低温绝热气瓶用截止阀检测技术研究

李伟 ，张建斌 ，杨玲玲

（1.合肥通用机械研究院有限公司；2.合肥通用机电产品检测院有限公司，安徽 合肥 230031）

LNG(液化天然气)低温绝热气瓶是存储液化气体产品的容器，主要由外壳与内胆、外部阀门系统等构建，内胆外壁缠有多层绝热材料，与外壳之间为高真空绝热层。外部阀门系统主要处于气瓶前端，截止阀是真空维持系统主要控制部件，阀门性能发挥直接关系气瓶使用安全性与效率。一旦阀门系统失控，LNG泄漏后发生爆炸等安全隐患的可能性增大。随着气瓶被广泛投入使用，国家质检局对该种设备安全试验等方面的关注度随之提高，但低温绝热气瓶用阀门系统的产品标准尚未明确与统一，导致产品性能检测技术与设备的配置不规范，为满足气瓶市场需求量，还需加大对气瓶用截止阀监测方法的研究力度。

1 气瓶外部阀门系统概述

低温绝热气瓶用途广泛，是存储低温液化气体的容器，包括液氮与液氧等液化气体。为确保使用安全，严格要求在指定工作压力范围内使用，一旦超过3.5MPa工作压力，发生泄露的可能性增大。国外对气瓶产品生产有着明确的工艺标准规定，制造商需要严格按照制造工艺与焊接工艺等规范生产，确保气瓶附件齐全与整体性能达标。低温绝热气瓶主要包括卧式或立式两种类型，涉及气化系统与输液系统等，具备供气与运输、供液等功用。从外部阀门系统入手分析，涉及液位计、安全阀与调压阀等附件，其中，截止阀附件的重要性不能忽视。低温绝热气瓶用截止阀的性能与质量，直接反映了气瓶产品的安全可靠性，间接影响产品无损储存与加注技术等作用价值的发挥。无论是截止阀的制造安装还是使用都不能出现质量问题，一旦出现失效或故障问题，会导致瓶内液化气体泄露，易造成人体中毒或燃烧爆炸等安全风险事故，需要加强质量严格把控。

低温绝热气瓶用途广泛，可存储液化天然气或液化二氧化碳等物质，但低温介质的理化性质特殊，包括易燃易爆与升温气化等属性。低温液化介质气化时后，体积会迅速膨胀，阀门系统的质量不过关，将会引发安全事故；对此，加大阀门系统的试验与检测力度意义重大，尤其对截止阀附件使用性能的检测。但实际上，截止阀产品类型多样，国家尚未对低温绝热气瓶用截止阀的检测方法与试验规则等做出明确规定，在无统一标准约束下，产品技术要求与试验方法的主观随意性增大，不利于低温绝热气瓶用阀门行业规范化发展，更不利于低温绝热气瓶产品的安全使用。国内对截止阀检测试验项目的研究，更注重对低温绝热气瓶阀门附件的大量生产，检测方法与技术水平等革新的发展水平，将严重滞后于阀门附件的生产速度。大部分的制造商企业，为了应付等因素自主研发简易的阀门附件性能与质量检测设备。由于缺乏第三方检测机构的介入，导致检测设备在检测准确性与可靠性方面不能保证。国际市场上同样缺乏专业检测设备，主要参照英国气瓶用阀门的技术规范标准，为确保低温容器低温气瓶的适用性与实用性，加强我国产品制造标准与检测设备的研究意义重大。

2 低温绝热气瓶用截止阀的检测方法分析

低温绝热气瓶用截止阀的性能要求主要体现在以下几方面：一是耐压性：在5倍公称工作压力下，应可保压5min，阀门无变形破裂或泄露等情况出现。二是启闭性：在低温与5倍公称工作压力的工况下，阀操作力矩应＜7N•m。在低温工况下，用25N•m力矩关闭阀门，材料结构不能出现断裂情况。三是气密性：在启闭状态下，低温气密性在公称工作压力下的压力损失应＜0.186MPa，泄漏率≤3mL/min。常温与高温气密性在1.2倍公称工作压力下，应无泄漏。除此之外，还包括耐用性与耐振性等技术要求指标。

（1）低温气密性检测方法。低温绝热气瓶的阀门系统附件属于特种设备，需要经过严格检测后使用。但实际上，国内检测检验技术尚未成熟，检测设备与技术标准仍处于摸索性开发试用阶段，不能确保阀门系统附件使用安全性与质量。低温绝热气瓶用截止阀的使用温度要求较高，要求附件在低温状态下保持高度气密性，以降低气瓶使用危险性。在低于零下196℃环境条件中应用时，气瓶阀门系统结构与元件的气密性无从保证，使用风险加剧；对此，应当严格按照产品性能要求使用，以降低安全性影响。

国内低温热绝气瓶用截止阀的气密性检测方法与标准尚未统一，工作展开需参照国外产品制造时的检验标准与技术要求，如常用的氦质谱检漏技术等。氦质谱检漏法检测密封结构与元件气密性的效果理想，不易受气体介质影响，仪器反应时间短，检漏结果准确性高，具有较高的应用价值。氦质谱检漏法使用过程中，需要用到压力表、针形阀、液氮、保温容器、试验阀、冷却蛇管、保温盖、气瓶调节阀、远控阀等器具，要求试验人员严格按照检测规则展开，并明确掌握试验方法操作要点，尽可能地减少检验误差。

基于质谱学原理的氦质谱检漏仪，气密性检测仪器的漏气体主要以氦气为主，常用喷氦法或吸氦法两种检漏方法完成。但气瓶阀门系统的体积小，限制了检测操作空间，可辅以吸枪检漏方法完成检测。打开截止阀后浸入液氮内，关闭针形阀后通入高纯氦气，利用吸枪检测截止阀外部气密性。关闭截止阀的同时开启针形阀，并通入高纯氦气，用吸枪在针形阀出口处检测内部气密性。通过整理分析泄漏率试验数据，了解截止阀的低温气密性水平。

（2）低温耐用性测定方法。 低温环境对阀门系统附件的结构稳定性提出了更高地要求，随着使用温度的降低，阀门附件发生低温脆性破坏与材料相变体积膨胀的可能性越大。采用焊接工艺安装的阀门系统附件，应当确保其具备焊缝在低温环境下的可靠性。当在低温环境下频繁操作截止阀时，阀门内件发生擦伤与卡阻等可能性增大，也会降低阀门系统应用实效性；对此，加强阀门系统附件的低温疲劳循环等使用性能测定尤为必要。在检测过程中，应当更侧重对低温工况下使用质量的测定，相比较常温工况下的检测技术要求更加严格。

在阀门检测过程中，试验温度控制为85℃，从阀门进气口通入压缩空气，记录此时的气瓶公称工作压力。在低于7N•m的操作力矩下，开启关闭160次阀门系统附件，再向阀门附件内通入2MPa液氮。在相同的操作力矩下，增加阀门系统附件开启关闭次数至3840次，最终完成耐用性试验。通过整理分析试验数据，了解产品是否符合常温气密性与耐用性要求。

低温绝热气瓶阀门系统附件的研发不能盲目进行，不仅要考虑到阀门系统附件的特征属性，还需参照国外产品测验技术要求与标准，唯有综合产品结构与适用范围、性能要求等要素考虑，才能确保阀门系统附件国家标准与试验规则等研发的可靠性。

（3）耐振性试验方法。堵住阀门出气口后，以低于7N•m的操作力矩关闭阀门，从阀门进气口通入公称工作压力，在振动试验台上依次按照三个相互垂直方向安装试验装置，要求在33.3Hz频率与120min振动、位移幅值在2mm的工况下，阀门螺纹连接处应无松动，并符合常温气密性的性能要求。

（4）耐应力腐蚀试验。清除阀门上的油渍后，堵住阀门出气口，向30L加盖玻璃器皿内倒入600mL相对密度为0.94质量的氨水，将玻璃器皿放置在34℃的氨与空气混合环境内24h，将阀放置在距离玻璃器皿高40mm的托盘内，要求铜合金材料的阀门附件应无裂纹现象出现。

3 结语

本文主要对低温液化气瓶用截止阀检测现状与使用性能试验方法展开研究，希望对我国相关行业现代化发展起到积极参照作用。随着低温液化气瓶产品应用市场的不断拓展，应当加强对产品制造水平与检测技术研发水平的提升，推动阀门系统国家标准逐步完善与产品产能的稳中求进发展，最终实现产品生产制造与质量检测的良性循环。