燃?xì)饩邭饷苄詸z測壓力要求的識(shí)別和處置

林川紅

（廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528305）

引言

在我國的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中，燃?xì)馐腔茉粗性鲩L最快的種類，燃?xì)饩哂幸幌盗袃?yōu)點(diǎn)，包括可以利用管道輸送使用便利，燃燒過程生成的二氧化碳和污染物排放量較少，以及燃燒過程熱效率較高等等，因此在城鎮(zhèn)居民生活用燃料領(lǐng)域正在快速取代燃煤。同時(shí)，燃?xì)饩叩漠a(chǎn)品安全問題也成為燃?xì)饩咧圃炱髽I(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。燃?xì)饩弋a(chǎn)品安全管理中通常燃?xì)獍踩切枰獌?yōu)先處理的問題，燃?xì)獍踩L(fēng)險(xiǎn)主要燃?xì)庑孤┖蜔煔庵卸镜?，燃?xì)庑孤┰斐傻挠绊懓ㄖ?、爆炸、中毒等，解決燃?xì)庑孤﹩栴}作為控制措施對(duì)燃?xì)饩咝孤╋L(fēng)險(xiǎn)的控制措施，在制造過程的檢漏是關(guān)鍵的產(chǎn)品安全控制措施。

就燃?xì)饩甙踩O(shè)計(jì)課題而言，重點(diǎn)是防止燃?xì)庠谄骶邇?nèi)出現(xiàn)泄漏后在內(nèi)部某些區(qū)域形成較高的濃度，理論上在燃?xì)鉂舛鹊陀诒ㄏ孪拗档臈l件下，不會(huì)造成著火、爆炸危險(xiǎn)，據(jù)此，在工程實(shí)踐中將燃?xì)鉂舛认拗圃诒舛认孪薜?/3以下，一般認(rèn)為是可以接受的燃?xì)庑孤┧健Ｄ壳?，燃?xì)饩叩陌踩珮?biāo)準(zhǔn)通常將此項(xiàng)準(zhǔn)則作為規(guī)定泄漏水平的基本條件。

由于燃?xì)饩邇?nèi)部的燃?xì)夤艿篮团c燃燒相關(guān)的結(jié)構(gòu)中不可避免存在密封結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)存在泄漏現(xiàn)象是不可避免的，因此，燃?xì)庑孤┑目刂埔缶褪菍⑿孤┧郊s束在安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。所以，在燃?xì)饩甙踩怨芾矸懂牐^“泄漏”是描述處于不可接受水平的狀態(tài)，而“無泄漏”則是指泄漏水平處于可接受狀態(tài)[1]。為保證燃?xì)饩弋a(chǎn)品滿足燃?xì)庑孤┛刂频囊?，市場?zhǔn)入要求規(guī)定燃?xì)饩咴谡麢C(jī)裝配過程中，必須進(jìn)行檢漏，對(duì)關(guān)鍵部位的泄漏水平進(jìn)行檢測。本文對(duì)燃?xì)饷芊鈾C(jī)理的分析，并探討合理的燃?xì)庑孤┑臋z測方法。

1 泄漏機(jī)理和特性

1.1 強(qiáng)制密封和自緊密封

由于燃?xì)饩邇?nèi)部的燃?xì)鈮毫Ω哂诃h(huán)境壓力，因此燃?xì)庀到y(tǒng)的是燃?xì)庀蛲獠苛鲃?dòng)的過程，在燃?xì)庀到y(tǒng)出現(xiàn)漏孔的情況下，燃?xì)鈱穆┛琢鞒?，泄漏是存在壓力差和漏孔而?dǎo)致的結(jié)果。造成產(chǎn)品泄漏的原因很多：有設(shè)計(jì)方面的原因，如材料選擇不合適，密封結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，部件安裝之間的密封性等等，都會(huì)產(chǎn)生泄漏[1]。對(duì)于燃?xì)饩邅碚f，其泄漏是屬于氣體泄漏，由于直接測量氣體的質(zhì)量比較困難，氣體的壓力和氣體的體積測量卻是非常方便，因此氣體漏孔的漏率一般就用單位時(shí)間內(nèi)流過漏孔的氣體量來表示。

燃?xì)饩叩拿芊饨Y(jié)構(gòu)，從類型區(qū)分有強(qiáng)制密封和自緊密封，而造成泄漏的原因，通常是結(jié)構(gòu)部件存在缺陷或密封結(jié)構(gòu)存在缺陷，這些缺陷形成了燃?xì)庑孤┩ǖ溃绰┛?。結(jié)構(gòu)缺陷是閥體、管道或其他金屬或非金屬材料氣孔結(jié)構(gòu)缺陷；強(qiáng)制密封是利用外部施加的密封作用力實(shí)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)，其中密封結(jié)構(gòu)面或密封材料自身結(jié)構(gòu)缺或結(jié)合處的缺陷：自緊密封利用流體形成的壓力差而實(shí)現(xiàn)密封的方式，相應(yīng)地的自緊密封缺陷是燃?xì)庀到y(tǒng)中使用的密封部件，例如電磁閥的閥芯密封面與閥座之間的密封缺陷[2]。

氣體泄漏檢測的方法有多種，它們的原理、使用條件和適應(yīng)范圍等既有相同之處，又有許多不之處。習(xí)慣上按照泄漏檢測時(shí)被檢件內(nèi)部所處的狀態(tài)，將泄漏檢測方法分為兩類：加壓檢漏法和真空檢漏法[3]，燃?xì)饩咝袠I(yè)基本上使用加壓檢漏法來檢測產(chǎn)品的燃?xì)庑孤┧?。燃?xì)饩呷細(xì)庑孤┌ㄈ細(xì)饩弑倔w的燃?xì)夤艿兰叭細(xì)饪刂崎y到燃燒器噴氣管的噴嘴前的整個(gè)氣路，在燃?xì)饩呤褂煤筒皇褂玫膬煞N狀態(tài)下，發(fā)生的燃?xì)鈿怏w泄漏的情況。針對(duì)燃?xì)饩叩男孤z測，需要針對(duì)各種密封類型的泄漏特性考慮，泄漏特性主要是泄漏量與壓力之間的定量關(guān)系。

1.2 泄漏特性分析

1）結(jié)構(gòu)缺陷泄漏特性

燃?xì)饩叩墓苈吩O(shè)計(jì)：市面上使用的燃?xì)饩?，普遍采用管路（進(jìn)氣閥體或氣管）、燃?xì)饪刂崎y（電磁閥）、燃燒器噴氣管（包含噴嘴）組成，這里面不例外的也就先天包含了各類缺陷。結(jié)構(gòu)部件在制造過程中無法完全避免存在結(jié)構(gòu)缺陷，一些漏孔是內(nèi)部微觀裂紋由于應(yīng)力包括時(shí)效等因素?cái)U(kuò)展形成的，換言之，漏孔其實(shí)就是貫穿的裂紋。在存在壓力差的情況下，燃?xì)馔ㄟ^漏孔流出，壓力越大，泄漏量就越大。對(duì)泄漏率與壓力差之間定量分析的結(jié)果，兩者存在近似的線性關(guān)系。

2）強(qiáng)制密封缺陷泄漏特性

在燃?xì)饩邇?nèi)部的連接結(jié)構(gòu)幾乎都采用強(qiáng)制密封方式，強(qiáng)制密封的密封性能，主要取決于密封結(jié)構(gòu)和和密封件的參數(shù)，這類密封的漏孔與結(jié)構(gòu)缺陷類似，在施加必要的預(yù)緊力條件下，密封結(jié)構(gòu)具有與結(jié)構(gòu)缺陷相同的泄漏特性。

閥體或腔體的強(qiáng)制密封，無論是什么結(jié)構(gòu)的控制閥，在控制閥開啟的情況下，擰緊中法蘭螺栓，對(duì)密封件施加壓緊力，預(yù)緊的件受到壓縮，密封面上凹凸不平的微隙被填滿，這樣就阻止流體泄漏，形成了初始密封條件——密封面上形成預(yù)緊比壓。當(dāng)流體壓力上升，使密封面上的工作密封比壓始終大于流體壓力時(shí)，則密封面保持良好的密封狀態(tài)?？梢?，強(qiáng)制密封的必要條件，是在流體壓力作用下，密封面上仍能保持一定的殘余壓緊力。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是：強(qiáng)制密封中，流體壓力總是趨向于減小預(yù)緊密封比壓降低密封性能，這時(shí)的強(qiáng)制密封，是有效密封。在強(qiáng)制密封的有效范圍內(nèi)，其漏率與壓力關(guān)系是正比關(guān)系，壓力越大，漏率越大。

3）自緊密封缺陷泄漏特性

自緊密封是利用流體壓力，在密封面上形成壓緊力從而實(shí)現(xiàn)密封的類型。在自緊密封過程中，流體壓力總是趨向于增大比壓提高密封性能，除非超過密封結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這樣的特性與強(qiáng)制密封過程恰好相反。常見的家用燃?xì)饩唠姶沤刂归y，具有燃?xì)鈮毫Σ粶p少氣密力的特性，屬于采用自緊式密封結(jié)構(gòu)的類型。

圖1所示為典型的利用空氣作為檢漏流體對(duì)電磁截止閥的具有自緊式密封結(jié)構(gòu)的泄漏原理。自緊密封面結(jié)構(gòu)與被密封面位置如圖1（a）所示，如果其流體通道中的進(jìn)氣方向在閥的自緊密封面背部，則當(dāng)電磁閥斷電情況下，腔體的氣密性檢測，只能檢測由進(jìn)氣口A到密封面之間的部份，這時(shí)檢測流體的壓力越大，流體壓力總是趨于增加預(yù)緊密封比壓，提高了密封性能。流體壓力愈高，工作密封比壓就愈大，密封性能愈好，因此這種情況下，無法檢測自緊密封結(jié)構(gòu)的泄漏，檢測結(jié)果為密封面結(jié)構(gòu)缺陷的泄漏水平。圖1（b）是控制閥開閥時(shí)氣路的流向。對(duì)這類電磁截止磁閥的密封結(jié)構(gòu)檢測不能采用這種加壓方式，必須將加壓的方向掉轉(zhuǎn)。

另一類電磁截止閥的自緊密封結(jié)構(gòu)如圖1（c）所示，如果檢測流體通道中的進(jìn)氣方向在控制閥體的自緊密封面正部，當(dāng)電磁閥斷電情況下，對(duì)腔體的氣密性檢測，只能檢測由進(jìn)氣口A到密封面之間的部份，這時(shí)檢測掉轉(zhuǎn)流體的壓力越大，工作密封比壓就愈小，密封性能愈差，當(dāng)檢測壓力超過某一范圍情況下，密封結(jié)構(gòu)失效，圖1（d）是控制閥開閥時(shí)氣路的流向。顯然，對(duì)于這類結(jié)構(gòu)的電磁截止閥采用這樣的加壓方式也是無法檢測自緊密封結(jié)構(gòu)的泄漏情況。

對(duì)于自緊密封結(jié)構(gòu)的泄漏檢測，有明確的加壓方向要求，若加壓方向與密封預(yù)緊的方向相同，流體壓力越大，密封效果越好，泄漏率越小，因此無法檢測在正常使用條件下存在的密封缺陷。只有加壓方向與正常使用情況下燃?xì)膺M(jìn)氣方向一致，才能檢測密封缺陷，同時(shí)，施加的壓力一旦明顯超過正常工作壓力，密封作用將失效，檢測失去意義。

結(jié)構(gòu)密封結(jié)構(gòu)缺陷、強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)缺陷的泄漏特性是相同，泄漏率與燃?xì)鈮毫Τ式凭€性關(guān)系，顯然較高的檢測壓力會(huì)導(dǎo)致較大的泄漏率，而自緊密封缺陷的泄漏特性恰恰相反，當(dāng)燃?xì)鈮毫Ω哂谡Ｊ褂玫姆秶?，燃?xì)鈮毫υ礁咝孤┞示驮叫。虼?，有效檢出泄漏需要較低的檢測壓力。

圖1 具有自緊密封結(jié)構(gòu)的電磁截止閥

2 燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)要求

2.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

國內(nèi)外燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)對(duì)氣密性檢測要求見表1。從表1可見，除GB 25034-2010規(guī)定對(duì)某些密封閥門采用0.6 kPa壓力檢測之外，整機(jī)均要求用4.2～15 kPa壓力進(jìn)行檢測。對(duì)于一般的結(jié)構(gòu)缺陷和強(qiáng)制密封缺陷，4.2～15 kPa壓力進(jìn)行檢測是有效的，而且較高的檢測壓力對(duì)提高泄漏缺陷的檢出能力是有利的。但是，由于具有自緊密封結(jié)構(gòu)特性的密封部位卻是由于檢測壓力的提高而無法檢出其缺陷，因此采用0.6 kPa壓力進(jìn)行檢測就成為具有重要意義的補(bǔ)充。另外，CJ/T 346-2010要求對(duì)內(nèi)部以兩種壓力分別進(jìn)行檢測也體現(xiàn)了類似的原則。

2.2 氣密性檢測準(zhǔn)則

通過對(duì)國內(nèi)外燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)的氣密性相關(guān)的檢測要求分析，在制定檢測規(guī)程時(shí)要考慮燃?xì)饩弋a(chǎn)品中使用的控制閥的結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，不能一刀切，按一種檢測壓力來檢測，要盡可能考慮進(jìn)行至少兩次壓力不同的檢測，以較高的壓力檢測結(jié)構(gòu)缺陷和強(qiáng)制密封缺陷導(dǎo)致的泄漏，同時(shí)，也需要以較低的壓力檢測自緊密封缺陷導(dǎo)致的泄漏。另外，要關(guān)注氣路中使用的控制閥的自緊密封面與進(jìn)氣通道之間結(jié)構(gòu)位置分析識(shí)別，同時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品使用區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌考慮，應(yīng)考慮進(jìn)行至少兩次壓力不同的檢測，以較高的壓力檢測結(jié)構(gòu)缺陷和強(qiáng)制密封缺陷導(dǎo)致的泄漏，同時(shí)，也需要以較低的壓力檢測自緊密封缺陷導(dǎo)致的泄漏，其中包括產(chǎn)品使用氣源的壓力標(biāo)稱值來檢測漏氣項(xiàng)目。

表1 國內(nèi)外燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)對(duì)氣密性檢測要求匯總

制訂燃?xì)饩叩臍饷苄詸z測規(guī)程可遵循以下準(zhǔn)則；

1）系統(tǒng)檢測壓力不應(yīng)低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水平，確保市場準(zhǔn)入要求和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合性要求得到全部滿足，如果可行，盡量將檢測壓力提高到15 kPa。

2）對(duì)于使用自緊密封結(jié)構(gòu)部件的整機(jī)，需考慮增加低壓檢測過程，針對(duì)自緊密封結(jié)構(gòu)的缺陷進(jìn)行檢查。

3）對(duì)于使用具有自緊密封結(jié)構(gòu)部件的燃?xì)饩?，在整機(jī)組裝狀態(tài)下不檢測自緊密封結(jié)構(gòu)的泄漏，在市場準(zhǔn)入規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)符合性角度，可能是允許的，同時(shí)也可以降低整機(jī)生產(chǎn)過程的制造成本，但是，僅依賴相關(guān)部件的型式試驗(yàn)結(jié)果作為自緊密封缺陷的控制措施，由于工藝離散等因素導(dǎo)致的自緊密封缺陷在實(shí)踐中仍然是無法避免的，如果通過增加這項(xiàng)檢測進(jìn)一步降低自緊密封結(jié)構(gòu)缺陷形成的產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，類似GB 25034-2010已經(jīng)明確要進(jìn)行該項(xiàng)目檢測，則屬于市場準(zhǔn)入規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)符合性的強(qiáng)制要求，不應(yīng)省略。

3 結(jié)論

燃?xì)饩叩臍饷苄允侨細(xì)饩咦钪匾陌踩匦裕瑢?dǎo)致燃?xì)饩甙l(fā)生泄漏危險(xiǎn)的缺陷有三種類型，分別是結(jié)構(gòu)缺陷、強(qiáng)制密封缺陷和自緊密封缺陷。結(jié)構(gòu)缺陷和強(qiáng)制密封缺陷導(dǎo)致的泄漏，其漏率與檢測氣體壓力之間呈近似線性關(guān)系，檢測壓力越大，泄漏量越大；自緊密封缺陷導(dǎo)致的泄漏，其泄漏量則隨檢測氣體壓力提高而減少。因此，從而需要針對(duì)不同的泄漏特性確定相應(yīng)的檢測氣體壓力，才能有效控制燃?xì)饩叩男孤?。?duì)于家用燃?xì)饩哒麢C(jī)產(chǎn)品的氣密性，制訂檢測規(guī)程可遵循以下準(zhǔn)則；系統(tǒng)檢測盡量將檢測壓力提高到15 kPa，同時(shí)，對(duì)于使用自緊密封結(jié)構(gòu)部件的整機(jī)，需考慮增加低壓檢測過程。

目前，我國的燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)對(duì)整機(jī)氣密性要求差異較大，只有燃?xì)獠膳癄t標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了低氣壓檢測項(xiàng)目，從提高產(chǎn)品安全性的角度，家用燃?xì)饩呖梢钥紤]以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或工藝規(guī)程的方式，自行提高氣密性檢測要求，從而提高產(chǎn)品的安全性。