超级工程塑料软密封圈在工业气体（氧气）硬密封充装中的应用

劳汝长

（原广州气体厂，广东 广州 510280）

当前，我国正处在深入改革开放的新时代，加快推进有中国特色的社会主义现代化建设的进程。经济社会的飞跃发展对工业气体的需求量越来越大。“氧气，是目前国内瓶装最多的一种气体，其危及安全的特性也较多。”（《气瓶安全技术》P19）本文用事实说明长期以来使用氧气硬密封充装存在的弊病，针对氧气硬密封充装的缺点，探索软密封的理想材料，设计制造防错装氧气软密封充装接头，以软密封充装取代硬密封充装的创新，给行业人士一个新的启示。

一、防错装氧气硬密封充装创新前的概况

长期以来，在工业气体（氧气）充装作业中，主要沿用着防错装氧气硬密封（铜顶嘴）进行瓶装氧气的充装。（详见图1）

1 防错装氧气硬密封的充装

图1 防错装氧气硬密封充装接头

图2 瓶阀上的氧气硬密封充装示意图

图3 防错装氧气硬密封充装现场一角

“瓶阀是气瓶的主要附件，不少气瓶还带有气瓶的主要附件，膜片式安全泄漏装置，因而瓶阀不仅是充装气体和排放气体的主要装置，而且也起着防止气体泄漏、减少浪费和保证安全的作用，所以气瓶在使用、装卸、和储运中要注意保护瓶阀：气瓶在进行定期检验时，必须重视瓶阀的检验工作。

气瓶瓶阀，采用黄铜压铸成铸件，经过机械加工制造而成，充装使用的顶杆也是采用黄铜棒料车制而成，顶杆前端车制有圆弧面，（顶嘴）充装前静止的瓶阀内圆锥面与直线移动的顶杆圆弧面相互接触密封紧固，由相同的材料—黄铜构成的是硬对硬的密封充装方式。

2 防错装氧气硬密封充装作业过程

将防错装氧气硬密封充装接头的内螺纹对准氧气瓶瓶阀的外螺纹（G5/8）以右旋方向旋入，此时接头的内孔阶台带动顶杆向前移动，顶杆前端的圆弧型顶嘴徐徐贴紧瓶阀的内圆锥面，此时充装工人习惯地敲击充装接头手柄，施加外力强行紧固，然后投入充装。（如右图充装前敲击手柄、充装完毕后拆卸也进行敲击作为省力）。

二、防错装氧气硬密封充装的缺点

1 对气瓶瓶阀的圆锥密封面加快磨损

气瓶瓶阀的内圆锥面是充装和排放氧气的密封面。每当充装时，直线移动的铜顶咀圆弧面与内圆锥面接触、以挤压来达到密封的目的。这种黄铜对黄铜材料（即硬对硬）的密封充装方式加快了对瓶阀内圆锥面的磨损。再加上人为重复的多次敲击旋合、挤压，导致瓶阀的内圆锥面呈现渐深的凹坑，形成气体充装泄漏源，是潜在的安全隐患。（详见图4（a））

气瓶瓶阀的圆锥面加快磨损

2 致气瓶瓶阀的连接外螺纹（G5/8）加快磨损、牙型倾斜、变形（锥形牙）

气瓶瓶阀表面的外螺纹（G5/8）是连接充装接头确保铜顶咀有效地与瓶阀的圆锥面相互接触达到密封从而实现充装作业的。硬对硬的密封方式，为防止泄漏充装工人施加敲击外力（野蛮作业），导致标准的外螺纹加快磨损、牙型倾斜、变形。（见图4（b））

3 防错装氧气硬密封充装存在安全隐患

图4

造

图5 防错氧气软密封充装接头

图6 防错装氧气软密封充装接头示意图

在充装中，当磨损严重、牙型倾斜、变形的外螺纹与防错装接头内螺纹配合间隙超出极限时，不能承受高压充装，防错充装接头突然脱滑冲出充装台的事故时有发生，危及充装工人的人身安全。（见图4（b））

4 充装工人作业费力

常年处在硬对硬密封充装作业的充装工人，随着气瓶瓶阀密封功能的逐渐下降，为确保接触面密封良好，即加大充装工人的工作力度，又习惯地敲击防错接头手柄（野蛮作业），充装作业中时常出现敲断接头手柄的现象。（见图4（3））

5 无意中给用气用户设置作业障碍

当长期处在硬对硬充装的气体产品到达用户工场时，气瓶瓶阀的外螺纹（G5/8）牙型存在不同程度的损坏变形，内圆锥密封面呈现不同程度的凹坑。这些不易被人们直接看到的弊病，无意中给用气用户操作者设置作业障碍，令用户操作者不能顺利地在无泄漏状态下安全用气。

三、工业气体（氧气）硬密封充装接头的创新方案—防错装氧气软密封充装接头

针对工业气体硬密封充装中的多种缺点，进而设计制造防错装氧气软密封充装接头（见图5）以软密封充装取代硬密封充装。

1 探索符合氧气软密封充装的材料

工业气体（氧气）充装的创新， 其关键是充装接头中应用超级工程塑料制成的密封圈，并对该密封圈有较高的技术要求，确保耐用，足够强度和耐密封性能，是对瓶阀外螺纹的内圆锥面进行高压气体软密封充装的一项技术。

高压气体软密封技术，早已在气瓶的甁阀体内应用，在阀体内上、下不同结构部位、采用不同用途的软密封材料进行气体密封。本文叙述自己探索软密封材料、并设计、制造试验在瓶阀外螺纹的内圆锥面进行氧气软密封充装。

早在1994年，本人用曾购买本厂快速拆装软密封充装技术（实用新型专利）的50%制造合同，并试制了小批产品，由于当时选用聚四氟乙烯作为软密封材料制成密封圈的防错装快速拆装接头，曾在广东一些单位使用了一段时间，但在实践使用中，开始暴露出缺点，存在刚性不足，强度不够等，由于材料性能的欠缺，密封圈寿命不长和快速拆装充装接头使用过程存安全隐患，因而没有得到推广，只有气体厂使用到最后，但本人没有放弃，继续对软密封材料密封可靠性的研究和探索。

2 004在年顺德伦教经营气体公司的同时，设一个小型试验室，购置设备工具和制造模拟充装台，为了探索符合氧气充装软密封的材料，经常走访市场和网上搜索国内外资料和多种材料的试制、试验、终于2008年选上XX材料，该材料具有高刚性，优良机械的高强度，耐高低温，阻燃、抗化学性、耐疲劳，尺寸不变的稳定性，可广泛应用在高温端子、照明设备、液体输送设备、飞机内部零件、医疗、家电。

XX材料是较理想的符合制造氧气软密封充装的密封圈材料。

2 防错装氧气软密封充装接头的制

（1）XX材料制成直角型软密封圈

（2）黄铜材料制成的顶杆

（3）钢制防错装G内螺纹接头

（4）钢制曲线型手柄

（5）尼龙球体

把以上零件组装成防错装氧气软密封充装接头（见图5）

3 防错装氧气软密封充装接头的密封试验

第一次试验：在氮气和氧气产品气瓶阀上软密封试压

做法：将装有防错装软密封充装接头的氧气测压表与氮气瓶阀柔力紧固。将测压表排气阀关闭，开关匙开启瓶阀，此时气瓶内的压力反影在压力表指针指示为13.5Mpa（目前厂家出厂压力），保持30分钟，停留状态，压力表指针保持不变，证明密封圈的密封性能良好，无任何泄漏。随后关闭氮气瓶阀，排气阀进行排气，即完成氮气试验。采用相同的操作，在氧气产品的瓶阀上软密封试验4-24小时，高压表指针不变，证明无泄漏现象。（图7为测试现场）

试验结果：第一次在氮气和氧气软密封试压试验效果良好。

第二次试验：在装有新氧气瓶阀的模拟充装平台上模拟充装试验

做法1：将防错装氧气软密封充装接头与氧气瓶阀外螺纹（G5/8）柔力连接，然后模拟充装试验：柔力紧固、松开、柔力紧固、（紧固力度是按照第一次测压力度）松开、进行500次试验。

检验1：测量并记录软密封圈的受压锥面的宽度为1.5mm。

做法2：按照以上做法，继续模拟充装试验1200次。

检验2：测量并记录软密封圈的受压锥面的宽度为2.5mm。

做法3：按照以上做法，继续模拟充装试验2000次。

检验3:测量和纪录软密封的受压锥面的宽度为3.5mm。

检验结果：模拟充装2000次后的软密圈仍然可以继续使用。

第二次试验模拟充装软密圈，在生产现场试用后密封圈磨损形状，磨损效果。

第三次试验：在氧气充装生产现场试用

图7

图8

做法：把防错装氧气软密封充装接头投放到氧气充装生产现场试用。先后联系了广州XX气体公司、广西XX气体公司、佛山市XX气体公司、顺德XX气体公司，各单位派送 2 -15套防错氧气软密封充装接头，在生产现场进行综合气瓶（新、旧气瓶混合）充装试用。试用期分别为30天、60天、90天。

检验：试用到期取回试用样本检查。经过30天、60天、90天生产现场试用后的密封圈的形状。（见图8）

检验结果：软密封圈的密封效果良好，达到预期的目的。生产现场试用30天、60天、90天的密封圈仍然可以继续使用。

正确选用材料必须满足三个方面的要求：稳定的使用性、优良的工艺性及合理的经济性。（《简明机械实用手册》，1.3选材 的一般原则，P78）

经过以上反复试验和生产现场试用证实：应用XX材料制成软件密圈在防错氧气软密封充装接头的制作能够满足以下性能：

（1）良好的使用性。由于选用XX材料具有：耐高温、高刚性、高强度、不变形、阻燃、抗化学。这种材料制成软密封圈在试用中性能显赫，是可靠的密封圈材料，具有工业气体氧气充装过程高压状态下不易损坏并能持续密封的良好效果，满足氧气充装的使用要求。（2）优良的工艺性。防错装氧气软密封充装接头中的软密封圈，是采用XX材料在普通车床上加工出来的。软密封圈的加工过程说明：这种材料具有优良的加工工艺性，可以通过机械加工成各种几何形状，满足软密封的需要。（3）合理的经济性。制作防错装氧气软密封充装接头中的软密封圈所用的XX材料价格合理，1个软密封圈的制造费用为3.5元，而且软密封圈的使用寿命达2000次。

四、防错装氧气软密封充装接头的优点

1 保护氧气瓶阀的内圆锥密封面

由于采用软密封圈，以软对硬的密封取代硬对硬的密封方式，充装作业中不会损伤气瓶瓶阀的内圆锥密封面，实现了高压状态下可持续密封功能的同时，又保护了气瓶的主要附件——瓶阀的完好，给用气用户在无泄漏的情况下安全用气。

表1 防错装氧气硬密封充装接头与防错装氧气软密封充装接头的优缺点对照表

2 保护氧气瓶阀的外螺纹（G5/8）

由于以软对硬的密封方式取代硬对硬的密封方式，充装作业转化为柔力作业，杜绝了敲击性的外力旋合（野蛮作业），从而有效地保护了气瓶瓶阀的连接外螺纹（G5/8）。

3 安全文明作业

长期处在硬密封充装作业中如图4显示，时有发生事故对工人安全带来威胁，采用软密封充装，柔力紧固作业中消除事故发生，实现安全文明生产。

4 减轻工人劳动强度

采用软密封充装，柔力紧固，足已达到密封效果，不需敲击加力，大大省力，减轻工人劳动强度。

5 降低充装成本

（1）采用软密封充装：1个软密封圈现价为3.5元，使用寿命达2000次。若以密封圈可用6个月计算，每月每支充装接头的充装成本为0.6元。则：6个月的充装成本为3.5元。（软密封充装有效地保障了气体生产厂自有的气瓶瓶阀和私企气瓶的瓶阀使用寿命延长）（2）采用硬密封充装：若以6个月损坏1个防错装接头的手柄，1个防错装接头现价为25元。则：6个月的充装成本为25元。（硬密封充装对气体生产厂的自有气瓶的瓶阀和私企的气瓶瓶阀使用寿命缩短）

结语

综上所述，经过实践检验的XX材料制成的软密封圈应用于防错装氧气软密封充装接头上，以软对硬的密封充装取代硬对硬的密封充装，从而达到保护瓶阀、安全文明生产。软密封圈使用寿命长、操作轻松、省力、省钱。目前是个先例。这一改革创新将被行业人士所理解，终究会广泛地应用于工业气体（氧气）软密封充装和其他工业气体软密封充装领域之中，有利于改变目前充装作业方式，从而提升工业气体充装的质素，实现安全文明生产的可持续发展，产生深远的意义。

[1]崔政斌，王明明，等.气瓶安全技术[M].北京：化学工业出版社.

[2]杨晓辉，等.简明机械实用手册[M].北京：科学出版社.