥中的零部件各部分的溫度差或由于不同材
料間物理性能的差異，引起收縮不均，產(chǎn)生溫變應(yīng)
力，當(dāng)應(yīng)力低于材料的彈性極限時(shí)，就會(huì)在密封面
產(chǎn)生可逆性的彈性扭曲；若溫變應(yīng)力超過了材料
的屈服極限，零部件將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的扭曲變形，
同樣會(huì)造成密封面的失效，影響密封效果_6一 。
因此，在安全閥常溫性能合格后，應(yīng)增加相應(yīng)的低
溫性能檢測方法，以便全面地掌握安全閥的綜合
性能?？紤]到安全閥的實(shí)際使用工況溫度較低，
建議增加低溫開啟壓力試驗(yàn)、低溫回座壓力試驗(yàn)
和低溫啟閉壓差試驗(yàn)。
2．1 低溫開啟壓力試驗(yàn)
將安全閥連接至滿液杜瓦瓶的氣相出口，增
壓氣相空氣壓力，打開氣相截止閥，逐步增壓至安
全閥開始起跳的壓力值，為安全閥的開啟壓力。
2．2 低溫回座壓力試驗(yàn)
將安全閥連接至滿液杜瓦瓶的氣相出口，增
壓氣相空氣壓力，打開氣相截止閥逐步增壓至安
全閥的整定壓力，使得安全閥起跳，并保持排放
0．5～1 h。待安全閥的低溫狀態(tài)穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)
氣相截止閥，使得安全閥逐步回座，精確測量此時(shí)
的回座壓力，同樣應(yīng)符合常溫下的技術(shù)要求。
2．3 低溫啟閉壓差試驗(yàn)
將安全閥浸泡在液氮或者液氮與酒精的混合
液中，待閥恒溫后，從閥的進(jìn)口充人氦氣至全排，迅
速切斷進(jìn)氣口氣源，當(dāng)安全閥停止放氣，此時(shí)的壓
力為安全閥的回座壓力，整定壓力和回座壓力差為
安全閥啟閉壓差，同樣應(yīng)符合常溫下的技術(shù)要求。
3 建議與措施
考慮到焊接絕熱氣瓶用安全閥的使用工況，
· 59 ·
CPVT 焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標(biāo)準(zhǔn)研究 Vol_33 N0．2 2016
而且目前沒有合適的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，因此，除了在檢測
方法上進(jìn)行改進(jìn)與補(bǔ)充外，還需要制造企業(yè)改善
安全閥的制造工藝，增加產(chǎn)品低溫性能檢測環(huán)節(jié)。
首先，由于安全閥的關(guān)鍵部件是彈簧，因此彈簧在
低溫環(huán)境下的性能尤其重要，制造企業(yè)在材料方
面盡量選用金相組織穩(wěn)定性較高的材料 j。其
次，對于閥體、彈簧和活門等奧氏體材料制作的零
件必須進(jìn)行低溫處理，以使材料的馬氏體轉(zhuǎn)變和
變形得到充分進(jìn)行后再進(jìn)行精加工 J。低溫處
理的溫度應(yīng)低于材料相變溫度(M )且低于閥門
實(shí)際工作溫度，處理時(shí)間以2～4 h為宜，如需要
可以進(jìn)行多次低溫處理或進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處
理¨ 。另外，在低溫下將彈簧進(jìn)行預(yù)變形處理，
使彈簧在常溫和低溫環(huán)境下都具有比較穩(wěn)定的性
能。除了以上措施，在安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也可
以考慮采用錐面密封結(jié)構(gòu)，使低溫變形對密封面
的影響較小¨。。M J。
4 結(jié)語
目前，國內(nèi)尚無焊接絕熱氣瓶用安全閥的專
用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，一般參照GB／T 12243-2005《彈簧
直接載荷式安全閥》執(zhí)行，但是該標(biāo)準(zhǔn)僅有常溫
性能試驗(yàn)。因此，建議在進(jìn)行安全閥產(chǎn)品性能測
試或產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，不僅要從零件選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和
工藝處理多方面提高耐低溫性能，而且要對產(chǎn)品
性能檢測項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，補(bǔ)充低溫環(huán)境下的性能
測試，尤其是低溫開啟壓力測試、低溫回座壓力測
試和開啟高度測試，這樣才能滿足焊接絕熱氣瓶
用安全閥的實(shí)際使用工況，解決焊接絕熱氣瓶用
安全閥在使用過程中的安全隱患。
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收稿日期：2015—04—28 修稿日期：2016—02—02
作者簡介：李前(1981一)，男，工程師，主要從事特種設(shè)備
檢驗(yàn)檢測技術(shù)研究工作，通信地址：200333上海市怒汀北
路449弄8號(hào)C3座上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究
院，E—mail：liqian624000@sohu．eom。
(上接第24頁)
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收稿日期：2015—11—27 修稿日期：2016—02—03
作者簡介：譚蔚(1965一)，女，教授，博導(dǎo)，主要從事壓力
容器安全性能評價(jià)技術(shù)研究工作，通信地址：300072天津
市南開區(qū)衛(wèi)津路92號(hào)天津大學(xué)化工學(xué)院，E—mail：
wtan@tju．edu．cn。

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