冶金用氣瓶壓力檢驗方法研究

楊銘斯

（沈陽特種設備檢測研究院，遼寧 沈陽 110035）

對冶金用氣瓶進行定期的壓力檢查是工業氣瓶安全學的重要組成部分，氣瓶的定期檢查就是根據氣瓶內所裝的氣體性質以及氣瓶的使用條件和環境，對氣瓶進行定期的檢查。冶金用氣瓶作為一種壓力容器，具有體積小和可移動的優點被廣泛應用在各行各業中，氣瓶通常用來存放易燃易爆、有毒或強腐蝕性的介質，具有很高的危險性，很容易發生泄漏、爆破、中毒及燃燒等事故，給社會的經濟和人們的生命財產造成非常嚴重的損失。

隨著氣瓶相關技術的發展，定期檢驗氣瓶壓力的要求也越來越高，對于一些檢驗難度大、氣瓶結構復雜以及使用條件苛刻的氣瓶來說，需要設計一套具有針對性的壓力檢驗方法，來降低事故發生的頻率。針對氣瓶安全性的檢驗，本文設計一種壓力檢驗方法，可以提高冶金用氣瓶壓力檢驗的可靠性、效率性以及檢驗便捷性。

1 冶金用氣瓶壓力檢驗方法設計

（1）引入殘余變形參數。氣瓶是工業冶金過程中必不可少的工具，但是由于壓力的存在，往往會發生殘余變形，冶金用氣瓶發生的殘余變形又可以稱之為不可恢復變形，這種變形通常是指在冶金過程中，已經進入塑性階段的氣瓶在卸載至初始階段狀態后，發生的變形不能恢復到初始的狀態，冶金用氣瓶在發生變形過程中會存在一部分無法恢復的變形[1]。

（2）計算殘余變形率。冶金用氣瓶壓力檢驗過程中，根據國家勞動部門壓力檢驗相關文件，冶金用氣瓶的殘余變形率小于10%的氣瓶屬于合格，殘余變形率大于10%的冶金用氣瓶必須報廢。氣瓶的殘余變形率指的是瓶體容積殘余變形與容積全變形的百分比，計算公式如下：

式中，η表示殘余變形率，通常用%表示；ΔV′表示冶金用氣瓶的容積殘余變形值，通常用mL表示；ΔV表示冶金用氣瓶的容積全變形值，通常用mL表示。

其中? V = A - B - ( V + A - B) P h * βt

式中，A表示氣瓶在試驗壓力下的總壓入水量，常用單位是mL；B表示承壓管道在受試瓶試驗壓力下的壓入水量；V表示冶金用氣瓶壓力檢驗前的實際容積，常用單位mL；Ph·βt代表水的平均壓縮系數與氣瓶壓力的乘積。

注：測定容積V要把單位升（L）換算成毫升（mL），即乘以1000；承壓管道在受試瓶試驗壓力下的壓入水量是關緊受試瓶瓶閥，水壓打至22.5Mpa管道下水量。

（3）確定試驗水溫。由于氣瓶內水的體積對溫度的變化是非常敏感的，本文研究的檢驗方法主要是通過試驗前后氣瓶內水的體積變化來計算冶金用氣瓶的殘余變形率，因此，降低水溫影響的有效方法通常將氣瓶內水溫控制在條件允許的范圍內，或者通過軟件設置對水溫的影響來進行補償。因此，要在夾套內設置水溫調控裝置（如圖1所示），來降低由于冶金用氣瓶內的水溫差造成的檢驗結果不準確。

圖2 冶金用氣瓶壓力檢驗流程圖

圖1 水溫調控裝置示意圖

如果水溫調控裝置在設置時比較困難，可以在試驗控制軟件中增加溫度自動調整系數，可以作為冶金用氣瓶壓力檢驗結果的判定依據。

（4）確定排氣方式。在檢驗冶金用氣瓶壓力時，主要測量氣瓶外夾套內水量的變化，因此進入氣瓶內水的氣體含量是不影響檢驗結果的，影響壓力檢驗結果的是夾套內水的氣體含量。夾套內的水是由夾套內原來留存的水和檢驗過程中補充到夾套內的水兩部分組成，夾套內原來留存的水由于長時間在夾套內存放而溶解的氣體含量很小，一般對壓力檢驗結果沒有太大的影響。

（5）實現冶金用氣瓶壓力檢驗。根據試驗水溫和排氣方式的確定，調整壓力檢驗時的冶金用氣瓶水溫，基于殘余變形參數的引入，計算殘余變形率，實現冶金用氣瓶壓力檢驗。其中，計算得出的氣瓶殘余變形率可以實現冶金用氣瓶壓力檢驗，其氣瓶壓力檢驗流程如圖2所示。

2 實例分析

為了驗證本文設計的冶金用氣瓶壓力檢驗方法的真實性，采用傳統壓力檢驗方法，以及本文設計的壓力檢驗方法，制定壓力檢驗靈敏度對比實驗。

（1）實驗裝置

圖3 冶金用氣瓶壓力檢驗實驗裝置示意圖

（2）實驗方法及步驟。測定冶金用氣瓶的殘余變形時，采用的公式為：

要想準確的測量冶金用氣瓶的殘余變形率，首先要準確測量出B的值。

本實驗為了防止冶金用氣瓶的壓力上升的過快，采用容積大約為6.2毫升的高壓缸，這樣泵就可以在任何位置停止，只要能修復測量的數據即可，而完全沒有必要將壓力升高在卸壓，實驗過程中，只要將柱塞在試壓開始時的初始位置就可以，具體實驗方法步驟如下。①首先用水將冶金用氣瓶灌滿并放置一段時間，保證水溫與實驗室的溫度相同；②為了防止空氣進入到實驗管路中，將量管B的H5和H6閥門打開，使B量管中的水流進入試壓泵，當閥門K流水時再與冶金用氣瓶連接；③將試壓泵打開，壓力升高到1.6千帕的時候，檢查裝置是否有泄露現象，并在有壓力的情況下排出裝置內的空氣；④在閥門H7關閉的前提下開啟H2，在B中加入一定水后關閉閥門H2，記錄B中的讀書并標注柱塞泵的位置；將試壓泵開啟，使裝置內的壓力升高到2.4時持續2分鐘，再次讀取量管B的讀數和柱塞的位置，由此就可以得出氣瓶在實驗壓力下所壓入的水量。

（3）實驗結論

圖4 壓力檢驗靈敏度實驗結果

根據采用不同壓力檢驗方法得到的檢驗靈敏度實驗結果可知（如圖4所示），兩種方法對冶金用氣瓶的壓力檢驗有很大差別，很明顯，本文設計的檢驗方法對壓力檢驗靈敏度較高，平均靈敏度大約為92.5，而采用傳統壓力檢驗方法對壓力檢驗的平均靈敏度為48.25，因此可以得出本文設計的冶金用氣瓶壓力檢驗方法可以完成壓力檢驗工作。

3 結束語

本文提出了冶金用氣瓶壓力檢驗方法研究，基于殘余變形參數的引入，計算冶金用氣瓶的殘余變形率，再結合試驗水溫和排氣方式的確定，實現冶金用氣瓶壓力檢驗，從而實現文本的研究。實驗數據表明，本文設計的壓力檢驗方法比傳統壓力檢驗方法對壓力檢驗的靈敏度高。希望本文的研究能夠為冶金用氣瓶壓力檢驗方法提供理論依據。