Water Jacket 水套式水壓試驗

03-03｜Water Jacket 水套式水壓試驗

Water Jacket Test（水套式水壓試驗）是 DOT 鋼瓶進行容積膨脹量測時常見的試驗方式之一。

試驗時，鋼瓶置於裝有水的密閉 Water Jacket（水套）中，再對鋼瓶內部施加規定的水壓。

鋼瓶受到壓力後產生膨脹，會排開水套內相對應的水量，藉由量測這些水量變化，可以取得鋼瓶的 Total Expansion（TE）及 Permanent Expansion（PE），並進一步計算 Elastic Expansion（EE）。

本單位並未執行 DOT 鋼瓶 Water Jacket 水壓試驗。

本篇主要整理 Water Jacket 的基本原理，以及維修人員閱讀外部水壓試驗資料時需要了解的重點，不作為水壓試驗設備操作 SOP。

Water Jacket｜基本概念

Water Jacket 的基本概念，是利用液體排量量測鋼瓶在壓力作用下產生的容積變化。

試驗時，鋼瓶本體位於充滿水的測試套筒內。

當鋼瓶內部逐漸加壓：

鋼瓶產生微量膨脹

↓

鋼瓶外部體積增加

↓

排開 Water Jacket 內的水

↓

量測排出的水量

藉此取得鋼瓶在試驗壓力下的容積膨脹資料。

為什麼使用水作為試驗介質？

水屬於近似不可壓縮液體。

相較於使用高壓氣體進行壓力測試，水壓試驗可以大幅降低系統中儲存的壓縮能量。

因此，水壓試驗被廣泛應用於壓力容器及高壓鋼瓶的再檢驗。

但水壓試驗仍屬於高壓作業，必須由具備適當設備、程序及資格的再檢驗單位執行。

Water Jacket 試驗的基本概念流程

概念上可分為：

鋼瓶準備

↓

鋼瓶置入 Water Jacket

↓

系統準備與確認

↓

鋼瓶內部加水並施加規定 Test Pressure

↓

量測 Total Expansion（TE）

↓

卸除壓力

↓

量測 Permanent Expansion（PE）

↓

計算 Elastic Expansion（EE）

↓

依鋼瓶規格及適用要求進行判定

這只是用來理解試驗原理的簡化流程。

實際設備操作、校正、保壓時間、試驗壓力及判定方式，必須依適用的 49 CFR、DOT Specification、Special Permit、核准程序及相關技術標準執行。

TE｜Total Expansion

當鋼瓶加壓至規定 Test Pressure 時，鋼瓶會產生容積膨脹。

此時量測到的總膨脹量稱為：

Total Expansion

簡稱：

TE

TE 包含：

Elastic Expansion（EE）

以及

Permanent Expansion（PE）

因此：

TE = EE + PE

PE｜Permanent Expansion

鋼瓶卸除試驗壓力後，大部分彈性變形應恢復。

如果卸壓後仍留下部分容積變化，這個數值稱為：

Permanent Expansion

簡稱：

PE

PE 代表鋼瓶經過試驗壓力後沒有恢復的永久容積變化。

EE｜Elastic Expansion

Elastic Expansion（EE）是卸壓後可以恢復的膨脹量。

計算方式：

EE = TE − PE

例如：

TE = 250 mL

PE = 8 mL

則：

EE = 250 − 8

EE = 242 mL

Water Jacket 與 REE

部分鋼瓶的再檢驗或特定資格判讀會使用：

REE
Rejection Elastic Expansion

例如部分 DOT-3AA 鋼瓶進行「+」資格判定時，需要取得 Elastic Expansion 資料。

此時 Water Jacket 方法的重要性就在於：

可以量測鋼瓶實際的容積膨脹量。

但 REE 並不是所有 DOT 鋼瓶都使用相同的固定數值。

實際 REE 必須依：

鋼瓶設計

DOT Specification

製造商資料

適用法規

Special Permit

以及相關技術資料

進行確認。

Water Jacket 與「+」標記

部分 DOT-3AA 鋼瓶若符合 49 CFR §173.302a(b) 的相關條件，可以在最近一次合格再檢驗日期後標示：

此標記與特定氣體服務下允許充填至標示 Service Pressure 的 110% 有關。

對於需要重新取得「+」資格的相關鋼瓶，Water Jacket 水套式方法可用來取得 Elastic Expansion 資料，並進一步進行 REE 與相關壁應力條件的判定。

因此：

一般水壓試驗

與

「+」資格判定

雖然彼此相關，但不能視為完全相同的概念。

鋼瓶通過再檢驗，也不代表一定具有「+」資格。

並非所有鋼瓶都使用相同的再檢驗方式

DOT 鋼瓶種類很多。

不同鋼瓶可能依：

DOT Specification

鋼瓶材質

鋼瓶用途

氣體服務

Special Permit

以及適用法規

採用不同的再檢驗方式與週期。

因此不能把：

Water Jacket

直接理解成：

所有鋼瓶唯一的再檢驗方法。

實際方法仍應依 49 CFR §180.205、§180.209、DOT Specification 及 Special Permit 確認。

為什麼維修人員仍需要了解 Water Jacket？

即使維修單位本身沒有 Water Jacket 設備，也可能在工作中接觸：

外部水壓試驗報告

鋼瓶再檢驗日期

TE / PE / EE 數據

REE 數值

• 標記

★ 標記

Requalifier Identification Number（RIN）

因此了解 Water Jacket 的基本原理，可以協助維修人員判讀：

鋼瓶為什麼需要水壓再檢驗

TE、PE、EE 是如何產生

REE 與 EE 的關係

「+」標記與一般再檢驗的差異

外部檢驗報告與鋼瓶標示是否具有合理的一致性

外部水壓試驗資料建議確認項目

收到外部再檢驗資料時，可依實際需要確認：

DOT Specification

Cylinder Serial Number

Service Pressure

Test Pressure

Test Date

Test Method

TE

PE

EE

REE（如適用）

Requalifier Identification Number（RIN）

• 標記（如適用）

★ 標記（如適用）

Special Permit（如適用）

但單一數值不能取代完整的合格判定。

重要觀念

Water Jacket 的主要功能之一：

量測鋼瓶在試驗壓力下的容積膨脹變化。

TE：

總膨脹量

PE：

永久膨脹量

EE：

彈性膨脹量

基本關係：

TE = EE + PE

EE = TE − PE

Water Jacket 所得到的膨脹數據，是鋼瓶再檢驗與部分資格判讀的重要資料。

但最終是否合格、是否能取得「+」標記，以及是否可以繼續使用，仍須依鋼瓶規格與適用法規進行完整判定。

本單位作業範圍說明

本單位不執行 DOT 鋼瓶 Water Jacket 水壓試驗。

鋼瓶需要進行法定再檢驗時，由具備相應資格與設備的外部再檢驗單位執行。

本單位主要針對取得的檢驗資料進行必要的技術確認，並配合後續鋼瓶維修作業。

因此本文僅作為：

Water Jacket 原理說明

水壓資料判讀

維修技術知識

之用途。

不作為 Water Jacket 設備操作程序。

相關技術資料

03-01｜DOT 鋼瓶水壓試驗基本原理

03-02｜TE、PE、EE、REE 判讀

03-04｜水壓試驗合格、拒收與報廢判定

01-07｜Service Pressure 與 Test Pressure

01-08｜DOT 鋼瓶再檢驗週期

資料來源

U.S. Department of Transportation
Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration（PHMSA）

49 CFR §180.205
General requirements for requalification of specification cylinders

49 CFR §180.209
Requirements for requalification of specification cylinders

49 CFR §173.302a
Additional requirements for shipment of nonliquefied compressed gases in specification cylinders

PHMSA Interpretation 17-0035
DOT-3AA / Water Jacket / REE / + Qualification

PHMSA Cylinder Requalifiers
DOT Cylinder Requalification Facility Information

資料說明

本文為特殊氣體鋼瓶維修技術資料整理。

內容主要用於理解 Water Jacket 水套式水壓試驗的基本原理及外部檢驗資料，不作為實際水壓試驗設備操作 SOP。

實際再檢驗方式、試驗壓力、週期及合格判定，應依鋼瓶 DOT Specification、Special Permit、核准程序及現行 49 CFR 規定執行。