超級工程塑料軟密封圈在工業(yè)氣體（氧氣）硬密封充裝中的應用

勞汝長

（原廣州氣體廠，廣東 廣州 510280）

當前，我國正處在深入改革開放的新時代，加快推進有中國特色的社會主義現(xiàn)代化建設的進程。經(jīng)濟社會的飛躍發(fā)展對工業(yè)氣體的需求量越來越大?！把鯕猓悄壳皣鴥?nèi)瓶裝最多的一種氣體，其危及安全的特性也較多?！保ā稓馄堪踩夹g》P19）本文用事實說明長期以來使用氧氣硬密封充裝存在的弊病，針對氧氣硬密封充裝的缺點，探索軟密封的理想材料，設計制造防錯裝氧氣軟密封充裝接頭，以軟密封充裝取代硬密封充裝的創(chuàng)新，給行業(yè)人士一個新的啟示。

一、防錯裝氧氣硬密封充裝創(chuàng)新前的概況

長期以來，在工業(yè)氣體（氧氣）充裝作業(yè)中，主要沿用著防錯裝氧氣硬密封（銅頂嘴）進行瓶裝氧氣的充裝。（詳見圖1）

1 防錯裝氧氣硬密封的充裝

圖1 防錯裝氧氣硬密封充裝接頭

圖2 瓶閥上的氧氣硬密封充裝示意圖

圖3 防錯裝氧氣硬密封充裝現(xiàn)場一角

“瓶閥是氣瓶的主要附件，不少氣瓶還帶有氣瓶的主要附件，膜片式安全泄漏裝置，因而瓶閥不僅是充裝氣體和排放氣體的主要裝置，而且也起著防止氣體泄漏、減少浪費和保證安全的作用，所以氣瓶在使用、裝卸、和儲運中要注意保護瓶閥：氣瓶在進行定期檢驗時，必須重視瓶閥的檢驗工作。

氣瓶瓶閥，采用黃銅壓鑄成鑄件，經(jīng)過機械加工制造而成，充裝使用的頂桿也是采用黃銅棒料車制而成，頂桿前端車制有圓弧面，（頂嘴）充裝前靜止的瓶閥內(nèi)圓錐面與直線移動的頂桿圓弧面相互接觸密封緊固，由相同的材料—黃銅構(gòu)成的是硬對硬的密封充裝方式。

2 防錯裝氧氣硬密封充裝作業(yè)過程

將防錯裝氧氣硬密封充裝接頭的內(nèi)螺紋對準氧氣瓶瓶閥的外螺紋（G5/8）以右旋方向旋入，此時接頭的內(nèi)孔階臺帶動頂桿向前移動，頂桿前端的圓弧型頂嘴徐徐貼緊瓶閥的內(nèi)圓錐面，此時充裝工人習慣地敲擊充裝接頭手柄，施加外力強行緊固，然后投入充裝。（如右圖充裝前敲擊手柄、充裝完畢后拆卸也進行敲擊作為省力）。

二、防錯裝氧氣硬密封充裝的缺點

1 對氣瓶瓶閥的圓錐密封面加快磨損

氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐面是充裝和排放氧氣的密封面。每當充裝時，直線移動的銅頂咀圓弧面與內(nèi)圓錐面接觸、以擠壓來達到密封的目的。這種黃銅對黃銅材料（即硬對硬）的密封充裝方式加快了對瓶閥內(nèi)圓錐面的磨損。再加上人為重復的多次敲擊旋合、擠壓，導致瓶閥的內(nèi)圓錐面呈現(xiàn)漸深的凹坑，形成氣體充裝泄漏源，是潛在的安全隱患。（詳見圖4（a））

氣瓶瓶閥的圓錐面加快磨損

2 致氣瓶瓶閥的連接外螺紋（G5/8）加快磨損、牙型傾斜、變形（錐形牙）

氣瓶瓶閥表面的外螺紋（G5/8）是連接充裝接頭確保銅頂咀有效地與瓶閥的圓錐面相互接觸達到密封從而實現(xiàn)充裝作業(yè)的。硬對硬的密封方式，為防止泄漏充裝工人施加敲擊外力（野蠻作業(yè)），導致標準的外螺紋加快磨損、牙型傾斜、變形。（見圖4（b））

3 防錯裝氧氣硬密封充裝存在安全隱患

圖4

造

圖5 防錯氧氣軟密封充裝接頭

圖6 防錯裝氧氣軟密封充裝接頭示意圖

在充裝中，當磨損嚴重、牙型傾斜、變形的外螺紋與防錯裝接頭內(nèi)螺紋配合間隙超出極限時，不能承受高壓充裝，防錯充裝接頭突然脫滑沖出充裝臺的事故時有發(fā)生，危及充裝工人的人身安全。（見圖4（b））

4 充裝工人作業(yè)費力

常年處在硬對硬密封充裝作業(yè)的充裝工人，隨著氣瓶瓶閥密封功能的逐漸下降，為確保接觸面密封良好，即加大充裝工人的工作力度，又習慣地敲擊防錯接頭手柄（野蠻作業(yè)），充裝作業(yè)中時常出現(xiàn)敲斷接頭手柄的現(xiàn)象。（見圖4（3））

5 無意中給用氣用戶設置作業(yè)障礙

當長期處在硬對硬充裝的氣體產(chǎn)品到達用戶工場時，氣瓶瓶閥的外螺紋（G5/8）牙型存在不同程度的損壞變形，內(nèi)圓錐密封面呈現(xiàn)不同程度的凹坑。這些不易被人們直接看到的弊病，無意中給用氣用戶操作者設置作業(yè)障礙，令用戶操作者不能順利地在無泄漏狀態(tài)下安全用氣。

三、工業(yè)氣體（氧氣）硬密封充裝接頭的創(chuàng)新方案—防錯裝氧氣軟密封充裝接頭

針對工業(yè)氣體硬密封充裝中的多種缺點，進而設計制造防錯裝氧氣軟密封充裝接頭（見圖5）以軟密封充裝取代硬密封充裝。

1 探索符合氧氣軟密封充裝的材料

工業(yè)氣體（氧氣）充裝的創(chuàng)新， 其關鍵是充裝接頭中應用超級工程塑料制成的密封圈，并對該密封圈有較高的技術要求，確保耐用，足夠強度和耐密封性能，是對瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進行高壓氣體軟密封充裝的一項技術。

高壓氣體軟密封技術，早已在氣瓶的甁閥體內(nèi)應用，在閥體內(nèi)上、下不同結(jié)構(gòu)部位、采用不同用途的軟密封材料進行氣體密封。本文敘述自己探索軟密封材料、并設計、制造試驗在瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進行氧氣軟密封充裝。

早在1994年，本人用曾購買本廠快速拆裝軟密封充裝技術（實用新型專利）的50%制造合同，并試制了小批產(chǎn)品，由于當時選用聚四氟乙烯作為軟密封材料制成密封圈的防錯裝快速拆裝接頭，曾在廣東一些單位使用了一段時間，但在實踐使用中，開始暴露出缺點，存在剛性不足，強度不夠等，由于材料性能的欠缺，密封圈壽命不長和快速拆裝充裝接頭使用過程存安全隱患，因而沒有得到推廣，只有氣體廠使用到最后，但本人沒有放棄，繼續(xù)對軟密封材料密封可靠性的研究和探索。

2 004在年順德倫教經(jīng)營氣體公司的同時，設一個小型試驗室，購置設備工具和制造模擬充裝臺，為了探索符合氧氣充裝軟密封的材料，經(jīng)常走訪市場和網(wǎng)上搜索國內(nèi)外資料和多種材料的試制、試驗、終于2008年選上XX材料，該材料具有高剛性，優(yōu)良機械的高強度，耐高低溫，阻燃、抗化學性、耐疲勞，尺寸不變的穩(wěn)定性，可廣泛應用在高溫端子、照明設備、液體輸送設備、飛機內(nèi)部零件、醫(yī)療、家電。

XX材料是較理想的符合制造氧氣軟密封充裝的密封圈材料。

2 防錯裝氧氣軟密封充裝接頭的制

（1）XX材料制成直角型軟密封圈

（2）黃銅材料制成的頂桿

（3）鋼制防錯裝G內(nèi)螺紋接頭

（4）鋼制曲線型手柄

（5）尼龍球體

把以上零件組裝成防錯裝氧氣軟密封充裝接頭（見圖5）

3 防錯裝氧氣軟密封充裝接頭的密封試驗

第一次試驗：在氮氣和氧氣產(chǎn)品氣瓶閥上軟密封試壓

做法：將裝有防錯裝軟密封充裝接頭的氧氣測壓表與氮氣瓶閥柔力緊固。將測壓表排氣閥關閉，開關匙開啟瓶閥，此時氣瓶內(nèi)的壓力反影在壓力表指針指示為13.5Mpa（目前廠家出廠壓力），保持30分鐘，停留狀態(tài)，壓力表指針保持不變，證明密封圈的密封性能良好，無任何泄漏。隨后關閉氮氣瓶閥，排氣閥進行排氣，即完成氮氣試驗。采用相同的操作，在氧氣產(chǎn)品的瓶閥上軟密封試驗4-24小時，高壓表指針不變，證明無泄漏現(xiàn)象。（圖7為測試現(xiàn)場）

試驗結(jié)果：第一次在氮氣和氧氣軟密封試壓試驗效果良好。

第二次試驗：在裝有新氧氣瓶閥的模擬充裝平臺上模擬充裝試驗

做法1：將防錯裝氧氣軟密封充裝接頭與氧氣瓶閥外螺紋（G5/8）柔力連接，然后模擬充裝試驗：柔力緊固、松開、柔力緊固、（緊固力度是按照第一次測壓力度）松開、進行500次試驗。

檢驗1：測量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為1.5mm。

做法2：按照以上做法，繼續(xù)模擬充裝試驗1200次。

檢驗2：測量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為2.5mm。

做法3：按照以上做法，繼續(xù)模擬充裝試驗2000次。

檢驗3:測量和紀錄軟密封的受壓錐面的寬度為3.5mm。

檢驗結(jié)果：模擬充裝2000次后的軟密圈仍然可以繼續(xù)使用。

第二次試驗模擬充裝軟密圈，在生產(chǎn)現(xiàn)場試用后密封圈磨損形狀，磨損效果。

第三次試驗：在氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場試用

圖7

圖8

做法：把防錯裝氧氣軟密封充裝接頭投放到氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場試用。先后聯(lián)系了廣州XX氣體公司、廣西XX氣體公司、佛山市XX氣體公司、順德XX氣體公司，各單位派送 2 -15套防錯氧氣軟密封充裝接頭，在生產(chǎn)現(xiàn)場進行綜合氣瓶（新、舊氣瓶混合）充裝試用。試用期分別為30天、60天、90天。

檢驗：試用到期取回試用樣本檢查。經(jīng)過30天、60天、90天生產(chǎn)現(xiàn)場試用后的密封圈的形狀。（見圖8）

檢驗結(jié)果：軟密封圈的密封效果良好，達到預期的目的。生產(chǎn)現(xiàn)場試用30天、60天、90天的密封圈仍然可以繼續(xù)使用。

正確選用材料必須滿足三個方面的要求：穩(wěn)定的使用性、優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟性。（《簡明機械實用手冊》，1.3選材 的一般原則，P78）

經(jīng)過以上反復試驗和生產(chǎn)現(xiàn)場試用證實：應用XX材料制成軟件密圈在防錯氧氣軟密封充裝接頭的制作能夠滿足以下性能：

（1）良好的使用性。由于選用XX材料具有：耐高溫、高剛性、高強度、不變形、阻燃、抗化學。這種材料制成軟密封圈在試用中性能顯赫，是可靠的密封圈材料，具有工業(yè)氣體氧氣充裝過程高壓狀態(tài)下不易損壞并能持續(xù)密封的良好效果，滿足氧氣充裝的使用要求。（2）優(yōu)良的工藝性。防錯裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈，是采用XX材料在普通車床上加工出來的。軟密封圈的加工過程說明：這種材料具有優(yōu)良的加工工藝性，可以通過機械加工成各種幾何形狀，滿足軟密封的需要。（3）合理的經(jīng)濟性。制作防錯裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈所用的XX材料價格合理，1個軟密封圈的制造費用為3.5元，而且軟密封圈的使用壽命達2000次。

四、防錯裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)點

1 保護氧氣瓶閥的內(nèi)圓錐密封面

由于采用軟密封圈，以軟對硬的密封取代硬對硬的密封方式，充裝作業(yè)中不會損傷氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐密封面，實現(xiàn)了高壓狀態(tài)下可持續(xù)密封功能的同時，又保護了氣瓶的主要附件——瓶閥的完好，給用氣用戶在無泄漏的情況下安全用氣。

表1 防錯裝氧氣硬密封充裝接頭與防錯裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)缺點對照表

2 保護氧氣瓶閥的外螺紋（G5/8）

由于以軟對硬的密封方式取代硬對硬的密封方式，充裝作業(yè)轉(zhuǎn)化為柔力作業(yè)，杜絕了敲擊性的外力旋合（野蠻作業(yè)），從而有效地保護了氣瓶瓶閥的連接外螺紋（G5/8）。

3 安全文明作業(yè)

長期處在硬密封充裝作業(yè)中如圖4顯示，時有發(fā)生事故對工人安全帶來威脅，采用軟密封充裝，柔力緊固作業(yè)中消除事故發(fā)生，實現(xiàn)安全文明生產(chǎn)。

4 減輕工人勞動強度

采用軟密封充裝，柔力緊固，足已達到密封效果，不需敲擊加力，大大省力，減輕工人勞動強度。

5 降低充裝成本

（1）采用軟密封充裝：1個軟密封圈現(xiàn)價為3.5元，使用壽命達2000次。若以密封圈可用6個月計算，每月每支充裝接頭的充裝成本為0.6元。則：6個月的充裝成本為3.5元。（軟密封充裝有效地保障了氣體生產(chǎn)廠自有的氣瓶瓶閥和私企氣瓶的瓶閥使用壽命延長）（2）采用硬密封充裝：若以6個月?lián)p壞1個防錯裝接頭的手柄，1個防錯裝接頭現(xiàn)價為25元。則：6個月的充裝成本為25元。（硬密封充裝對氣體生產(chǎn)廠的自有氣瓶的瓶閥和私企的氣瓶瓶閥使用壽命縮短）

結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過實踐檢驗的XX材料制成的軟密封圈應用于防錯裝氧氣軟密封充裝接頭上，以軟對硬的密封充裝取代硬對硬的密封充裝，從而達到保護瓶閥、安全文明生產(chǎn)。軟密封圈使用壽命長、操作輕松、省力、省錢。目前是個先例。這一改革創(chuàng)新將被行業(yè)人士所理解，終究會廣泛地應用于工業(yè)氣體（氧氣）軟密封充裝和其他工業(yè)氣體軟密封充裝領域之中，有利于改變目前充裝作業(yè)方式，從而提升工業(yè)氣體充裝的質(zhì)素，實現(xiàn)安全文明生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生深遠的意義。

[1]崔政斌，王明明，等.氣瓶安全技術[M].北京：化學工業(yè)出版社.

[2]楊曉輝，等.簡明機械實用手冊[M].北京：科學出版社.