羅 鋒

(慈溪市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測服務(wù)中心 慈溪 315300)

淺析瓶裝液化石油氣調(diào)壓器氣密性檢測方法和檢測裝置的設(shè)計(jì)

羅 鋒

(慈溪市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測服務(wù)中心 慈溪 315300)

本文對瓶裝液化石油氣調(diào)壓器的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理進(jìn)行深入分析，闡述了產(chǎn)生不完全燃燒甚至是氣體泄漏的幾個(gè)途徑，針對性地提出了調(diào)壓器氣密性的檢測原理，并在現(xiàn)有檢測標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改良，提出了自己的檢測思路和方法。最后，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了一款自動化氣密性檢測裝置，應(yīng)用于日常出廠檢驗(yàn)或監(jiān)督檢驗(yàn)，以防止出現(xiàn)由于產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)而導(dǎo)致液化氣泄漏、中毒甚至是爆炸等特種設(shè)備事故。

液化石油氣調(diào)壓器 特種設(shè)備 氣密性 泄漏 事故

瓶裝液化石油氣調(diào)壓器俗稱減壓閥(以下簡稱“調(diào)壓器”),是壓力容器——液化氣鋼瓶的重要配套部件,其一端(進(jìn)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?xì)饩呦噙B,是液化石油氣安全燃燒的一個(gè)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(dǎo)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(diào)壓器氣密性質(zhì)量不過關(guān)導(dǎo)致。本文從調(diào)壓器結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā),對調(diào)壓器泄漏的原因進(jìn)行綜合分析,針對性地提出氣密性的檢測方法并相應(yīng)地對檢測裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),以防止特種設(shè)備事故的發(fā)生。

1 調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)剖析

筆者將一個(gè)完整的調(diào)壓器進(jìn)行拆分,如圖1所示。

圖1 調(diào)壓器實(shí)物拆解圖

通過分析,調(diào)壓器是一種無論進(jìn)口壓力、流量和溫度如何變化,始終保持出口壓力處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的裝置。主要組件包括感壓組件(膜片和膜板)、調(diào)壓組件(閥座和閥墊)、背壓組件(上殼體、呼吸孔、彈簧和彈簧調(diào)節(jié)蓋)、機(jī)械聯(lián)動組件(杠桿、連接件)、連接組件(進(jìn)口和出口連接接頭)和下殼體組成,如圖2所示:

圖2 調(diào)壓器主要部件

調(diào)壓器整體由上下兩個(gè)殼體連接而成,一般用螺絲固定或者壓鑄而成,調(diào)壓器內(nèi)部由膜片和膜板將整個(gè)調(diào)壓器一分為二成上下兩個(gè)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(jìn)氣嘴上,杠桿左右兩端離支點(diǎn)距離設(shè)計(jì)為左短右長,構(gòu)成了一個(gè)不等臂杠桿。

2 調(diào)壓器的運(yùn)行原理分析

調(diào)壓器的運(yùn)行原理按照使用方法分如下兩個(gè)步驟,分別完成呼氣和吸氣兩個(gè)過程:

2.1 呼氣過程

1)打開液化氣鋼瓶角閥并關(guān)閉出口側(cè),使瓶內(nèi)高壓液化石油氣輸出到調(diào)壓閥進(jìn)氣口;

2)進(jìn)氣口中輸入的高壓氣體沖開調(diào)壓閥內(nèi)的閥墊,使氣體進(jìn)入下氣室;

3)隨著下氣室氣體不斷地增多,室內(nèi)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(dǎo)致體積逐漸減少,室內(nèi)的空氣就通過上殼體的呼吸孔緩慢排出。

以上便是調(diào)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(jìn)氣口不斷涌入,導(dǎo)致膜片和膜板進(jìn)一步向上頂,此時(shí)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(jìn)氣嘴相連,使之逐步關(guān)閉,液化氣就無法進(jìn)入調(diào)壓器內(nèi)部,下氣室壓力也不再上升。

2)當(dāng)打開爐具開關(guān)后,即打開調(diào)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(fù)位;

3)彈簧復(fù)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(jìn)入下氣室;

4)上氣室體積逐漸變大,當(dāng)它內(nèi)部壓力小于外界大氣壓時(shí),空氣通過呼吸孔緩慢進(jìn)入上氣室。

以上便是調(diào)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(yùn)動,使之配合閥墊對進(jìn)氣口進(jìn)行關(guān)閉和開啟,從而使得調(diào)壓器不斷循環(huán)做吸氣和呼氣過程,完成其調(diào)壓功能。

3 CJ 50—2008《瓶裝液化石油氣調(diào)壓器》標(biāo)準(zhǔn)對調(diào)壓器氣密性檢測方法的不足

3.1 調(diào)壓器出現(xiàn)泄漏或不完全燃燒的原因分析

調(diào)壓器的氣密性性能是最關(guān)鍵的一個(gè)安全性能,不合格的氣密性能會導(dǎo)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?xì)怏w以及燃燒物質(zhì)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(nèi)達(dá)到動態(tài)平衡,火焰才能維持穩(wěn)定狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)氣體的安全燃燒。如果出氣壓力過大,就會導(dǎo)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(chǎn)生離焰現(xiàn)象;如果液化氣壓力繼續(xù)加大,火焰將離火孔更遠(yuǎn)處燃燒,火焰的穩(wěn)定性就會遭到進(jìn)一步破壞,火焰飄忽不定,直至最后完全熄滅,產(chǎn)生脫火現(xiàn)象。脫火時(shí),液化氣會持續(xù)外泄到空氣中,極易引發(fā)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(jìn)入火孔繼續(xù)燃燒,產(chǎn)生回火現(xiàn)象?；鼗饡r(shí),極易在缺氧狀態(tài)不完全燃燒,產(chǎn)生大量有毒氣體,還會向外溢出液化氣,也極易引發(fā)事故。

3.2 現(xiàn)有檢測標(biāo)準(zhǔn)對氣密性檢測的要求及存在的問題

中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ 50—2008《瓶裝液化石油氣調(diào)壓器》對氣密性檢測提出了兩點(diǎn)要求:

1)調(diào)壓器進(jìn)氣口側(cè)充入壓力為1.56MPa的試驗(yàn)介質(zhì),然后關(guān)閉出口閥門,并將被測調(diào)壓器涂皂沫或浸入水中1min,目測是否有泄漏。

2)調(diào)壓器出口側(cè)充入14.0kPa的試驗(yàn)介質(zhì),浸入水中1min,目測是否有泄漏。

該標(biāo)準(zhǔn)對極端情況下的氣密性情況進(jìn)行了檢測,即完全關(guān)閉出氣口使得閥體氣室內(nèi)壓力達(dá)到最大值測試泄漏情況,防止離焰或脫火導(dǎo)致有毒氣體泄漏的發(fā)生,以及出氣口產(chǎn)生回火現(xiàn)象時(shí)缺氧不完全燃燒導(dǎo)致事故發(fā)生,可以說考慮的相當(dāng)周全。但卻忽略了另外一種現(xiàn)象的發(fā)生,根據(jù)本文第2章調(diào)壓器的運(yùn)行原理可以看出,當(dāng)氣瓶中的氣體進(jìn)入調(diào)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(yùn)動并堵住進(jìn)氣嘴,液化石油氣就無法進(jìn)入調(diào)壓閥內(nèi)部,如圖3所示:

圖3 調(diào)壓器氣密性分析圖

用分割線人為將調(diào)壓器分成三個(gè)部分,分割線最左邊視為進(jìn)口側(cè),用A表示,分割線最右邊則是出口側(cè),用C表示,閥體中間部分用B表示。根據(jù)運(yùn)行原理,高壓氣體從A端充入后,按照測試方法要求關(guān)閉出氣口C,閥體內(nèi)部壓力隨著高壓氣體的進(jìn)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(jìn)氣口而使得進(jìn)氣口堵塞,這樣氣體無法進(jìn)入閥體內(nèi),這時(shí)所測得的氣密性僅僅只是進(jìn)口側(cè)左端,也即圖中所示的A端,而閥體內(nèi)部B端的氣密性實(shí)則是沒有測得。因此必須對氣密性測試的方法進(jìn)行改良。

4 完善氣密性檢測相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條款的建議

根據(jù)第3章可以得出當(dāng)壓力進(jìn)口不是最大時(shí)(低壓時(shí)),膜片和膜板不停地上凸下凹,使得氣體在閥體內(nèi)部流通,此時(shí)氣瓶中的氣體源源不斷地涌向調(diào)壓器內(nèi)部,并且從出口處進(jìn)入爐具進(jìn)行流動,如果液化石油氣進(jìn)氣和出氣不協(xié)調(diào),即不能在穩(wěn)定狀態(tài)下燃燒就會導(dǎo)致氣體泄漏或不完全燃燒。中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ 50—2008實(shí)施已經(jīng)有9個(gè)年頭了,對該行業(yè)起到了一定的標(biāo)桿作用,很多企業(yè)根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出的產(chǎn)品也得到了社會的認(rèn)可,因此相關(guān)部門也在積極推動該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)升格為國家標(biāo)準(zhǔn),并且于去年開始正式啟動,筆者有幸參與了該標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)在CJ 50—2008的基礎(chǔ)上再增加一項(xiàng),即:進(jìn)口側(cè)的低壓測漏,那么最終改良的測試方法就增加到三種:

1)進(jìn)口側(cè):從調(diào)壓器進(jìn)口側(cè)充入14.0kPa的試驗(yàn)介質(zhì),然后關(guān)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(yīng)至少持續(xù)觀察1min。

2)進(jìn)口側(cè):從調(diào)壓器進(jìn)口側(cè)充入1.56MPa的試驗(yàn)介質(zhì),然后關(guān)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(yīng)至少持續(xù)觀察1min。

3)出口側(cè):從調(diào)壓器出口側(cè)充入14.0kPa的試驗(yàn)介質(zhì),采用檢漏儀或浸水法檢測泄漏量,采用浸水法應(yīng)至少持續(xù)觀察1min。

5 完善調(diào)壓器氣密性檢測裝置的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)完善后的氣密性檢測要求,筆者設(shè)計(jì)了一款氣密性檢測裝置以應(yīng)用于企業(yè)日常出廠檢驗(yàn)。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在原氣密性檢測裝置的基礎(chǔ)上,不減少和降低原標(biāo)準(zhǔn)對氣密性檢測的相關(guān)要求,只是在原基礎(chǔ)上進(jìn)行了加強(qiáng)檢測,增加進(jìn)口側(cè)低壓測漏,基本原理如圖4所示。

熱力公司應(yīng)以科學(xué)的思維方式和思想方法深入開展黨建工作，尤其應(yīng)該著重開展基層黨組織建設(shè)工作，使得基層黨組織的紐帶作用得到充分的發(fā)揮，從而激發(fā)熱力公司的職工都能夠自主的投身于熱力事業(yè)的積極性，進(jìn)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(yīng)加強(qiáng)自身建設(shè)，堅(jiān)定不移地做好熱力公司的思想政治工作，緊密聯(lián)系群眾，充分發(fā)揮政治核心作用。

圖4 氣密性檢測裝置示意圖

從進(jìn)口側(cè)設(shè)計(jì)兩路氣源,分別測試進(jìn)口側(cè)的高壓和低壓,當(dāng)進(jìn)口側(cè)測試完畢后對系統(tǒng)進(jìn)行泄壓操作,泄壓完畢后測試出口側(cè)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(shí)間繼電器便可實(shí)現(xiàn)之。時(shí)間繼電器(time relay)是指當(dāng)加入(或去掉)輸入的動作信號后,其輸出電路需經(jīng)過規(guī)定的準(zhǔn)確時(shí)間才產(chǎn)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(shí),時(shí)間繼電器也是一種利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的控制電器,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 時(shí)間繼電器原理圖

圖6 氣密性檢測裝置電路及設(shè)計(jì)圖

時(shí)間繼電器由一個(gè)輸入端,當(dāng)接通電源后即開始工作,根據(jù)事先設(shè)置好的時(shí)間間隔,時(shí)間一到則繼電器上的正向端工作,預(yù)設(shè)時(shí)間過后則反向通電工作,根據(jù)這個(gè)原理給氣密性檢測裝置設(shè)置電路,如圖6所示。

1)氣源從空壓機(jī)或儲氣罐端輸入;

2)打開電源開關(guān)K,在預(yù)設(shè)時(shí)間后繼電器A正向工作;

3)時(shí)間繼電器A到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間后,打開壓力電磁開關(guān)A,進(jìn)口側(cè)通過壓力調(diào)壓器A將調(diào)整到14.0kPa的氣體送入調(diào)壓器,持續(xù)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(shí)間繼電器A到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間后,正向自動關(guān)閉,壓力電磁開關(guān)A同時(shí)關(guān)閉,反向通電工作,觸發(fā)時(shí)間繼電器B開始工作;

5)預(yù)設(shè)的時(shí)間后,時(shí)間繼電器B正向打開,壓力電磁開關(guān)B同時(shí)開啟,進(jìn)口側(cè)通過壓力調(diào)壓器B將調(diào)整到1.56MPa的氣體送入調(diào)壓器,持續(xù)觀察1min,通過測漏儀A檢測是否有泄漏;

6)上述工作完畢,時(shí)間繼電器B到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間后,時(shí)間繼電器B正向關(guān)閉,壓力電磁開關(guān)B同時(shí)關(guān)閉,反向開啟,打開電磁泄壓閥和壓力電磁開關(guān)D,使系統(tǒng)內(nèi)高壓氣體全部排出,泄壓完畢。同時(shí),打開時(shí)間繼電器C;

7)預(yù)設(shè)的時(shí)間后,時(shí)間繼電器C正向打開,此時(shí)正向不設(shè)置任何電路,即不做任何事情,實(shí)際上起到延時(shí)作用。同時(shí),電磁泄壓閥和壓力電磁開關(guān)D此時(shí)常開;

8)時(shí)間繼電器C正向預(yù)設(shè)時(shí)間到達(dá)后,反向開啟,聯(lián)通時(shí)間繼電器D工作;

9)時(shí)間繼電器D預(yù)設(shè)時(shí)間到達(dá)后,正向工作,打開壓力電磁開關(guān)C。此時(shí),出口側(cè)通過壓力調(diào)壓器C將調(diào)整到14.0kPa的氣體送入調(diào)壓器,持續(xù)觀察1min,通過測漏儀B檢測是否有泄漏。

6 結(jié)束語

通過上述對氣密性檢測裝置的設(shè)計(jì),該系統(tǒng)能夠較為全面和科學(xué)地完成對調(diào)壓器氣密性性能的自動化檢測,更進(jìn)一步提高了檢測的效率和安全性,能夠廣泛應(yīng)用于日常調(diào)壓器的出廠檢驗(yàn)和相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督抽檢。

［1］ 中華人民共和國特種設(shè)備安全法 ［S］．

［2］ TSG R0006—2014 氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 ［S］．

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［4］ CJ 50—2008 瓶裝液化石油氣調(diào)壓器 ［S］．

［5］ CJ 274—2008 城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器 ［S］．

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［7］ 鄭時(shí)伊．電氣工程師手冊［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987．

［8］ （蘇）阿羅諾夫．電磁式時(shí)間繼電器［M］．電力工業(yè)出版社，1957．

［9］ 張冬梅，公茂法，張秀娟，等．電路原理［M］．北京：人民郵電出版社，2016．

［10］ 黃義峰．常用電氣控制電路300例［M］．北京：化學(xué)工業(yè)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

羅鋒（1982～)，男，本科，工程師，副主任，從事計(jì)量檢定、產(chǎn)品檢驗(yàn)及特種設(shè)備安全監(jiān)察工作。

羅鋒，E-mail： luofeng888@126．com。

2017-02-14）