单独易熔合金结构安全泄放装置的制作方法

本发明涉及高压气瓶的安全防爆技术领域，具体涉及一种由组成长管拖车、管束式集装箱的大容积高压气瓶用的单独易熔合金结构安全泄放装置，属于特种设备安全附件类研究领域。

背景技术：

随着国家能源政策的调整和社会对生存环境的重视，以天然气和氢气为代表的清洁能源得到广泛应用，压缩气体异地间输送需求也与日俱增。因管网初期投资高、能耗大，传统中小容积气瓶储运量小，难以实现不间断规模化供气等缺点，使得介于管网和中小气瓶之间的，采用大容积高压气瓶组装的长管拖车、管束式集装箱得到迅速发展，其可将压缩气体运输到任何公路可达的偏远地区并为野外工作提供临时能源，既可单独参与国际联运，又可实现中短距离和非通管网区域的气体输送，是管道输送的延伸。

但长管拖车充装介质多为易燃、易爆物品，具有较高的安全隐患和潜在危险。此外，长管拖车属于移动式压力容器，经常在风吹日晒的工况下行驶于人员密集的城市和气源之间，一旦发生泄漏、爆炸等情况，将对国家、人民的生命财产安全造成重大损失，对社会安定造成巨大影响。为保证长管拖车的安全使用，国内外各生产厂家一般采取在气瓶后端或前后两端安装安全泄放装置的方式，确保长管拖车在超压、火灾等非设计工作工况下储运的压缩气体能够快速自发地泄放，确保大容积高压气瓶的安全可靠性得到保障，避免爆炸等危险情况的发生。

长管拖车用安全泄放装置应用结构经历两个阶段的发展：单爆破片和爆破片-易熔合金组合装置结构。早期采用的单爆破片装置结构中爆破片与外界环境直接接触，在气瓶反复充装交变载荷引起的疲劳损伤与复杂工况(如雨水、腐蚀环境等)下的应力腐蚀损伤等因素影响下，爆破片将发生疲劳损伤或/和环境开裂，导致爆破片界面泄漏或异常起爆，且爆破片通常为批量制造生产，质量很难达到绝对稳定，起爆压力往往离散性强。为避免单爆破片装置结构性能不稳定带来的影响，目前长管拖车安全泄放装置主要采用在爆破片外侧加装易熔合金构成爆破片-易熔合金组合装置的结构形式，解决单爆破片装置的不利因素，提高安全泄放装置的可靠性。但在实际使用中发现，爆破片-易熔合金组合装置需同时满足气瓶内气体压力和周边环境温度均超过设计阈值时才能顺利起爆，单一设计阈值超限工况下安全装置的保护功能未能很好地体现出来，多起长管拖车火灾事故中该类型安全泄放装置未进行动作，说明了这点。此外，单爆破片装置和爆破片-易熔合金组合装置的安全泄放装置在更换爆破片时均存在一些问题：安全泄放装置需从长管拖车上拆卸后固定在专用工装上并采用专用力矩扳手对其进行紧固，同时确保爆破片铅直放置在安全泄放装置夹持器中心位置，对工作条件和操作技能要求很高，否则更换质量无法得到保障，致使新更换的爆破片在非设计工作工况下频繁起爆，给企业的安全运行和社会的安定和谐带来不可预估的影响。

目前已有的高压中容积气瓶(40l左右，公称工作压力15mpa的无缝气瓶等)所用易熔合金结构安全泄放装置往往为与爆破片的组合结构，并且因为气瓶体积不大，所需泄放面积很小，一般依照gb8337《气瓶用易熔合金塞装置》采用单孔结构，形状可为台阶孔、锥形孔或螺纹孔。对于大容积高压气瓶，泄放面积大很多，易熔合金本身较软，承压能力很差，原有结构完全不能直接采用。

适用于大容积高压气瓶的单独易熔合金结构安全泄放装置，需要综合考虑泄放面积、灌注的易熔合金强度和整体结构的加工后性能、制造难度、经济性等因素。因此急需开发一种新型大容积高压气瓶用的单独易熔合金结构安全泄放装置来解决这些问题。

技术实现要素：

基于上述实际存在的问题，克服现有技术中的不足，本发明提供一种单独易熔合金结构安全泄放装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单独易熔合金结构安全泄放装置，包括承压结构，承压结构一端用于与高压管路相接，另一端用于与放空管路相接，其特征在于：

在承压结构的两端之间设有若干个泄压孔，所有泄压孔中灌注有易熔合金。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中：所述承压结构为直条形或弯曲形。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述承压结构分为三部分，自上而下分别是：

放空装置对接部分，用于与放空管路进行组装；

安装施力部分，为六角结构；

高压管路对接部分，采用圆筒型设计，用于与高压管路进行连接；

其中，所述泄放孔形成于所述放空装置对接部分以及安装施力部分内。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述承压结构为金属锻件机械加工出的一体结构件。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述泄放孔的内表面呈高低不平状。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述泄放孔是通过钻螺纹孔方式加工而形成。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述泄放孔的数目是两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或者更多个。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，所述泄放孔的数目是七个，其中一个泄放孔位于中心而称为中心泄放孔，其余六个泄放孔围绕中心泄放孔呈辐射对称均匀分布。

所述的单独易熔合金结构安全泄放装置，其中，七个泄放孔均为m7螺纹孔，所述其余六个泄放孔的中心与所述中心泄放孔的中心的距离为8mm。

本发明的效果：

1.目前应用于大容积高压气瓶已有的传统安全泄放装置包括单爆破片和爆破片易熔合金组合结构。因为爆破片易受外界环境影响，且批量生产时质量很难达到绝对稳定，动作压力离散性较强，单纯采用爆破片很容易在气瓶内介质压力未达到动作压力而提前起爆。本发明采用单独易熔合金结构，不采用爆破片，有效避免爆破片提前起爆带来介质不必要损失和恶劣的社会影响。

2.爆破片易熔合金组合装置需同时满足气瓶内气体压力和周边环境温度均超过设计阈值时才能顺利实现安全泄放，实际应用中往往造成气瓶内介质压力达到动作压力而无法起爆，多起长管拖车火灾事故中该类型安全泄放装置未进行动作，说明了这点。本发明采用的易熔合金对温度极为敏感，火灾事故中反应也非常迅速。配合火灾事故的主动防御联锁机构，可在灭火失败后实现自动熔化，保证危险介质有效泄放，避免爆炸。

3.凡涉及爆破片的安全泄放装置，均需要定期更换，成本高，且安装对于力矩有较严格要求，不便操作。本发明可避免定期更换，降低费用，且无安装力矩要求，保证其与高压管路的连接密封性即可，便于操作。

4.本发明可通过易熔合金灌注部分的长度、截面积尺寸变化适应各种工作压力、各种安全泄放量的工况，可通过改变易熔合金配方适应各种动作温度的工况，还可与爆破片、安全阀等传统安全泄放装置进行组合设计，达到使用者的其他特殊工况要求等。

附图说明

图1为本发明主体结构装置示意图；

图2为本发明中灌注易熔合金的纵剖位置示意图；

图3为图2的a-a剖视图；

图4为本发明的半剖结构尺寸详图；

图5为本发明的俯视方向尺寸详图；

图6为本发明的七孔结构尺寸详图。

附图标记说明：承压结构1；泄放孔2；易熔合金3。

具体实施方式

本发明提供了一种应用在充装cng、压缩氢气等介质的大容积高压气瓶上的、非传统的单独易熔合金结构安全泄放装置。

如图1所示，本发明提供的单独易熔合金结构安全泄放装置，其承压结构1分为三部分，自上而下分别是：

放空装置对接部分a，该部分设计有外螺纹结构，能够与放空管路进行组装，正常工况下此位置无气体介质、不承压，因此无特殊密封要求；

安装施力部分b，该部分设计为六角结构，便于在此处使用扳手类工具施力进行组装；

高压管路对接部分c，该部分采用圆筒型设计，可有效避免泄放装置使用过程中底部因应力集中和疲劳而产生开裂；该部分还设计有内螺纹，能够与高压管路进行连接，此处正常工况下承压，因此组装后需要良好的密封性能，可通过在高压管路对接部分c与高压管路的连接处增加密封材料来辅助密封；

本发明提供的单独易熔合金结构安全泄放装置，优选为金属锻件机械加工出的一体结构件，以提高结构强度。

如图2、图3、图4、图5所示，在所述放空装置对接部分a以及安装施力部分b内沿轴向设有若干个泄放孔2，所述泄放孔2与所述高压管路对接部分c的内凹空间相连通；而且，在所有泄放孔2中灌注有易熔合金3；

本发明应用于大容积高压气瓶的连接管路上，正常工作时，由于所述泄放孔2被易熔合金3所堵塞，高压管路内的高压介质无法进入放空管路；当遭遇火灾或其他特殊情况时，介质温度或环境温度升高并达到易熔合金3的熔解温度后，泄放孔2中的易熔合金3迅速熔化而失去强度，使得高压管路内的高压介质可通过泄放孔2经由放空管路向外安全泄放，以防止高压介质升温升压后导致的爆炸发生。

在优选的实施例中，所述泄放孔2是通过钻螺纹孔方式加工而形成，使泄放孔2的内表面呈高低不平状，以提高易熔合金3与泄放孔2之间的结合力，避免易熔合金3的意外脱出。

本发明中的易熔合金3为现有材料，使用者可根据所需的熔化温度，选择合适的合金组分；使用者还可设计在满足某些特殊条件(如压力条件)下，通过对安全泄放装置加热以熔化易熔合金3，促使其主动动作，达到安全泄放的目的。

本发明通过采用采用多孔结构，与传统单孔结构相比，能够增加易熔合金3成型后与孔道内表面的贴合面积，增加易熔合金3部分的剪切强度，从而适应于更高压力的使用工况。

本发明的泄放孔2的数目，可以是两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或者更多个，如图3-图6所示，以七个为最佳，其中一个泄放孔2位于中心而称为中心泄放孔2，其余六个泄放孔2围绕中心呈辐射对称均匀分布，其中：以所述高压管路对接部分c的内凹空间的内径为24mm为例，则七个泄放孔2均为m7螺纹孔(公称直径为7mm)，所述其余六个泄放孔2的中心与所述中心泄放孔2的中心的距离为8mm。

本发明采用七孔结构，是综合考虑了泄放面积使用效率和主体加工的复杂度、经济性等问题之后得出的优化结果：

泄放面积使用效率：孔的截面积之和就是该安全泄放装置的有效泄放面积，单孔的泄放面积使用效率当然最高，但其强度限制该结构无法用于高压工况中，如背景技术部分所述。同样截面积的主体结构上采用2～6个泄放孔2，无论孔直径大小、如何分布，其孔截面积之和都不如七孔结构大，即七孔结构泄放面积使用效率高；

主体加工的复杂度、经济性：采用多于7个泄放孔2的多孔结构，可一定程度提高泄放面积使用效率，但加工难度随着孔数量的增加而增大，成本也随之上升。

在前述技术方案的整体框架下，对本发明的优选实施方式补充如下：

1.承压结构1的母材可选用黄铜、不锈钢材质，可根据大容积高压气瓶内介质的相容性进行具体选择，材料力学性能应满足相关法规和标准要求；

2.易熔合金建议选用符合gb8337《气瓶用易熔合金塞装置》附录a易熔合金配方中，熔化区域温度(动作温度)为102.5±5℃的合金配方，即bi含量53.9％(重量含量，下同)，sn含量25.9％，cd含量20.2％，共晶状态；使用者还可根据工况和特殊需求选用其他熔化温度的易熔合金材料；设计时还应考虑是否满足相应标准的要求；

3.承压结构1应为金属锻件加工成型，保证其组织和性能满足本发明的应用工况；

4.本发明的主体尺寸应根据其应用工况进行调整，特别是放空装置对接部分a、安装施力部分b的长度应与整体装置的安全泄放动作压力相适应；易熔合金灌注部分的最小水平截面积应与安全泄放面积相适应；

5.本发明安装在与工况相适应的主体管路上，连接部位可以是管路，也可以是管路上的部件，例如弯头、三通、四通等，此处不再一一列举；使用者针对介质毒性较高或其他密封要求较高的工况，应对其密封增加辅助方法；

6.本发明可与传统安全泄放装置进行组合使用；

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。