李偉平

（廣東省肇慶市特種設備行業(yè)協(xié)會）

0 概況

液化天然氣 （LNG）低溫絕熱氣瓶是用于貯存、運輸液化氣體產(chǎn)品的高真空多層絕熱可移動式低溫液體容器，其關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)檢總局一直對瓶閥開展特種設備型式試驗及許可制度，但由于國內(nèi)目前尚無低溫絕熱氣瓶用截止閥產(chǎn)品的國家標準，且無配套的產(chǎn)品性能檢驗檢測設備，因此就需要對此開展研究。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)外相關產(chǎn)品的使用現(xiàn)狀和技術水平，積極展開低溫絕熱氣瓶用截止閥的產(chǎn)品試驗項目和試驗方法研究以及產(chǎn)品使用性能檢測設備的研制，并及時起草和制定相關的國家標準 《低溫絕熱氣瓶用截止閥》，對低溫絕熱氣瓶用截止閥的技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等進行規(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重事故。所以對低溫瓶閥的設計、制造、檢測提出了極高的要求。低溫絕熱氣瓶附件產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)過程、關鍵檢測指標的檢測技術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的方法，并研制低溫氣瓶用截止閥氣密性和耐用性的檢測設備，為起草國家標準 《低溫絕熱氣瓶用截止閥》提供技術支撐，這對低溫氣瓶閥的推廣應用及發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 低溫絕熱氣瓶用截止閥

低溫絕熱氣瓶，是用于儲存液氧、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計成立式或臥式。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個主要部分，具有儲存、運輸、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)量好壞直接關系到氣瓶的安全運行、絕熱性能、加注技術、無損儲存等，因此不允許出現(xiàn)任何差錯。閥門故障和失效會造成LNG泄漏，引起燃燒甚至爆炸，造成嚴重事故，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，而且在升溫時要氣化，氣化時體積膨脹數(shù)百倍，所以對閥門的設計、制造、試驗和檢測等環(huán)節(jié)均要求極其嚴格[3]。

目前，從國內(nèi)的低溫絕熱氣瓶閥門行業(yè)來講，對這種產(chǎn)品的技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等要求并不統(tǒng)一，沒有統(tǒng)一的標準。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)所設定的檢測項目較少，檢測方法較為落后，檢測技術要求較低，相應的檢驗檢測設備大多為企業(yè)自主研發(fā)的簡易設備，缺乏可靠性和準確性，且沒有第三方檢測機構(gòu)能夠進行公正性的產(chǎn)品質(zhì)量檢測。國外也無適合的低溫氣瓶閥產(chǎn)品制造標準和專業(yè)的檢測設備，主要參考英國標準 《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規(guī)范[4]。

2 低溫氣密性檢測技術研究

低溫絕熱氣瓶是用于貯存、運輸液化氣體產(chǎn)品的高真空多層絕熱可移動式低溫液體容器。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備，具有比較高的危險性，必須進行嚴格的檢驗檢測。然而國內(nèi)目前尚無成熟的檢驗檢測技術，更沒有相應的技術標準和專用設備。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，對整個氣瓶的安全性影響很大[5]。

針對LNG氣瓶附件的低溫氣密性檢測方法展開系統(tǒng)研究，綜合考慮國內(nèi)外LNG氣瓶附件制造企業(yè)的檢驗現(xiàn)狀和相關標準，推薦使用氦質(zhì)譜檢漏技術。氦質(zhì)譜檢漏法檢漏效率高，儀器反應靈敏，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)譜學原理，用氦氣作示漏氣體制成的氣密性檢測儀器。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。將試驗閥打開并浸入液氮中，關閉針形閥，往其內(nèi)部通入高純氦氣，利用吸槍檢查試驗閥的外部氣密性；再按規(guī)定力矩關閉試驗閥，打開針形閥，往其進氣口通入高純氦氣，在針形閥的出口處用吸槍檢查試驗閥的內(nèi)部氣密性。這樣會得到一組泄漏率的試驗數(shù)據(jù) （見表1），以此定量的測試方法來判斷試驗閥的低溫氣密性。

3 低溫疲勞循環(huán)測試技術研究

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。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，對低溫氣瓶用截止閥和調(diào)壓閥的檢測測試就顯得非常有必要，并且比常溫工況用的閥門檢測更為嚴格。

表1 截止閥低溫氣密性試驗結(jié)果

在85℃的試驗溫度下，從閥的進氣口通入壓縮空氣，其壓力值為相應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，進行耐用性試驗，如圖2所示。耐用性試驗后樣品應符合常溫氣密性要求。

圖2 低溫閥耐用性試驗現(xiàn)場

在低溫絕熱氣瓶用截止閥國家標準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，并參考國內(nèi)外相關標準，斟酌方方面面，從產(chǎn)品適用范圍、引用標準、相關術語、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）和試驗方法等多方面、全方位進行了考慮。

4 結(jié)語

本文重點研究了低溫絕熱氣瓶用截止閥的試驗項目、試驗方法以及相關的國家標準的起草等方面問題，為國家監(jiān)管提供產(chǎn)品檢測標準的制定依據(jù)和技術支撐，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一步提高，同時還需不斷提升產(chǎn)品的檢測技術，為今后產(chǎn)品的產(chǎn)能提升和產(chǎn)品出口提供保障。

[1] 全國氣瓶標準化技術委員會.焊接絕熱氣瓶：GB 24159—2009[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗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：中國標準出版社，2011.

[3] 全國閥門標準化技術委員會.低溫閥門 技術條件：GB/ T 24925—2010[S].北京：中國標準出版社，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.