淺析瓶裝液化石油氣調壓器氣密性檢測方法和檢測裝置的設計

羅 鋒

(慈溪市質量技術監督檢驗檢測服務中心 慈溪 315300)

淺析瓶裝液化石油氣調壓器氣密性檢測方法和檢測裝置的設計

羅 鋒

(慈溪市質量技術監督檢驗檢測服務中心 慈溪 315300)

本文對瓶裝液化石油氣調壓器的基本結構和運行原理進行深入分析，闡述了產生不完全燃燒甚至是氣體泄漏的幾個途徑，針對性地提出了調壓器氣密性的檢測原理，并在現有檢測標準的基礎上作了進一步改良，提出了自己的檢測思路和方法。最后，以此為依據設計了一款自動化氣密性檢測裝置，應用于日常出廠檢驗或監督檢驗，以防止出現由于產品質量不過關而導致液化氣泄漏、中毒甚至是爆炸等特種設備事故。

液化石油氣調壓器 特種設備 氣密性 泄漏 事故

瓶裝液化石油氣調壓器俗稱減壓閥(以下簡稱“調壓器”),是壓力容器——液化氣鋼瓶的重要配套部件,其一端(進氣口)安裝在液化氣鋼瓶的角閥上,另外一端(出氣口)通過膠管與燃氣具相連,是液化石油氣安全燃燒的一個重要部件,更是鋼瓶這種壓力容器安全的重要組成部分。近年來由于煤氣瓶泄漏導致中毒甚至爆炸的新聞屢見不鮮,其大部分的氣瓶事故是由于調壓器氣密性質量不過關導致。本文從調壓器結構和工作原理出發,對調壓器泄漏的原因進行綜合分析,針對性地提出氣密性的檢測方法并相應地對檢測裝置進行設計,以防止特種設備事故的發生。

1 調壓器的結構剖析

筆者將一個完整的調壓器進行拆分,如圖1所示。

圖1 調壓器實物拆解圖

通過分析,調壓器是一種無論進口壓力、流量和溫度如何變化,始終保持出口壓力處于預設范圍內的裝置。主要組件包括感壓組件(膜片和膜板)、調壓組件(閥座和閥墊)、背壓組件(上殼體、呼吸孔、彈簧和彈簧調節蓋)、機械聯動組件(杠桿、連接件)、連接組件(進口和出口連接接頭)和下殼體組成,如圖2所示:

圖2 調壓器主要部件

調壓器整體由上下兩個殼體連接而成,一般用螺絲固定或者壓鑄而成,調壓器內部由膜片和膜板將整個調壓器一分為二成上下兩個氣室,膜片和膜板上表面連接著彈簧,下表面連接著杠桿。杠桿的右端與膜板中心連接在一起,左端粘著閥座和閥墊,緊扣在進氣嘴上,杠桿左右兩端離支點距離設計為左短右長,構成了一個不等臂杠桿。

2 調壓器的運行原理分析

調壓器的運行原理按照使用方法分如下兩個步驟,分別完成呼氣和吸氣兩個過程:

2.1 呼氣過程

1)打開液化氣鋼瓶角閥并關閉出口側,使瓶內高壓液化石油氣輸出到調壓閥進氣口;

2)進氣口中輸入的高壓氣體沖開調壓閥內的閥墊,使氣體進入下氣室;

3)隨著下氣室氣體不斷地增多,室內壓力也不斷增加,最終迫使膜片和膜板受壓向上頂起,彈簧壓縮;

4)上氣室隨著膜片和膜板的不斷頂起導致體積逐漸減少,室內的空氣就通過上殼體的呼吸孔緩慢排出。

以上便是調壓閥的一次呼氣過程。

2.2 吸氣過程

1)在上述呼氣過程完畢后,氣體仍然從進氣口不斷涌入,導致膜片和膜板進一步向上頂,此時連接件拉動杠桿右端向上移,左端則下壓,迫使杠桿左端的閥墊與進氣嘴相連,使之逐步關閉,液化氣就無法進入調壓器內部,下氣室壓力也不再上升。

2)當打開爐具開關后,即打開調壓器出氣口,液化氣向外輸出,下氣室壓力逐漸變小,膜片和膜板向下回落,彈簧逐漸復位;

3)彈簧復位帶動連接件下降,從而帶動杠桿右端下移左端上動,閥墊逐漸開啟,液化氣再次進入下氣室;

4)上氣室體積逐漸變大,當它內部壓力小于外界大氣壓時,空氣通過呼吸孔緩慢進入上氣室。

以上便是調壓器的一次吸氣過程。

因此,在爐具燃燒過程中,由于壓力作用,膜片和膜板不停地上頂下降,帶動杠桿運動,使之配合閥墊對進氣口進行關閉和開啟,從而使得調壓器不斷循環做吸氣和呼氣過程,完成其調壓功能。

3 CJ 50—2008《瓶裝液化石油氣調壓器》標準對調壓器氣密性檢測方法的不足

3.1 調壓器出現泄漏或不完全燃燒的原因分析

調壓器的氣密性性能是最關鍵的一個安全性能,不合格的氣密性能會導致氣體不完全燃燒甚至泄漏,極易引起事故。氣體要安全燃燒,除了要有適量的助燃氣體以及燃燒物質保持一定的溫度外,還必須要有一定的氣壓差,使液化氣的出氣速度等于燃燒速度。只有這樣,在一定范圍內達到動態平衡,火焰才能維持穩定狀態,從而實現氣體的安全燃燒。如果出氣壓力過大,就會導致出氣速度大于燃燒速度,造成火焰離開火孔一定距離燃燒,產生離焰現象;如果液化氣壓力繼續加大,火焰將離火孔更遠處燃燒,火焰的穩定性就會遭到進一步破壞,火焰飄忽不定,直至最后完全熄滅,產生脫火現象。脫火時,液化氣會持續外泄到空氣中,極易引發事故;如果液化氣壓力過小,會使燃燒速度大于出氣速度,造成火焰進入火孔繼續燃燒,產生回火現象。回火時,極易在缺氧狀態不完全燃燒,產生大量有毒氣體,還會向外溢出液化氣,也極易引發事故。

3.2 現有檢測標準對氣密性檢測的要求及存在的問題

中華人民共和國城鎮建設行業標準CJ 50—2008《瓶裝液化石油氣調壓器》對氣密性檢測提出了兩點要求:

1)調壓器進氣口側充入壓力為1.56MPa的試驗介質,然后關閉出口閥門,并將被測調壓器涂皂沫或浸入水中1min,目測是否有泄漏。

2)調壓器出口側充入14.0kPa的試驗介質,浸入水中1min,目測是否有泄漏。

該標準對極端情況下的氣密性情況進行了檢測,即完全關閉出氣口使得閥體氣室內壓力達到最大值測試泄漏情況,防止離焰或脫火導致有毒氣體泄漏的發生,以及出氣口產生回火現象時缺氧不完全燃燒導致事故發生,可以說考慮的相當周全。但卻忽略了另外一種現象的發生,根據本文第2章調壓器的運行原理可以看出,當氣瓶中的氣體進入調壓器,隨著氣體的增加,壓力也不斷增大,使得膜片和膜板向上凸起并促使杠桿右端向上提拉,杠桿左端向下運動并堵住進氣嘴,液化石油氣就無法進入調壓閥內部,如圖3所示:

圖3 調壓器氣密性分析圖

用分割線人為將調壓器分成三個部分,分割線最左邊視為進口側,用A表示,分割線最右邊則是出口側,用C表示,閥體中間部分用B表示。根據運行原理,高壓氣體從A端充入后,按照測試方法要求關閉出氣口C,閥體內部壓力隨著高壓氣體的進入不斷增大,使得彈簧向上壓縮,彈簧向上壓縮使得杠桿右端也隨之向上抬升,杠桿的左端隨之下降,下降后杠桿左端的閥墊就觸碰到進氣口而使得進氣口堵塞,這樣氣體無法進入閥體內,這時所測得的氣密性僅僅只是進口側左端,也即圖中所示的A端,而閥體內部B端的氣密性實則是沒有測得。因此必須對氣密性測試的方法進行改良。

4 完善氣密性檢測相應標準條款的建議

根據第3章可以得出當壓力進口不是最大時(低壓時),膜片和膜板不停地上凸下凹,使得氣體在閥體內部流通,此時氣瓶中的氣體源源不斷地涌向調壓器內部,并且從出口處進入爐具進行流動,如果液化石油氣進氣和出氣不協調,即不能在穩定狀態下燃燒就會導致氣體泄漏或不完全燃燒。中華人民共和國城鎮建設行業標準CJ 50—2008實施已經有9個年頭了,對該行業起到了一定的標桿作用,很多企業根據該標準生產出的產品也得到了社會的認可,因此相關部門也在積極推動該行業標準升格為國家標準,并且于去年開始正式啟動,筆者有幸參與了該標準制訂研討會,提出了完善氣密性檢測的要求,與會的專家們建議氣密性的檢測應在CJ 50—2008的基礎上再增加一項,即:進口側的低壓測漏,那么最終改良的測試方法就增加到三種:

1)進口側:從調壓器進口側充入14.0kPa的試驗介質,然后關閉出口閥門,采用檢漏儀或浸水法檢測泄漏量,采用浸水法應至少持續觀察1min。

2)進口側:從調壓器進口側充入1.56MPa的試驗介質,然后關閉出口閥門,采用檢漏儀或浸水法檢測泄漏量,采用浸水法應至少持續觀察1min。

3)出口側:從調壓器出口側充入14.0kPa的試驗介質,采用檢漏儀或浸水法檢測泄漏量,采用浸水法應至少持續觀察1min。

5 完善調壓器氣密性檢測裝置的設計思路

根據完善后的氣密性檢測要求,筆者設計了一款氣密性檢測裝置以應用于企業日常出廠檢驗。本設計的優點是在原氣密性檢測裝置的基礎上,不減少和降低原標準對氣密性檢測的相關要求,只是在原基礎上進行了加強檢測,增加進口側低壓測漏,基本原理如圖4所示。

熱力公司應以科學的思維方式和思想方法深入開展黨建工作，尤其應該著重開展基層黨組織建設工作，使得基層黨組織的紐帶作用得到充分的發揮，從而激發熱力公司的職工都能夠自主的投身于熱力事業的積極性，進而提升熱力公司職工的工作效率及工作水平。另外，熱力公司基層黨組織應加強自身建設，堅定不移地做好熱力公司的思想政治工作，緊密聯系群眾，充分發揮政治核心作用。

圖4 氣密性檢測裝置示意圖

從進口側設計兩路氣源,分別測試進口側的高壓和低壓,當進口側測試完畢后對系統進行泄壓操作,泄壓完畢后測試出口側氣密性。為了能夠自動完成對氣密性的檢測,需要對該裝置加入電路,在上述示意圖中加入時間繼電器便可實現之。時間繼電器(time relay)是指當加入(或去掉)輸入的動作信號后,其輸出電路需經過規定的準確時間才產生跳躍式變化(或觸頭動作)的一種繼電器。是一種使用在較低的電壓或較小電流的電路上,用來接通或切斷較高電壓、較大電流的電路的電氣元件。同時,時間繼電器也是一種利用電磁原理或機械原理實現延時控制的控制電器,其結構如圖5所示。

圖5 時間繼電器原理圖

圖6 氣密性檢測裝置電路及設計圖

時間繼電器由一個輸入端,當接通電源后即開始工作,根據事先設置好的時間間隔,時間一到則繼電器上的正向端工作,預設時間過后則反向通電工作,根據這個原理給氣密性檢測裝置設置電路,如圖6所示。

1)氣源從空壓機或儲氣罐端輸入;

2)打開電源開關K,在預設時間后繼電器A正向工作;

3)時間繼電器A到達預設時間后,打開壓力電磁開關A,進口側通過壓力調壓器A將調整到14.0kPa的氣體送入調壓器,持續觀察1min,通過測漏儀A檢測是否有泄漏;

4)上述工作完畢后,時間繼電器A到達預設時間后,正向自動關閉,壓力電磁開關A同時關閉,反向通電工作,觸發時間繼電器B開始工作;

5)預設的時間后,時間繼電器B正向打開,壓力電磁開關B同時開啟,進口側通過壓力調壓器B將調整到1.56MPa的氣體送入調壓器,持續觀察1min,通過測漏儀A檢測是否有泄漏;

6)上述工作完畢,時間繼電器B到達預設時間后,時間繼電器B正向關閉,壓力電磁開關B同時關閉,反向開啟,打開電磁泄壓閥和壓力電磁開關D,使系統內高壓氣體全部排出,泄壓完畢。同時,打開時間繼電器C;

7)預設的時間后,時間繼電器C正向打開,此時正向不設置任何電路,即不做任何事情,實際上起到延時作用。同時,電磁泄壓閥和壓力電磁開關D此時常開;

8)時間繼電器C正向預設時間到達后,反向開啟,聯通時間繼電器D工作;

9)時間繼電器D預設時間到達后,正向工作,打開壓力電磁開關C。此時,出口側通過壓力調壓器C將調整到14.0kPa的氣體送入調壓器,持續觀察1min,通過測漏儀B檢測是否有泄漏。

6 結束語

通過上述對氣密性檢測裝置的設計,該系統能夠較為全面和科學地完成對調壓器氣密性性能的自動化檢測,更進一步提高了檢測的效率和安全性,能夠廣泛應用于日常調壓器的出廠檢驗和相關檢驗機構的監督抽檢。

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Analysis of the Air Tightness Detection Method and Detection Device Design for the Pressure Regulator for Lique fi ed Petroleum Gas Cylinders

Luo Feng
(Cixi Quality and Technical Supervision Inspection & Testing Service Center Cixi 315300)

This thesis analyzes the basic structure and operation principle of pressure regulator for lique fi ed petroleum gas cylinders in-depth, expounds several ways of the incomplete combustion or even gas leakage, puts forward the detection principle of air tightness for the pressure regulator, and makes a further improvement based on the existing detection standard, proposes detection method. Finally, in order to design an automatic air tightness detection device for the daily inspection or supervision inspection, to prevent the emergence of lique fi ed petroleum gas leakage, poisoning and explosion accident of special equipment caused by the poor quality products.

Pressure regulator for lique fi ed petroleum gas cylinders Special equipment Air tightness Leak Accident

X933.4

：B

1673-257X(2017)07-0011-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.003

羅鋒（1982～)，男，本科，工程師，副主任，從事計量檢定、產品檢驗及特種設備安全監察工作。

羅鋒，E-mail： luofeng888@126．com。

2017-02-14）