楊慧紅 董加強 紀婷婷

摘要：本文簡述潔凈氣體滅火系統(tǒng)分類及容器閥功能，說明容器閥為氣體滅火系統(tǒng)關(guān)鍵部件;對消防標準上關(guān)于閥門性能要求進行介紹，從開發(fā)、材料、工藝、測試認證、資料多方面列出質(zhì)量保障關(guān)鍵要素。借鑒歐美高性能氣體滅火系統(tǒng)容器閥研究，從研發(fā)流程到制造工藝進行研究分析?基于國際氣體消防產(chǎn)品標準對容器閥部分的更合理的性能要求，提出GB標準規(guī)范修訂建議。

關(guān)鍵詞：消防;氣體滅火;容器閥;FMEA

氣體滅火技術(shù)全球1929年開始使用;伴隨環(huán)保及安全要求提升，潔凈氣體消防現(xiàn)被大量推廣應(yīng)用。氣體滅火原理：化學(xué)方式抑制燃燒鏈式反應(yīng)或采用物理窒息，滅火高效，二次污染小;全球廣為采用的潔凈氣體滅火劑包括：HFC-125?HFC-23?HFC-227?FK5112?IG541?IG55?IG01?IG100?CO2。

氣體滅火設(shè)備主要包括：容器閥、壓力容器（鋼瓶）、安全閥、選擇閥、單向閥、管道、噴頭等。容器閥安裝在儲存滅火劑的壓力容器上，平常密封容器內(nèi)滅火劑，要求承壓安全可靠，盡可能無泄漏;滅火時閥門開啟，釋放滅火劑到噴放管路。容器閥是消防系統(tǒng)源頭，其功能決定它是氣體滅火系統(tǒng)最核心部件。我國及國際氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)品標準中，對容器閥提出性能要求，其中以歐盟TPED、德國VDS及美國UL/FM標準要求較為嚴格。

容器閥相關(guān)性能測試要求包括：水壓?氣密;循環(huán)操作可靠性;年泄漏;泄壓能力;超壓試驗;極限高低溫測試;局部阻力損失;耐腐蝕性能;高流量噴射完整性;振動測試。對應(yīng)滅火劑特性?壓力等級?噴放要求?啟動方式不同，各系統(tǒng)容器閥結(jié)構(gòu)不完全相同。關(guān)于容器閥性能要求章節(jié)一直是國內(nèi)外各種認證標準中重要部分;安全可靠、動作有效的容器閥始終是消防專業(yè)人士追求。筆者基于多年消防研發(fā)及國際認證經(jīng)驗，歸納整理容器閥質(zhì)量保證要點，旨在拋磚引玉，讓消防系統(tǒng)更安全可靠。

一、容器閥質(zhì)量保障

（一）開發(fā)設(shè)計

容器閥質(zhì)量保障關(guān)鍵要素在于設(shè)計，下面幾條在研發(fā)階段需要重點關(guān)注：

1.設(shè)計輸入。研發(fā)階段要定義好以下幾個輸入：

標準及法律法規(guī)（TRS），相應(yīng)條款的要求是產(chǎn)品最基本要求;

競爭對手樣品研究，此項為產(chǎn)品改善創(chuàng)新的方向;

目標客戶要求，這是定制化必備的輸入條件;

產(chǎn)品實現(xiàn)工藝條件，此為產(chǎn)品實現(xiàn)的基礎(chǔ)，考慮到產(chǎn)品實現(xiàn)，工藝手段會決定部分結(jié)構(gòu)設(shè)計;

專利分析，此為雙刃劍：尊重知識產(chǎn)權(quán)，借鑒學(xué)習(xí)別人專利，開拓思路;自主創(chuàng)新設(shè)計，可申請專利保護。

2.設(shè)計手段。采用計算機輔助設(shè)計，3D建模;設(shè)計方案工藝、技術(shù)、質(zhì)量工程師綜合評審分析;采用有限元定性有效改善優(yōu)化設(shè)計。

3.FMEA。在設(shè)計及工藝階段進行失效模式（FMEA）分析，針對閥門密封、動作、防腐等功能要求，對可能失效的地方進行分析，找出風(fēng)險系數(shù)RPN值高的項目，在結(jié)構(gòu)及工藝上進行充分改善。RPN是事件發(fā)生嚴重度、頻度和探測度三者得分之積，其數(shù)值愈大潛在問題愈嚴重，用來衡量潛在可能發(fā)生的失效，以便采取預(yù)防措施減少風(fēng)險，使產(chǎn)品更加可靠。那些最受關(guān)注和風(fēng)險程度最高的環(huán)節(jié)必須采取矯正措施。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括有效通徑、壁厚、螺紋、密封結(jié)構(gòu)的確定。

有效通徑，該尺寸和氣體滅火標準要求的噴射時間及配套最大壓力容器容積、充裝率密切相關(guān)，需要計算確定，最終要采用試驗確認。

壁厚，閥門最小壁厚有兩個常用公式。t=PxDn/[2x[δL]-P]+C，是按照第一強度理論建立的，適用于脆性材料;t=PxDn/[2.3x[δL]-P]+C，按第四強度理論建立，適用于塑性材料。P為工作壓力，Dn設(shè)計給定最大內(nèi)徑，δL閥體材料許用應(yīng)力，C為厚度裕量。

螺紋，進口和配套壓力容器匹配，出口和軟管螺紋匹配，驅(qū)動螺紋要和電動、氣動、手動執(zhí)行機構(gòu)螺紋匹配。電動執(zhí)行機構(gòu)要考慮有防爆可選配置（部分工業(yè)消防例如石化領(lǐng)域的應(yīng)用會有防爆要求）;螺紋強度要進行校核，包括螺紋抗擠壓、抗剪切、抗彎曲強度計算校核。

主閥密封結(jié)構(gòu)按照密封原理有兩大類：強制密封和自緊密封;強制密封常用于低壓中壓及中小尺寸閥門;自緊密封有差壓或正壓式;容器閥國際趨勢是差壓或正壓式，特點是介質(zhì)壓力愈高，工作密封比壓愈高，密封性能愈好;主閥座的密封結(jié)構(gòu)要保證計算比壓介于必須比壓和許用比壓之間;必須比壓和許用比壓可以查資料得到;計算比壓q的計算公式：q=Qz/[πx（d+bm）xbm）];Qz=π/4x（Dn2+d2）xP

Qz 為系統(tǒng)背壓，N;bm閥芯密封面寬度，mm;Dn 閥芯上表面直徑，mm;d閥芯下表面直徑，mm;

密封圈選擇要符合標準及供應(yīng)商產(chǎn)品系列，溝槽尺寸及公差按國家標準執(zhí)行;徑向密封的密封圈安裝孔要有導(dǎo)向倒角。

閥門夾持安裝部位要設(shè)計在靠近鋼瓶連接螺紋，減少閥門安裝夾持力及安裝扭力對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的影響。

（二）材料

閥體材料要求強度高，防腐性能好，標準要求為銅或不銹鋼;國際上采用高強度耐腐蝕黃銅合金，材料成分中除了有銅、鋅、鉛、鐵、鎳之外，還有錳、鋁和錫。錳提高黃銅耐蝕性、熱穩(wěn)定性及強度;鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐蝕性，但使塑性降低;錫能提高黃銅強度和對海水的耐腐性。這三種元素綜合提升銅合金強度及耐腐蝕能力，改善鍛造流動性機機加工性能。高防腐要求的環(huán)境，銅材外表面鍍鎳;不銹鋼一般采用SS304，用于海洋防腐采用SS316。

聚合物材料和非金屬零件，國際認證例如UL/FM檢測要單獨送樣，保證對滅火劑的兼容及滿足年泄露測試要求;密封件要根據(jù)密封介質(zhì)/使用溫度，選用不同材料;一般國際氣體容器閥閥門采用密封材料EPDM;硬度根據(jù)工作壓力不同選用不同：10MPa以下可以采用邵氏硬度75±5，10～30MPa采用80±5;30MPa以上采用90±5;另外，高壓閥門根據(jù)需要增加密封圈擋圈。

潤滑脂有效降低摩擦和磨損，提高金屬組件和密封橡膠的滑動和密封性能。其選擇要考慮與閥體材料（銅合金或不銹鋼）及塑料和密封圈相容性好，兼容密封介質(zhì)，工作壓力及使用溫度適宜。一般以硅油為基礎(chǔ)，可以選用國際知名公司產(chǎn)品。儲存及使用中特別注意防潮，防塵，防高溫。

（三）工藝

閥體毛坯采用鍛造，鍛造是在高溫下用模具擠壓的方法成型，可細化制件內(nèi)晶粒。鍛造模具分型面設(shè)置要保證流動性好，尺寸穩(wěn)定;鍛打時鍛坯預(yù)熱應(yīng)均勻，溫度適宜。鍛打的閥體部件要嚴格執(zhí)行去應(yīng)力退火或光亮退火工藝，推薦光亮退火，保證應(yīng)力釋放，表面質(zhì)量高。光亮退火主要是在密閉空間加熱退火后讓溫度在密閉空間緩慢降溫300度，保溫1小時，再自然冷卻便會有光輝度以至不造成脫碳情形產(chǎn)生。注意保護氣體中應(yīng)不含硫，退火前零部件需要認真清洗，表面不應(yīng)殘留油污或臟物。普通退火時加熱和冷卻發(fā)生氧化、脫碳作用。

機加工采用數(shù)控，保證尺寸精度及一致性;閥體動密封配合表面粗糙度要達到Ra0.4;密封圈溝槽要達到Ra0.8。所有機加工后的涉及密封部分的部件，要安排超聲波清洗去毛刺處理，保證密封效果。

裝配采用專用設(shè)備或工裝，螺紋部位安裝力矩要嚴格控制。不需要拆卸的地方要使用螺紋鎖固膠。需要調(diào)整后鎖定，且不希望使用中被調(diào)整的地方要點膠標識或鉛封。

（四）測試及認證

極限高、低溫分別30天實驗，瓶閥組件（包含容器閥，壓力容器和驅(qū)動裝置）充裝滅火劑后，在極限最大最小存儲溫度下各保持30天，不允許出現(xiàn)泄露量超過最小充裝重量的年允許泄漏量1/12 ;不得有腐蝕情況及彈性元件退化或分解。

工作壓力下，循環(huán)500次啟動操作測試，沒有故障和損壞。

年泄露實驗，UL/FM標準有年泄露測試;瓶閥組件包括驅(qū)動裝置，每個試樣應(yīng)在 0、3、6、9和12個月時測量重量，精確到單位克，一年的泄露量不超過最小充裝重量的相應(yīng)比例，并且接觸藥劑的元件無腐蝕現(xiàn)象。另外要說明鋼瓶壓力容器是直立還是水平臥倒測試，為運輸及安裝方式提供依據(jù)。

膜片泄壓實驗，美標有此要求。此實驗是檢驗滅火裝置安全膜片結(jié)構(gòu)和尺寸在壓力容器規(guī)格極限范圍能滿足有效泄放量，確保容器安全。

容器閥消防認證有多種，可按GB標準型式檢驗;CCS或DNVGL等船級社認證;美國UL或FM認證;德國VDS認證;英國LPCB;歐盟TPED認證等。

（五）資料

1.數(shù)據(jù)頁。容器閥數(shù)據(jù)頁至少要涉及以下信息：閥工作壓力、溫度范圍、有效通徑;主閥材料;進口、出口、虹吸管、驅(qū)動接口螺紋規(guī)格;爆破膜片壓力;可以配接手動、氣動（最小驅(qū)動壓力）、電動驅(qū)動裝置規(guī)格型號。

2.說明書及維保手冊。這個主要包括以下內(nèi)容：產(chǎn)品功能，適用系統(tǒng);在70℉（21℃）時的操作壓力;適用溫度范圍、充裝密度范圍涉及的壓力和溫度;零部件詳細的描述和操作，包括零部件的型號;所用管接件的類型和設(shè)定;推薦正確的安裝和有效的防護;具體安裝內(nèi)容;操作說明和指令，當某種操作禁用或不可用，要有警告陳述;安裝后要檢查的信息。

操作后重新充裝具體信息應(yīng)包括：必要警告和注意事項;對充裝服務(wù)設(shè)備接口的描述;充裝服務(wù)流程的描述;含有所有可替換部件的清單;必要的維護說明。

二、結(jié)語

綜上所述，容器閥對于氣體滅火系統(tǒng)的重要性不言而喻，其性能驗證要求是質(zhì)量保證的基礎(chǔ)，應(yīng)在標準中合理體現(xiàn)。國際標準有些值得我們學(xué)習(xí)借鑒的條款：年泄露測試，30天高溫及30天低溫密封測試，500次循環(huán)動作測試。這三項測試能校驗閥門待機及動作是否安全可靠。建議國家標準緊跟國際標準要求，適時修訂更新，為消防設(shè)計人員更合理的開發(fā)產(chǎn)品提供依據(jù)。

參考文獻：

NFPA 2001-2018.潔凈劑滅火系統(tǒng)標準[S].

FM 5600-2013.潔凈滅火劑滅火系統(tǒng)認可標準[S].

UL 2166-2017.鹵碳滅火劑滅火系統(tǒng)裝置[S].

UL 2127-2017.氣體滅火劑滅火系統(tǒng)裝置[S].

楊源泉，閥門設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，1992.

機械工程師手冊[M].機械工業(yè)出版社，2007.

GB 25972-2010.氣體滅火系統(tǒng)及部件[S].

作者簡介：

楊慧紅（1978.10—），女，福建人，南京消防器材股份有限公司設(shè)計室主管，本科學(xué)歷，工程師，長期從事消防產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用。產(chǎn)品曾獲得中國消防協(xié)會科技創(chuàng)新三等獎，江蘇機械工業(yè)科技進步一等獎。