浅析瓶装液化石油气调压器气密性检测方法和检测装置的设计

罗 锋

(慈溪市质量技术监督检验检测服务中心 慈溪 315300)

浅析瓶装液化石油气调压器气密性检测方法和检测装置的设计

罗 锋

(慈溪市质量技术监督检验检测服务中心 慈溪 315300)

本文对瓶装液化石油气调压器的基本结构和运行原理进行深入分析，阐述了产生不完全燃烧甚至是气体泄漏的几个途径，针对性地提出了调压器气密性的检测原理，并在现有检测标准的基础上作了进一步改良，提出了自己的检测思路和方法。最后，以此为依据设计了一款自动化气密性检测装置，应用于日常出厂检验或监督检验，以防止出现由于产品质量不过关而导致液化气泄漏、中毒甚至是爆炸等特种设备事故。

液化石油气调压器 特种设备 气密性 泄漏 事故

瓶装液化石油气调压器俗称减压阀(以下简称“调压器”),是压力容器——液化气钢瓶的重要配套部件,其一端(进气口)安装在液化气钢瓶的角阀上,另外一端(出气口)通过胶管与燃气具相连,是液化石油气安全燃烧的一个重要部件,更是钢瓶这种压力容器安全的重要组成部分。近年来由于煤气瓶泄漏导致中毒甚至爆炸的新闻屡见不鲜,其大部分的气瓶事故是由于调压器气密性质量不过关导致。本文从调压器结构和工作原理出发,对调压器泄漏的原因进行综合分析,针对性地提出气密性的检测方法并相应地对检测装置进行设计,以防止特种设备事故的发生。

1 调压器的结构剖析

笔者将一个完整的调压器进行拆分,如图1所示。

图1 调压器实物拆解图

通过分析,调压器是一种无论进口压力、流量和温度如何变化,始终保持出口压力处于预设范围内的装置。主要组件包括感压组件(膜片和膜板)、调压组件(阀座和阀垫)、背压组件(上壳体、呼吸孔、弹簧和弹簧调节盖)、机械联动组件(杠杆、连接件)、连接组件(进口和出口连接接头)和下壳体组成,如图2所示:

图2 调压器主要部件

调压器整体由上下两个壳体连接而成,一般用螺丝固定或者压铸而成,调压器内部由膜片和膜板将整个调压器一分为二成上下两个气室,膜片和膜板上表面连接着弹簧,下表面连接着杠杆。杠杆的右端与膜板中心连接在一起,左端粘着阀座和阀垫,紧扣在进气嘴上,杠杆左右两端离支点距离设计为左短右长,构成了一个不等臂杠杆。

2 调压器的运行原理分析

调压器的运行原理按照使用方法分如下两个步骤,分别完成呼气和吸气两个过程:

2.1 呼气过程

1)打开液化气钢瓶角阀并关闭出口侧,使瓶内高压液化石油气输出到调压阀进气口;

2)进气口中输入的高压气体冲开调压阀内的阀垫,使气体进入下气室;

3)随着下气室气体不断地增多,室内压力也不断增加,最终迫使膜片和膜板受压向上顶起,弹簧压缩;

4)上气室随着膜片和膜板的不断顶起导致体积逐渐减少,室内的空气就通过上壳体的呼吸孔缓慢排出。

以上便是调压阀的一次呼气过程。

2.2 吸气过程

1)在上述呼气过程完毕后,气体仍然从进气口不断涌入,导致膜片和膜板进一步向上顶,此时连接件拉动杠杆右端向上移,左端则下压,迫使杠杆左端的阀垫与进气嘴相连,使之逐步关闭,液化气就无法进入调压器内部,下气室压力也不再上升。

2)当打开炉具开关后,即打开调压器出气口,液化气向外输出,下气室压力逐渐变小,膜片和膜板向下回落,弹簧逐渐复位;

3)弹簧复位带动连接件下降,从而带动杠杆右端下移左端上动,阀垫逐渐开启,液化气再次进入下气室;

4)上气室体积逐渐变大,当它内部压力小于外界大气压时,空气通过呼吸孔缓慢进入上气室。

以上便是调压器的一次吸气过程。

因此,在炉具燃烧过程中,由于压力作用,膜片和膜板不停地上顶下降,带动杠杆运动,使之配合阀垫对进气口进行关闭和开启,从而使得调压器不断循环做吸气和呼气过程,完成其调压功能。

3 CJ 50—2008《瓶装液化石油气调压器》标准对调压器气密性检测方法的不足

3.1 调压器出现泄漏或不完全燃烧的原因分析

调压器的气密性性能是最关键的一个安全性能,不合格的气密性能会导致气体不完全燃烧甚至泄漏,极易引起事故。气体要安全燃烧,除了要有适量的助燃气体以及燃烧物质保持一定的温度外,还必须要有一定的气压差,使液化气的出气速度等于燃烧速度。只有这样,在一定范围内达到动态平衡,火焰才能维持稳定状态,从而实现气体的安全燃烧。如果出气压力过大,就会导致出气速度大于燃烧速度,造成火焰离开火孔一定距离燃烧,产生离焰现象;如果液化气压力继续加大,火焰将离火孔更远处燃烧,火焰的稳定性就会遭到进一步破坏,火焰飘忽不定,直至最后完全熄灭,产生脱火现象。脱火时,液化气会持续外泄到空气中,极易引发事故;如果液化气压力过小,会使燃烧速度大于出气速度,造成火焰进入火孔继续燃烧,产生回火现象。回火时,极易在缺氧状态不完全燃烧,产生大量有毒气体,还会向外溢出液化气,也极易引发事故。

3.2 现有检测标准对气密性检测的要求及存在的问题

中华人民共和国城镇建设行业标准CJ 50—2008《瓶装液化石油气调压器》对气密性检测提出了两点要求:

1)调压器进气口侧充入压力为1.56MPa的试验介质,然后关闭出口阀门,并将被测调压器涂皂沫或浸入水中1min,目测是否有泄漏。

2)调压器出口侧充入14.0kPa的试验介质,浸入水中1min,目测是否有泄漏。

该标准对极端情况下的气密性情况进行了检测,即完全关闭出气口使得阀体气室内压力达到最大值测试泄漏情况,防止离焰或脱火导致有毒气体泄漏的发生,以及出气口产生回火现象时缺氧不完全燃烧导致事故发生,可以说考虑的相当周全。但却忽略了另外一种现象的发生,根据本文第2章调压器的运行原理可以看出,当气瓶中的气体进入调压器,随着气体的增加,压力也不断增大,使得膜片和膜板向上凸起并促使杠杆右端向上提拉,杠杆左端向下运动并堵住进气嘴,液化石油气就无法进入调压阀内部,如图3所示:

图3 调压器气密性分析图

用分割线人为将调压器分成三个部分,分割线最左边视为进口侧,用A表示,分割线最右边则是出口侧,用C表示,阀体中间部分用B表示。根据运行原理,高压气体从A端充入后,按照测试方法要求关闭出气口C,阀体内部压力随着高压气体的进入不断增大,使得弹簧向上压缩,弹簧向上压缩使得杠杆右端也随之向上抬升,杠杆的左端随之下降,下降后杠杆左端的阀垫就触碰到进气口而使得进气口堵塞,这样气体无法进入阀体内,这时所测得的气密性仅仅只是进口侧左端,也即图中所示的A端,而阀体内部B端的气密性实则是没有测得。因此必须对气密性测试的方法进行改良。

4 完善气密性检测相应标准条款的建议

根据第3章可以得出当压力进口不是最大时(低压时),膜片和膜板不停地上凸下凹,使得气体在阀体内部流通,此时气瓶中的气体源源不断地涌向调压器内部,并且从出口处进入炉具进行流动,如果液化石油气进气和出气不协调,即不能在稳定状态下燃烧就会导致气体泄漏或不完全燃烧。中华人民共和国城镇建设行业标准CJ 50—2008实施已经有9个年头了,对该行业起到了一定的标杆作用,很多企业根据该标准生产出的产品也得到了社会的认可,因此相关部门也在积极推动该行业标准升格为国家标准,并且于去年开始正式启动,笔者有幸参与了该标准制订研讨会,提出了完善气密性检测的要求,与会的专家们建议气密性的检测应在CJ 50—2008的基础上再增加一项,即:进口侧的低压测漏,那么最终改良的测试方法就增加到三种:

1)进口侧:从调压器进口侧充入14.0kPa的试验介质,然后关闭出口阀门,采用检漏仪或浸水法检测泄漏量,采用浸水法应至少持续观察1min。

2)进口侧:从调压器进口侧充入1.56MPa的试验介质,然后关闭出口阀门,采用检漏仪或浸水法检测泄漏量,采用浸水法应至少持续观察1min。

3)出口侧:从调压器出口侧充入14.0kPa的试验介质,采用检漏仪或浸水法检测泄漏量,采用浸水法应至少持续观察1min。

5 完善调压器气密性检测装置的设计思路

根据完善后的气密性检测要求,笔者设计了一款气密性检测装置以应用于企业日常出厂检验。本设计的优点是在原气密性检测装置的基础上,不减少和降低原标准对气密性检测的相关要求,只是在原基础上进行了加强检测,增加进口侧低压测漏,基本原理如图4所示。

热力公司应以科学的思维方式和思想方法深入开展党建工作，尤其应该着重开展基层党组织建设工作，使得基层党组织的纽带作用得到充分的发挥，从而激发热力公司的职工都能够自主的投身于热力事业的积极性，进而提升热力公司职工的工作效率及工作水平。另外，热力公司基层党组织应加强自身建设，坚定不移地做好热力公司的思想政治工作，紧密联系群众，充分发挥政治核心作用。

图4 气密性检测装置示意图

从进口侧设计两路气源,分别测试进口侧的高压和低压,当进口侧测试完毕后对系统进行泄压操作,泄压完毕后测试出口侧气密性。为了能够自动完成对气密性的检测,需要对该装置加入电路,在上述示意图中加入时间继电器便可实现之。时间继电器(time relay)是指当加入(或去掉)输入的动作信号后,其输出电路需经过规定的准确时间才产生跳跃式变化(或触头动作)的一种继电器。是一种使用在较低的电压或较小电流的电路上,用来接通或切断较高电压、较大电流的电路的电气元件。同时,时间继电器也是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器,其结构如图5所示。

图5 时间继电器原理图

图6 气密性检测装置电路及设计图

时间继电器由一个输入端,当接通电源后即开始工作,根据事先设置好的时间间隔,时间一到则继电器上的正向端工作,预设时间过后则反向通电工作,根据这个原理给气密性检测装置设置电路,如图6所示。

1)气源从空压机或储气罐端输入;

2)打开电源开关K,在预设时间后继电器A正向工作;

3)时间继电器A到达预设时间后,打开压力电磁开关A,进口侧通过压力调压器A将调整到14.0kPa的气体送入调压器,持续观察1min,通过测漏仪A检测是否有泄漏;

4)上述工作完毕后,时间继电器A到达预设时间后,正向自动关闭,压力电磁开关A同时关闭,反向通电工作,触发时间继电器B开始工作;

5)预设的时间后,时间继电器B正向打开,压力电磁开关B同时开启,进口侧通过压力调压器B将调整到1.56MPa的气体送入调压器,持续观察1min,通过测漏仪A检测是否有泄漏;

6)上述工作完毕,时间继电器B到达预设时间后,时间继电器B正向关闭,压力电磁开关B同时关闭,反向开启,打开电磁泄压阀和压力电磁开关D,使系统内高压气体全部排出,泄压完毕。同时,打开时间继电器C;

7)预设的时间后,时间继电器C正向打开,此时正向不设置任何电路,即不做任何事情,实际上起到延时作用。同时,电磁泄压阀和压力电磁开关D此时常开;

8)时间继电器C正向预设时间到达后,反向开启,联通时间继电器D工作;

9)时间继电器D预设时间到达后,正向工作,打开压力电磁开关C。此时,出口侧通过压力调压器C将调整到14.0kPa的气体送入调压器,持续观察1min,通过测漏仪B检测是否有泄漏。

6 结束语

通过上述对气密性检测装置的设计,该系统能够较为全面和科学地完成对调压器气密性性能的自动化检测,更进一步提高了检测的效率和安全性,能够广泛应用于日常调压器的出厂检验和相关检验机构的监督抽检。

［1］ 中华人民共和国特种设备安全法 ［S］．

［2］ TSG R0006—2014 气瓶安全技术监察规程 ［S］．

［3］ GB/T 2900．64—2013 电工术语 时间继电器 ［S］．

［4］ CJ 50—2008 瓶装液化石油气调压器 ［S］．

［5］ CJ 274—2008 城镇燃气调压器 ［S］．

［6］ CJ/T 470—2015 瓶装液化二甲醚调压器 ［S］．

［7］ 郑时伊．电气工程师手册［M］．北京：机械工业出版社，1987．

［8］ （苏）阿罗诺夫．电磁式时间继电器［M］．电力工业出版社，1957．

［9］ 张冬梅，公茂法，张秀娟，等．电路原理［M］．北京：人民邮电出版社，2016．

［10］ 黄义峰．常用电气控制电路300例［M］．北京：化学工业出版社，2013．

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

罗锋（1982～)，男，本科，工程师，副主任，从事计量检定、产品检验及特种设备安全监察工作。

罗锋，E-mail： luofeng888@126．com。

2017-02-14）