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焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標準研究

文檔作者：李前陳文飛文檔來源： 1．上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 2．寧波市特種設備檢驗研究院		點擊數：	更新時間： 2021年07月07日
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焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標準研究
李前 ，陳文飛
(1．上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院，上海200333；2．寧波市特種設備檢驗研究院，浙江
寧波315048)
摘要：分析了焊接絕熱氣瓶用安全閥的檢測項目和檢測方法，闡述了當前存在的安全閥低溫性能
技術難點，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鍵檢測技術，并給出
了相關的測試方法和改進措施。對該安全閥的設計、檢測和制定國家標準具有重要的指導意義。
關鍵詞：安全閥；焊接絕熱氣瓶；低溫性能：國家標準
中圖分類號：TH138．8；TQO50．7 文獻標志碼：B 文章編號：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)生危險的安全保
護裝置，適用介質有液氧、液氮、液氬、液態(tài)二氧化
碳和液化天然氣等低溫介質? 。安全閥的安全
性能直接影響到氣瓶乃至整個汽車的安全性，起
到了至關重要的安全保護作用，因此，必須對其進
行綜合的性能檢驗檢測。
目前，隨著低溫介質和LNG能源的不斷推廣
使用，使用中經常會遇到低溫安全閥起跳后長時
間不回座或者回座壓力過低的現象，極易導致介
質大量外漏，造成人員傷亡和經濟損失。綜合分
析該安全閥的設計、生產工藝、檢測方法等環(huán)節(jié)，
發(fā)現這主要是由于在設計時沒有考慮到其低溫性
能，后續(xù)也沒有進行相應的技術處理和檢驗檢測，
CPVT 焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標準研究
因此，導致了此類產品質量故障屢見不鮮。根據
該安全閥的實際使用工況，當介質滿瓶而氣相空
間壓力達到安全閥的起跳壓力時，安全閥的工作
溫度會達到一40℃ 以下，因此，安全閥中的關鍵
部件——彈簧必須具有一定的低溫性能，在產品
設計、制造工藝和檢驗檢測等環(huán)節(jié)應特別關注安
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。
我國安全閥產品標準主要有GB／T 29026—
20124低溫介質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，這些標準的適
用范圍和試驗項目如表1所示?？梢?，僅GB／T
29026-2012有低溫性能試驗的要求，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
家標準。
表1 安全閥產品標準對照
標準名稱 適用范圍 常溫試驗 低溫試驗
GB／T 29026-2012《低溫 PN16～PN100、DN15～DN200、≥ 一196 閥體強度、整定壓力、密封
介質用彈簧直接載荷式 ℃ ，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》 質用安全閥 機械特性 、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
GB／T 12243-2005《彈簧 整定壓力為0．1～42 MPa，流道直徑≥8 閥體強度、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，介質為液氨、液氯、液 閥體強度、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罐上 機械特性、排量
的安全閥
1 安全閥常溫性能檢測技術研究
根據該安全閥的使用工況和技術要求，其檢
測項目主要有整定壓力測試、密封性試驗、回座壓
力測試、啟閉壓差測試、開啟高度測試、機械特性
試驗、排量試驗和殼體強度試驗等 j。但是，由
于該安全閥在結構上與一般的彈簧直接載荷式安
全閥不同，因此個別試驗方法需要進行優(yōu)化，下面
重點介紹密封性試驗、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
在進行密封試驗前應先測試其整定壓力。將
安全閥安裝在試驗專用裝置上，如圖1所示，從安
全閥的進口充人空氣至0．9倍整定壓力，保壓1
min，應無泄漏。安全閥垂直倒放在水槽中，其出
口端應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。在產品設計時，應采
· 58 ·
取適當的措施，防止閥門意外開啟時能夠釋放閥
體中的壓力。然后將安全閥垂直倒放在水槽中，
將安全閥進口壓力升高到密封試驗壓力，觀察并
統(tǒng)計泄漏量，并至少持續(xù)1 rain。
閥出氣f1
圖1 密封性試驗示意
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專用裝置上，從安全閥
的進口充人空氣至0．9倍整定壓力以后，升壓速
率應不超過0．01 MPa／s，當安全閥發(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，記下標準壓力表的讀
數，此讀數為安全閥的排放壓力。排放壓力應符
合制造企業(yè)的出廠技術要求。
1．3 回座壓力及啟閉壓差測試
將安全閥安裝在試驗專用裝置上，從閥的進
口充人空氣至全排，迅速切斷進氣口氣源，當安全
閥停止放氣，此時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
考慮到安全閥的結構特點，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，模擬實際使用時的低溫工況。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，首先進行安
全閥的排放壓力和回座壓力測試，所得到的數據
應與沒有裝測量開啟高度測試裝置前的排放壓力
和回座壓力數值相同，若不同，應找出原因；若相
同，則進行開啟高度的測量。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。。
網氟導向環(huán)調節(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次數不少于3次，
其平均值不得小于閥門制造廠標示的設計值。通
過上述方法可以準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
組合件產生附加載荷，也不會妨礙閥門的動作，所
以采取平臥方式測試。
2 安全閥低溫性能檢測技術研究
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起跳，其
工作溫度最低會達到一40℃以下。然而，目前的
產品法規(guī)標準主要是以常溫試驗為主，缺少在低
溫環(huán)境下的性能檢測，導致經常遇到安全閥起跳
后不回座或回座壓力偏低的現象。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，產生溫變應
力，當應力低于材料的彈性極限時，就會在密封面
產生可逆性的彈性扭曲；若溫變應力超過了材料
的屈服極限，零部件將發(fā)生不可逆轉的扭曲變形，
同樣會造成密封面的失效，影響密封效果_6一 。
因此，在安全閥常溫性能合格后，應增加相應的低
溫性能檢測方法，以便全面地掌握安全閥的綜合
性能。考慮到安全閥的實際使用工況溫度較低，
建議增加低溫開啟壓力試驗、低溫回座壓力試驗
和低溫啟閉壓差試驗。
2．1 低溫開啟壓力試驗
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
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，再調節(jié)
氣相截止閥，使得安全閥逐步回座，精確測量此時
的回座壓力，同樣應符合常溫下的技術要求。
2．3 低溫啟閉壓差試驗
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，從閥的進口充人氦氣至全排，迅
速切斷進氣口氣源，當安全閥停止放氣，此時的壓
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，同樣應符合常溫下的技術要求。
3 建議與措施
考慮到焊接絕熱氣瓶用安全閥的使用工況，
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CPVT 焊接絕熱氣瓶用安全閥國家標準研究 Vol_33 N0．2 2016
而且目前沒有合適的產品標準，因此，除了在檢測
方法上進行改進與補充外，還需要制造企業(yè)改善
安全閥的制造工藝，增加產品低溫性能檢測環(huán)節(jié)。
首先，由于安全閥的關鍵部件是彈簧，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
件必須進行低溫處理，以使材料的馬氏體轉變和
變形得到充分進行后再進行精加工 J。低溫處
理的溫度應低于材料相變溫度(M )且低于閥門
實際工作溫度，處理時間以2～4 h為宜，如需要
可以進行多次低溫處理或進行適當的時效處
理¨ 。另外，在低溫下將彈簧進行預變形處理，
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，在安全閥的結構設計時也可
以考慮采用錐面密封結構，使低溫變形對密封面
的影響較小¨。。M J。
4 結語
目前，國內尚無焊接絕熱氣瓶用安全閥的專
用產品標準，一般參照GB／T 12243-2005《彈簧
直接載荷式安全閥》執(zhí)行，但是該標準僅有常溫
性能試驗。因此，建議在進行安全閥產品性能測
試或產品研發(fā)時，不僅要從零件選材、結構設計和
工藝處理多方面提高耐低溫性能，而且要對產品
性能檢測項目進行調整，補充低溫環(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，主要從事特種設備
檢驗檢測技術研究工作，通信地址：200333上海市怒汀北
路449弄8號C3座上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究
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，主要從事壓力
容器安全性能評價技術研究工作，通信地址：300072天津
市南開區(qū)衛(wèi)津路92號天津大學化工學院，E—mail：
wtan@tju．edu．cn。

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