劉金良 楊樹斌 李 蔚 勞英杰 夏 莉(廣東省特種設(shè)備檢測研究院 廣州 510655）

車用LNG氣瓶的定期檢驗現(xiàn)狀與思考

劉金良 楊樹斌 李 蔚 勞英杰 夏 莉
(廣東省特種設(shè)備檢測研究院 廣州 510655）

通過簡述車用LNG氣瓶的結(jié)構(gòu)特點，分析了國內(nèi)車用LNG氣瓶的定期檢驗中的檢驗標(biāo)準(zhǔn)缺少、檢驗項目及方法岑差不齊和檢驗關(guān)鍵技術(shù)——靜態(tài)蒸發(fā)率測試方法的適用性不強(qiáng)等方面的現(xiàn)狀，并針對定期檢驗工作中存在的問題，從車用LNG氣瓶的檢驗標(biāo)準(zhǔn)制定、檢驗項目優(yōu)化及檢驗裝置研發(fā)等方面提出了建議。

車用LNG氣瓶 結(jié)構(gòu)特點 定期檢驗 靜態(tài)蒸發(fā)率

天然氣作為一種清潔燃料，廣泛地應(yīng)用于汽車、船舶、燃?xì)獍l(fā)電裝置等各種動力系統(tǒng)，尤其是液化天然氣（LNG）動力汽車，在國家政策的扶持下，發(fā)展非常迅速。在LNG汽車的燃料系統(tǒng)中，車用LNG低溫絕熱氣瓶作為燃料的儲存容器，它不僅屬于低溫壓力容器類，而且存儲的LNG是易燃易爆介質(zhì)，更重要的是汽車在道路上行駛，存在很多安全方面的不確定性，因此如何保障其使用過程中的安全運行顯得尤為重要[1]。就國內(nèi)而言，較早批量投入使用的車用LNG氣瓶已經(jīng)經(jīng)歷了兩個檢驗周期（投用5～6年），而投入較晚的地區(qū)也接近第一個定期檢驗周期，面對數(shù)量巨大的待檢設(shè)備及國家相關(guān)檢驗標(biāo)準(zhǔn)缺失的現(xiàn)象，國內(nèi)各個低溫絕熱氣瓶的定期檢驗機(jī)構(gòu)對于如何確定最優(yōu)的檢驗項目、采用何種檢驗方法及如何處理檢驗關(guān)鍵技術(shù)——靜態(tài)蒸發(fā)率測試方法的適用性等方面的問題陷入了不同的困惑。

1　車用LNG氣瓶的結(jié)構(gòu)特點

1.1氣瓶結(jié)構(gòu)

車用LNG氣瓶是一種儲存LNG介質(zhì)的高真空絕熱壓力容器，其結(jié)構(gòu)分為氣瓶內(nèi)容器、氣瓶外容器、氣瓶接口閥門和液位傳感器。

車用LNG氣瓶瓶體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　車用LNG氣瓶瓶體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2氣瓶安裝型式

車用LNG氣瓶采用臥式安裝，對于客運車輛來說主要有車輛中部橫向安裝、中部縱向安裝、尾部下部安裝及尾部頂部安裝幾種安裝型式；貨運車輛一般采用上下排列的雙氣瓶，氣瓶軸向與車頭前進(jìn)方向垂直安裝于拖頭后部。

1.3氣瓶結(jié)構(gòu)特點

1）氣瓶內(nèi)、外容器的材料采用奧氏體不銹鋼，以滿足液化天然氣的低溫特性。

2）氣瓶設(shè)計有雙層（真空）結(jié)構(gòu)。內(nèi)容器用來儲存低溫液態(tài)的天然氣（一般-162℃），其外壁纏繞由玻璃纖維紙和光潔的鋁箔組成的多層絕熱材料，具有超強(qiáng)的隔熱性能。夾層中配有氧化鈀、分子篩等吸附材料以延長氣瓶夾層真空保持時間，同時夾層（內(nèi)、外容器之間的空間）被抽成高真空，共同形成良好的絕熱系統(tǒng)。

3）氣瓶內(nèi)容器與外容器采用軸向組合支撐（一端固定、一端滑移），可以保證氣瓶在運行中不會因為顛沖而使內(nèi)、外容器發(fā)生相對位移和結(jié)構(gòu)變形，并有效防止內(nèi)膽因充裝了液化天然氣后冷縮而拉斷支撐及管線的現(xiàn)象發(fā)生[2]。

4）與氣瓶內(nèi)容器相通管路經(jīng)分配臺引至氣瓶外部，所有的外部管路、管路附件都設(shè)置在氣瓶的一端，并用環(huán)保環(huán)或保護(hù)罩進(jìn)行有效防護(hù)。

5）普遍采用氣瓶內(nèi)容器內(nèi)設(shè)置緩沖罐的形式防止氣瓶因過充而產(chǎn)生的嚴(yán)重安全問題。

6）內(nèi)容器設(shè)置兩級安全閥。一級安全閥（也稱主安全閥）在內(nèi)容器壓力上升到安全閥設(shè)定壓力時實現(xiàn)降低氣瓶壓力的功能。二級安全閥（也稱副安全閥）主要是當(dāng)一級安全閥損壞無法達(dá)到預(yù)定功能時，起到備用排氣的功能。

7）氣瓶的液位計量系統(tǒng)一般采用電容式液位計，由電容探測器/極板、信號轉(zhuǎn)換器和顯示儀表（安裝在汽車駕駛室內(nèi)）組成。傳感器作為氣瓶整體的一個組成部分，安裝在氣瓶內(nèi)容器內(nèi)部。其作用是根據(jù)氣瓶內(nèi)的LNG高度產(chǎn)生一個成線性比例的電信號，并傳送給信號轉(zhuǎn)換器，電信號不受天然氣狀態(tài)（液相或氣相）和壓力的影響，能夠精確反映氣瓶內(nèi)LNG余量。

8）氣瓶壓力表應(yīng)當(dāng)安裝在便于在充液時觀察的位置，前期有些氣瓶廠家將壓力表通過四通閥與一級安全閥并聯(lián)，此位置不便于讀取壓力數(shù)值，目前一般安裝于充液口附近。

9）在真空夾層超壓條件下，外殼的保護(hù)是通過一個環(huán)形的真空塞來實現(xiàn)。

10）管路系統(tǒng)設(shè)置經(jīng)濟(jì)閥，在車輛發(fā)動機(jī)工作時，當(dāng)氣瓶壓力高于經(jīng)濟(jì)閥設(shè)定壓力，經(jīng)濟(jì)閥自動打開，氣瓶內(nèi)氣體優(yōu)先通過管路輸向發(fā)動機(jī)，將瓶內(nèi)氣體壓力快速將至經(jīng)濟(jì)閥設(shè)定壓力之下。同時還設(shè)置過流閥，當(dāng)外部管路發(fā)生破裂，管路流量大于設(shè)定值時，過流閥自動關(guān)閉，實現(xiàn)阻止液體大量泄漏的功能。

11）管路系統(tǒng)中設(shè)置自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括：增壓截止閥、增壓調(diào)壓閥、增壓盤管及相應(yīng)的管路。

2　車用LNG的定期檢驗現(xiàn)狀

2.1檢驗標(biāo)準(zhǔn)

車用LNG氣瓶是低溫絕熱氣瓶，屬壓力容器范疇的特種設(shè)備，受《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》及《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》的管轄，其生產(chǎn)、經(jīng)營、使用、檢驗、檢測和監(jiān)管的整個壽命周期都必須遵守法律法規(guī)的要求。TSG R0009—2009《車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定“車用氣瓶的定期檢驗周期、檢驗項目和評定要求等，應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。暫時沒有標(biāo)準(zhǔn)時，檢驗機(jī)構(gòu)可以參照相應(yīng)氣瓶的地方標(biāo)準(zhǔn)或者經(jīng)過技術(shù)評審的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定檢驗方案?！?2014年頒布的TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》打破了車用LNG氣瓶只需進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)的傳言，明確了車用LNG氣瓶必須進(jìn)行定期檢驗，但相應(yīng)檢驗規(guī)則尚未出臺。針對法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須進(jìn)行定期檢驗的車用LNG氣瓶大批量到期的情況，各地紛紛開展地方標(biāo)準(zhǔn)的申請工作。

目前，在國家檢驗標(biāo)準(zhǔn)缺失的情況下，各檢驗機(jī)構(gòu)主要以以下幾種形式進(jìn)行車用LNG氣瓶的定期檢驗。

1）參照低溫絕熱氣瓶的地方檢驗標(biāo)準(zhǔn)，編制相應(yīng)的車用LNG氣瓶定期檢驗或在線檢驗的質(zhì)保體系，依此作為進(jìn)行合法定期檢驗的依據(jù)。

2）依托針對性的科研項目成果，以車用LNG氣瓶的安全性評價暫代缺失的定期檢驗規(guī)則對到期的車用LNG氣瓶進(jìn)行安全性評估，給出為期一年左右的安全使用期限。

3）與有經(jīng)驗的檢驗單位合作，借助其檢驗技術(shù)及能力進(jìn)行當(dāng)?shù)氐狡诘能囉肔NG氣瓶的定期檢驗。

2.2檢驗項目及方法

目前進(jìn)行定期檢驗的檢驗機(jī)構(gòu)通常參照低溫絕熱氣瓶定期檢驗的地方標(biāo)準(zhǔn)中對于一般低溫絕熱氣瓶的檢驗項目及方法。通常包括資料審查、外觀檢查、安全附件及閥門檢驗、氣密性試驗及靜態(tài)蒸發(fā)率測試。車用LNG氣瓶通常固定安裝于車輛上，其檢驗方法通常采用不拆裝氣瓶的方式進(jìn)行，此種方法主要存在以下難點。

1）車用氣瓶的安裝位置不統(tǒng)一，且氣瓶周圍未留出足夠的檢修空間。這些給氣瓶的不拆裝檢驗工作帶來了諸多不便，特別對外觀檢查的工具及檢驗人員的能力提出了更嚴(yán)苛的要求。

2）安全附件及閥門檢驗中，采用不拆卸的檢驗方法無法對螺紋、管口等缺陷進(jìn)行檢查，但在實際的檢驗工作中發(fā)現(xiàn)，該閥門部件在車輛運行的震動及LNG的低溫特性雙重作用下極易損壞，更換頻率較高，所以對于安全附件及閥門的檢驗，正常情況下在前兩、三個檢驗周期中進(jìn)行不拆裝檢驗可以滿足氣瓶安全運行的需要。

3）對于靜態(tài)蒸發(fā)率測試項目，前期采用置換的方法，即將液化天然氣置換為液氮，采用流量計測量方法進(jìn)行，需要有專門的場地和資質(zhì)進(jìn)行置換，且測試完成后重新充裝液化天然氣；后期直接用液化天然氣進(jìn)行流量計測量，這對流量計、現(xiàn)場設(shè)備及場地的防爆性提出了較高的要求。關(guān)于靜態(tài)蒸發(fā)率的測試現(xiàn)狀在下文將進(jìn)行具體的分析。

2.3檢驗關(guān)鍵技術(shù)

車用LNG氣瓶的高真空多層纏繞絕熱型式?jīng)Q定了必須有足夠好的絕熱性能來滿足其安全運行的需要，而用于描述深冷壓力容器絕熱性能的參數(shù)有：真空度、靜態(tài)蒸發(fā)率、漏熱量以及維持時間等[3]。由于氣瓶上未設(shè)置真空規(guī)管，因此不方便在檢測現(xiàn)場進(jìn)行氣瓶真空度的測試。而其它三個參數(shù)——靜態(tài)蒸發(fā)率、漏熱量以及維持時間之間存在相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，因此考慮到測量時間與可操作性等因素，通常選取氣瓶的靜態(tài)蒸發(fā)率來代表它的絕熱性能[1]。

對于目前現(xiàn)場采用的靜態(tài)蒸發(fā)率測試方法除了前文所述以流量計測量方法外，還有表面溫度測試的定性分析法及壓升測量的估算法。

1）流量計測量法普遍采用GB/T 18443．5—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測量》規(guī)定的方法用液氮作為測試介質(zhì)或直接采用液化天然氣作為介質(zhì)然后換算為液氮指標(biāo)的方法進(jìn)行。對于前者，存在置換充裝方面的限制，對于后者存在操作的安全性及換算指標(biāo)的準(zhǔn)確性方面的問題。同時此兩種方法均需要3～4天時間完成測量，對于車用LNG氣瓶的主要載體公共交通車輛來講，測量時間過長，勢必影響公共交通的正常運行。

2）表面溫度測試的定性分析法沒有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)可參考，目前采用該方法的檢驗機(jī)構(gòu)依托相關(guān)的科研項目成果，根據(jù)現(xiàn)場瓶體與環(huán)境溫度的差異進(jìn)行瓶體絕熱性能合格性判定。該方法受環(huán)境溫度、車輛停放時間及瓶體結(jié)構(gòu)等因素影響較大，而且溫差評估指標(biāo)的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步的確認(rèn)。

3）雖然理論上可以通過監(jiān)測一定時間內(nèi)氣瓶壓力變化反推氣瓶的靜態(tài)蒸發(fā)率，但實際的壓升測量中，氣瓶內(nèi)壓力、溫度的變化受氣瓶靜置時間、起始壓力及周邊溫度等因素的影響較大，所以該方法只能模糊的評估氣瓶的絕熱性能。

3　建議與思考

針對目前車用LNG氣瓶檢驗標(biāo)準(zhǔn)的空缺，各檢驗機(jī)構(gòu)檢驗方法的一致性、科學(xué)性及合理性值得商榷等問題，筆者建議從以下幾方面著手，加強(qiáng)對車用LNG氣瓶的檢驗工作，為其安全運行提供更大的保障。

3.1加快制定標(biāo)準(zhǔn)

法律是準(zhǔn)繩，標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)。雖然各地市在加快地方標(biāo)準(zhǔn)的制定，面對數(shù)量龐大的在用車用LNG氣瓶，要集中全國檢驗機(jī)構(gòu)、監(jiān)管單位、制造單位及使用單位的專業(yè)優(yōu)勢，盡快制定合理、有效的國家檢驗標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范定期檢驗工作。

在加快標(biāo)準(zhǔn)制修訂步伐的同時，積極探索適宜的檢驗方法，比如不拆卸的在線檢驗方法與拆卸送檢方法相結(jié)合。精簡檢驗流程，使整個檢驗過程實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。

3.2優(yōu)化檢驗項目

相對于一般低溫絕熱氣瓶，車用LNG氣瓶有其獨特性，所以要針對其特性，設(shè)定更加全面合理的檢驗項目。

1）對于不拆卸的在線檢驗方法，由于氣密性試驗的條件要求嚴(yán)格，試驗結(jié)果判定條件對于夾層真空結(jié)構(gòu)的再用車用LNG氣瓶來講可操作性不強(qiáng)等因素，其進(jìn)行氣密性檢驗項目的必要性不是很大，所以，在其在線檢驗中，該項可以不作為必須的檢驗項目。

2）在表征絕熱性能指標(biāo)方面，可以通過增加設(shè)定條件以減少靜態(tài)蒸發(fā)率的測試時間或研發(fā)較準(zhǔn)確的直接測試液化天然氣的流量計裝置等方法，實現(xiàn)該氣瓶定期檢驗工作的更加高效、合理。

3.3研發(fā)檢驗裝置

由于車用LNG氣瓶的主要載體是公共交通車輛，作為民生工程的公交車輛不能大規(guī)模停運的條件限制，對于氣瓶的檢驗要以上門檢驗為主，所以，有必要研發(fā)一套高效、集中化的檢驗裝置，該裝置可以完成靜態(tài)蒸發(fā)率、安全閥及壓力表等關(guān)鍵項目的檢驗，實現(xiàn)檢驗工作的智能化、科學(xué)化。

4　結(jié)束語

隨著以天然氣為燃料的新能源汽車推廣應(yīng)用日益廣泛，車用LNG氣瓶的運行狀況關(guān)系著人民的切身利益，還需要行業(yè)專家、學(xué)者長期不懈的努力，探求最優(yōu)的檢驗方案以保證車用LNG氣瓶生命周期內(nèi)的運行安全。

[1] 夏莉,李蔚等. 車用LNG氣瓶的定期檢驗技術(shù)[J].中國特種設(shè)備安全，2014，30(2)：41-43.

[2] 簡文龍. 汽車用液化天然氣氣瓶的組成及工作原理[J]. 能源研究與管理，2015，(3):44-46.

[3] GB/T 18443—2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法[S].

Status and Thinking on Periodic Inspection of Liquefied Natural gas Cylinders for Vehicles

Liu Jinliang Yang Shubin Li Wei Lao Yingjie Xia Li
(Guangdong Institute of Special Equipments Inspection and Research Guangzhou 510655)

By briefly introducing the structure characteristics of liquefied natural gas cylinders for vehicles. The periodic inspection domestic status of liquefied natural gas cylinders for vehicles were analyzed on the lack of inspection standards, irregularity of the inspection items and methods and weak adaptability of key technology, especially the method of static evaporation rate. And the suggestions of the problem on periodic inspection were put forward in term of inspection standard formulation, inspection item optimization and development of inspection equipments.

Liquefied natural gas cylinders for vehicles Structure characteristics Periodic inspection Static evaporation rate

X933．4

B

1673-257X(2016)01-0046-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．011

劉金良(1982～)，男，碩士，工程師，從事醫(yī)用氧艙、低溫壓力容器相關(guān)設(shè)備檢驗與研究工作。

（2015-10-12 ）