李偉平

（廣東省肇慶市特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)）

0 概況

液化天然氣 （LNG）低溫絕熱氣瓶是用于貯存、運(yùn)輸液化氣體產(chǎn)品的高真空多層絕熱可移動(dòng)式低溫液體容器，其關(guān)鍵控制部件主要是截止閥。截止閥的安全性能直接影響到低溫絕熱氣瓶的使用效率和安全性能。一旦截止閥失效，造成瓶內(nèi)LNG泄漏爆炸，則破壞力驚人。國家質(zhì)檢總局一直對(duì)瓶閥開展特種設(shè)備型式試驗(yàn)及許可制度，但由于國內(nèi)目前尚無低溫絕熱氣瓶用截止閥產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)，且無配套的產(chǎn)品性能檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，因此就需要對(duì)此開展研究。國內(nèi)的低溫截止閥產(chǎn)品質(zhì)量水平與國外產(chǎn)品相比尚存在一定的差距，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品在低溫-196℃下的內(nèi)部泄漏率和外部泄漏率較大，尤其是產(chǎn)品在經(jīng)過低溫疲勞循環(huán)測(cè)試后其泄漏率較大。為解決這些問題，需要綜合考慮國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的使用現(xiàn)狀和技術(shù)水平，積極展開低溫絕熱氣瓶用截止閥的產(chǎn)品試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法研究以及產(chǎn)品使用性能檢測(cè)設(shè)備的研制，并及時(shí)起草和制定相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn) 《低溫絕熱氣瓶用截止閥》，對(duì)低溫絕熱氣瓶用截止閥的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等進(jìn)行規(guī)范管理。

低溫氣瓶附件處于低溫、甚至超低溫的工作環(huán)境，使用環(huán)境極其苛刻，極易造成閥體及密封面的外漏或內(nèi)漏，從而影響其氣密性，稍有泄漏就有可能釀成嚴(yán)重事故。所以對(duì)低溫瓶閥的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)提出了極高的要求。低溫絕熱氣瓶附件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程、關(guān)鍵檢測(cè)指標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)都將直接影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量水平。綜合考慮上述因素，研究適合LNG低溫氣瓶用截止閥檢測(cè)的方法，并研制低溫氣瓶用截止閥氣密性和耐用性的檢測(cè)設(shè)備，為起草國家標(biāo)準(zhǔn) 《低溫絕熱氣瓶用截止閥》提供技術(shù)支撐，這對(duì)低溫氣瓶閥的推廣應(yīng)用及發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 低溫絕熱氣瓶用截止閥

低溫絕熱氣瓶，是用于儲(chǔ)存液氧、液氮、液氬、LNG、液化二氧化碳等低溫液化氣體的特種焊接氣瓶，其工作壓力不大于3.5 MPa。低溫絕熱氣瓶從型式上可設(shè)計(jì)成立式或臥式。國外低溫絕熱氣瓶制造商的具體制造工藝或要求一般是參照美國運(yùn)輸部制定的 《焊接保冷氣瓶》 （DOT 4L）規(guī)范。國內(nèi)生產(chǎn)制造低溫絕熱氣瓶廠家則遵循 GB 24159—2009《焊接絕熱氣瓶》規(guī)范。低溫絕熱氣瓶裝配完整，包含內(nèi)容器、外殼、絕熱層、支撐系統(tǒng)、輸液系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)和汽化系統(tǒng)7個(gè)主要部分，具有儲(chǔ)存、運(yùn)輸、供液、供氣四大功能。典型的低溫絕熱氣瓶一般配置截止閥、調(diào)壓閥、安全閥和液位計(jì)等氣瓶附件[1]。

低溫絕熱氣瓶用截止閥的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到氣瓶的安全運(yùn)行、絕熱性能、加注技術(shù)、無損儲(chǔ)存等，因此不允許出現(xiàn)任何差錯(cuò)。閥門故障和失效會(huì)造成LNG泄漏，引起燃燒甚至爆炸，造成嚴(yán)重事故，因此必須引起足夠的重視[2]。由于液態(tài)低溫介質(zhì)通常是液氧、液氮、液氬、液化天然氣、液化二氧化碳等，尤其LNG不但易燃易爆，而且在升溫時(shí)要?dú)饣瑲饣瘯r(shí)體積膨脹數(shù)百倍，所以對(duì)閥門的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和檢測(cè)等環(huán)節(jié)均要求極其嚴(yán)格[3]。

目前，從國內(nèi)的低溫絕熱氣瓶閥門行業(yè)來講，對(duì)這種產(chǎn)品的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等要求并不統(tǒng)一，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)所設(shè)定的檢測(cè)項(xiàng)目較少，檢測(cè)方法較為落后，檢測(cè)技術(shù)要求較低，相應(yīng)的檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備大多為企業(yè)自主研發(fā)的簡易設(shè)備，缺乏可靠性和準(zhǔn)確性，且沒有第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行公正性的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。國外也無適合的低溫氣瓶閥產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備，主要參考英國標(biāo)準(zhǔn) 《低溫容器低溫氣瓶用閥門》 （BS EN 1626）等低溫容器與閥門方面的技術(shù)規(guī)范[4]。

2 低溫氣密性檢測(cè)技術(shù)研究

低溫絕熱氣瓶是用于貯存、運(yùn)輸液化氣體產(chǎn)品的高真空多層絕熱可移動(dòng)式低溫液體容器。氣瓶附件主要包括截止閥、調(diào)壓閥，這些氣瓶附件屬于特種設(shè)備，具有比較高的危險(xiǎn)性，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)檢測(cè)。然而國內(nèi)目前尚無成熟的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，更沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和專用設(shè)備。由于低溫絕熱氣瓶用截止閥的最低使用溫度約為-196℃，這對(duì)氣瓶附件在低溫狀態(tài)下的氣密性要求較高。在深冷工況下，氣瓶附件內(nèi)部的密封元件和密封結(jié)構(gòu)能否保證其氣密性，對(duì)整個(gè)氣瓶的安全性影響很大[5]。

針對(duì)LNG氣瓶附件的低溫氣密性檢測(cè)方法展開系統(tǒng)研究，綜合考慮國內(nèi)外LNG氣瓶附件制造企業(yè)的檢驗(yàn)現(xiàn)狀和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推薦使用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)。氦質(zhì)譜檢漏法檢漏效率高，儀器反應(yīng)靈敏，檢漏精度高，不易受其他氣體的干擾[6]。氦質(zhì)譜檢漏法流程如圖1所示。

圖1 氦質(zhì)譜檢漏法流程

氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)質(zhì)譜學(xué)原理，用氦氣作示漏氣體制成的氣密性檢測(cè)儀器。噴氦法、吸氦法是最常用的兩種檢漏方法?？紤]到LNG氣瓶附件體積較小，操作空間不大，因此采用吸槍檢漏。將試驗(yàn)閥打開并浸入液氮中，關(guān)閉針形閥，往其內(nèi)部通入高純氦氣，利用吸槍檢查試驗(yàn)閥的外部氣密性；再按規(guī)定力矩關(guān)閉試驗(yàn)閥，打開針形閥，往其進(jìn)氣口通入高純氦氣，在針形閥的出口處用吸槍檢查試驗(yàn)閥的內(nèi)部氣密性。這樣會(huì)得到一組泄漏率的試驗(yàn)數(shù)據(jù) （見表1），以此定量的測(cè)試方法來判斷試驗(yàn)閥的低溫氣密性。

3 低溫疲勞循環(huán)測(cè)試技術(shù)研究

在低溫環(huán)境 （-196℃）下，材料的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到考驗(yàn)。低溫瓶閥材料極易產(chǎn)生低溫脆性破壞以及材料相變所引起的體積變化，并且低溫絕熱氣瓶閥所采用的是焊接結(jié)構(gòu)，必須充分考慮到材料焊接性能及低溫下焊縫的可靠性。在低溫工況下頻繁操作的低溫閥門，其內(nèi)件也易引起卡阻、咬合和擦傷等現(xiàn)象。綜合考慮以上因素，對(duì)低溫氣瓶用截止閥和調(diào)壓閥的檢測(cè)測(cè)試就顯得非常有必要，并且比常溫工況用的閥門檢測(cè)更為嚴(yán)格。

表1 截止閥低溫氣密性試驗(yàn)結(jié)果

在85℃的試驗(yàn)溫度下，從閥的進(jìn)氣口通入壓縮空氣，其壓力值為相應(yīng)的氣瓶公稱工作壓力，操作力矩不大于7 N·m，全行程啟閉160次；然后從閥的進(jìn)氣口通入2 MPa的液氮，操作力矩不大于7 N·m，全行程啟閉3 840次，進(jìn)行耐用性試驗(yàn)，如圖2所示。耐用性試驗(yàn)后樣品應(yīng)符合常溫氣密性要求。

圖2 低溫閥耐用性試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

在低溫絕熱氣瓶用截止閥國家標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定過程中，結(jié)合低溫絕熱氣瓶用截止閥自身的特點(diǎn)，并參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，斟酌方方面面，從產(chǎn)品適用范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)術(shù)語、產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和型式編制方法、產(chǎn)品的材料要求、生產(chǎn)工藝要求、性能要求 （包括啟閉性、常溫氣密性、耐振性、耐壓性、耐溫性、耐用性、耐鹽霧腐蝕性）和試驗(yàn)方法等多方面、全方位進(jìn)行了考慮。

4 結(jié)語

本文重點(diǎn)研究了低溫絕熱氣瓶用截止閥的試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法以及相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)的起草等方面問題，為國家監(jiān)管提供產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)和技術(shù)支撐，保障行業(yè)的健康發(fā)展。隨著我國低溫行業(yè)的不斷發(fā)展，低溫瓶閥產(chǎn)品的制造水平還需進(jìn)一步提高，同時(shí)還需不斷提升產(chǎn)品的檢測(cè)技術(shù)，為今后產(chǎn)品的產(chǎn)能提升和產(chǎn)品出口提供保障。

[1] 全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).焊接絕熱氣瓶：GB 24159—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器安全監(jiān)察局.固定式真空絕熱深冷壓力容器：GB/T 18442.1—2011 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[3] 全國閥門標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).低溫閥門 技術(shù)條件：GB/ T 24925—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[4] Cryogenic vessels— Valves for cryogenic service： BS EN 1626：2008[S].2009.

[5] Valves for cryogenic service：BS 6364：1984[S].1984.

[6] 吳堂榮，唐勇.低溫閥門密封性能的研究與分析 [J].閥門，2009（2）：26-28，38.