駱 輝黃強華薄 柯李 桐柴 森

（1.中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

（2.全國氣瓶標準化委員會 北京 100013）

氣瓶充裝介質(zhì)變更安全性探討

駱 輝1黃強華2薄 柯1李 桐1柴 森1

（1.中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

（2.全國氣瓶標準化委員會 北京 100013）

介紹我國法規(guī)中對于氣瓶充裝介質(zhì)方面規(guī)定，氣瓶充裝介質(zhì)不可以更改，增加企業(yè)運行成本。介紹國際上關(guān)于氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定，可以參照CGA C-10以及ISO 11621的規(guī)定進行氣瓶充裝介質(zhì)變更。詳細介紹了CGA C-10以及ISO 11621中關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更程序以及要求，只要采用規(guī)范的處理方法，氣瓶介質(zhì)變更后可以安全運行。在目前情況下，根據(jù)我國氣體企業(yè)管理水平，可以有條件的開展氣瓶介質(zhì)變更。

氣瓶 充裝介質(zhì) 充裝介質(zhì)變更

氣瓶應于壓縮氣體介質(zhì)的運輸和存儲，氣瓶充裝的介質(zhì)通常為高壓氣體、液化氣體等，部分氣體有毒、有害、易燃等，因此氣瓶安全至關(guān)重要。為保障氣瓶使用運行，通常根據(jù)充裝氣體種類、壓力、純度、使用環(huán)境、物理及化學性質(zhì)等因素選擇合適氣瓶，需要考慮壓力等級匹配、材料相容性等一系列因素。

我國法規(guī)規(guī)定充裝單一氣體的氣瓶必須專用，只能充裝和制造標志規(guī)定一致的氣體，不得更改氣瓶制造標志及用途，不得用于充裝其他氣體[1]。如介質(zhì)錯裝或者混裝，可能導致充裝的介質(zhì)和氣瓶材料不相容或者原充裝介質(zhì)殘留和新充裝介質(zhì)發(fā)生化學反應，導致事故發(fā)生。當然，并不是所有氣體之間的氣瓶混裝都會引起事故，例如CrMo鋼制造的無縫氣瓶，即適合壓縮N2的充裝，只要壓力等級匹配，也適合空氣、He、H2、CNG等氣體充裝，并不會引起材料相容性問題，氣體殘留或者腐蝕產(chǎn)物也可以通過物理或者化學方法進行清洗去除，不會發(fā)生化學反應，從而發(fā)生安全事故。

我國對氣瓶充裝介質(zhì)的規(guī)定，雖然有效避免了氣瓶因錯裝、混裝而引起安全事故，但是也給企業(yè)氣瓶運行增加成本，由于市場變化、氣體技術(shù)發(fā)展、采購周期等原因，常會造成企業(yè)儲備、購買的氣瓶和企業(yè)實際充裝所需氣瓶不相符，一方面造成企業(yè)某種氣體氣瓶大量閑置，而同時另外某種氣體氣瓶數(shù)量不能滿足生產(chǎn)需要，不得不投入大量資金用于對應介質(zhì)氣瓶購買，增加企業(yè)運行成本，造成社會資源閑置浪費。

1 國內(nèi)氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定以及運行狀況

根據(jù)《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，氣瓶只允許充裝和制造標志規(guī)定一致的氣體，且不得更改制造標志，因此按照國內(nèi)氣瓶制造標準制造的氣瓶，氣瓶標志信息中除標明該氣瓶主要技術(shù)參數(shù)外，還必須明確規(guī)定了充裝介質(zhì)，如圖1所示N2氣瓶，氣瓶標志中有明確的“N2”標志，其他氣體氣瓶也需要有對應的充裝介質(zhì)名稱標志，該標志由氣瓶制造廠在出廠前完成。

圖1 氣瓶鋼印標志

該項規(guī)定，很大程度避免了因氣體混裝、錯裝造成的事故，但是也增加了氣體公司運行成本。之前我國的氣瓶主要為80L以下的無縫氣瓶以及1000L以下的焊接氣瓶，單只氣瓶制造成本低廉，且氣瓶主要充裝工業(yè)氣體，氣體對氣瓶腐蝕較為嚴重，氣瓶使用壽命較短，因此該項規(guī)定和氣瓶運行成本之間矛盾并不非常突出。然而，隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，市場出現(xiàn)運輸工業(yè)氣體、電子氣體的大容積無縫氣瓶以及大容積焊接氣瓶，單只氣瓶價值近十萬元，國際上同類型氣瓶通常使用壽命30年以上。由于市場變化、技術(shù)發(fā)展、訂貨周期等原因，常會造成氣體公司充裝某種氣體的氣瓶大量閑置，又需要投入大量資金購買相同規(guī)格、類型的氣瓶充裝其他氣體。據(jù)統(tǒng)計，液化空氣、林德氣體等公司，閑置數(shù)百只容積為440L公稱工作壓力為16.6MPa材料為CrMo鋼的NH3氣瓶，價值數(shù)千萬元，而同時又需要購買相同類型氣瓶用于NO2充裝，上海一私營氣體運輸公司，擁有數(shù)量H2長管拖車，由于業(yè)務發(fā)展原因，開始經(jīng)營運輸He，按照規(guī)定，必須停運H2長管拖車，投入數(shù)百萬元購置結(jié)構(gòu)基本相同的長管拖車用于He運輸。

基于該項規(guī)定，一部分企業(yè)嚴格執(zhí)行該項規(guī)定，增加了我國工業(yè)氣體成本，降低我國工業(yè)產(chǎn)品市場競爭力，同時也造成社會資源浪費，無謂增加能源消耗，也不符合當前倡導的降低能耗基本原則，因此說該項規(guī)定和運行之間矛盾越來越突出。另一部分企業(yè)，為節(jié)約成本，采用閑置的某種氣瓶充裝另外一種介質(zhì)，例如圖2，氣瓶標志中充裝氣體為Ar，而實際充裝介質(zhì)為He，實際充裝氣體和氣瓶鋼印標志不符，這樣會在氣體使用、運行中造成生產(chǎn)事故，對于某些氣體，甚至造成重大安全事故。在長管拖車定期檢驗過程中，有些公司使用鋼印標志為H2的長管拖車大容積無縫氣瓶充裝He。

圖2 氣瓶實際充裝氣體和充裝氣體鋼印標志

2 國外氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定以及運行狀況

國外氣瓶制造標準關(guān)于氣瓶鋼印標志規(guī)定中，并未要求標示充裝介質(zhì)。在DOT標準中，只有按照特許令制造的氣瓶制造完成后必須標示充裝介質(zhì)，如“CNG”氣瓶，其他氣瓶充裝介質(zhì)根據(jù)用戶要求，可以在氣瓶制中進行介質(zhì)標志，也可以由用戶在充裝之前進行充裝介質(zhì)標志。在ISO 13769關(guān)于氣瓶鋼印標志中，也未規(guī)定所有氣瓶必須標志充裝介質(zhì)，乙炔氣瓶可以標志“C2H2”，但氣瓶在充裝之前必須標志充裝介質(zhì)。

國外氣體公司氣瓶運行中，可以對充裝介質(zhì)進行更改，CGA C-10對哪些氣瓶可以進行介質(zhì)變更[2]，以及不同類別氣體氣瓶在介質(zhì)變更過程中如何進行處理進行了詳細規(guī)定，ISO 11621也對介質(zhì)變更程序進行了類似規(guī)定[3]?；谶@些標準規(guī)定，一些國際化氣體公司，參照標準制定了氣體介質(zhì)變更內(nèi)部操作程序，并且有多年運行和實際操作經(jīng)驗，也并未因此發(fā)生安全事故。采用科學的方法對氣瓶充裝介質(zhì)進行變更，如圖3所示原充裝N2氣瓶，更改為充裝SiH4氣瓶，使用單位將提高了氣瓶運行效率，方便氣體公司運行，節(jié)省運行成本，提高產(chǎn)品國際市場競爭力。

圖3 國外氣瓶介質(zhì)變更后鋼印標志

3 CGA-C10關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更方法及程序

CGA C-10對氣瓶介質(zhì)變更氣瓶范圍，根據(jù)充裝介質(zhì)進行的氣瓶分類，不同類別之間充裝介質(zhì)變更需要進行的處理措施，以及氣瓶內(nèi)部處理方式進行了規(guī)定。

3.1 充裝介質(zhì)變更氣瓶范圍

根據(jù)該標準，并不是所有氣瓶都可以進行充裝介質(zhì)變更，一些特定設計、制造的氣瓶不得進行充裝介質(zhì)變更，如乙炔氣瓶、低溫氣瓶、非重復充裝氣瓶、帶村里氣瓶不得進行充裝介質(zhì)變更，充裝特殊介質(zhì)的氣瓶，如充裝CO以及可能發(fā)生應力腐蝕的氣瓶，需要經(jīng)過嚴格檢驗才可以進行介質(zhì)變更，否則不允許介質(zhì)變更，此外，充裝HF的氣瓶也不允許進行介質(zhì)變更。

3.2 氣瓶進行介質(zhì)變更程序

如對氣瓶進行介質(zhì)變更，首先確認氣瓶、閥門、安全裝置等材料適應于新充裝介質(zhì)，其次確認原氣瓶壓力等級適用于新充裝介質(zhì)，還要檢查氣瓶是否在檢驗有效期內(nèi)，最后要確認瓶閥、接頭是否滿足新充裝介質(zhì)。

確認完成后，介質(zhì)變更首先排放源瓶內(nèi)殘氣，拆卸瓶閥，其次去除原標簽、油漆并進行外部檢查，然后進行氣瓶內(nèi)部檢查，根據(jù)充裝介質(zhì)以及內(nèi)部污染物、腐蝕情況，采用相應化學或機械手段進行清理，并進行相應檢測，再根據(jù)充裝介質(zhì)類型，重新進行閥門安裝，最后重新進行油漆、更改標志等。

3.3 氣瓶介質(zhì)變更內(nèi)部處理程序及清洗要求

對于氣瓶進行介質(zhì)變更，由于充裝介質(zhì)，會在氣瓶內(nèi)部形成污染物或者殘留，如清理不干凈，殘留物會對新充裝介質(zhì)造成污染，甚至產(chǎn)生化學反應，造成安全事故，因此，氣瓶內(nèi)部清洗、檢測對氣瓶介質(zhì)變更安全性影響非常大。

●3.3.1 氣瓶充裝介質(zhì)分類

根據(jù)所充裝介質(zhì)的兼容性和污染物與更改后充裝氣體發(fā)生反應的可能性，以及原充裝介質(zhì)對氣瓶可能產(chǎn)生的損傷，CGA C-10中將氣瓶充裝氣體分為七個類別。

Ⅰ 氧化性氣體，包括O2、N2O和含氧量超過23.5%的混合氣體；

Ⅱ 氧化性混合氣體，包括空氣以及含氧量低于23.5%的混合氣體；

Ⅲ 不可燃氣體和惰性氣體，包括惰性氣體、N2、CO2等；

Ⅳ 可燃氣體，包括CO、C3H6、C2H4、H2、LPG、CH4等；

Ⅴ 乙炔，溶解乙炔；

Ⅵ 低溫氣體氣瓶，包括LO2、LN2、LAr、LHe、LH2等；

Ⅶ 腐蝕性氣體、有毒氣體、自燃氣體、放射性氣體等，該類別氣體包含幾十種氣體，如NH3、Cl2、HCl、PH3、SiH4、SF6等。

●3.3.2 氣瓶介質(zhì)變更中常用檢測手段以及清洗方法

氣瓶進行介質(zhì)變更過程中，需要判定氣瓶內(nèi)部是否有污染物或者殘留，并需要采用相應方法進行清洗。常用的檢測方法有氣味檢測、錘擊檢測、油脂檢測以及內(nèi)部宏觀檢查等。常用的清洗方法包括有機溶劑清洗，加熱處理，機械方式清理，如鋼絲刷打磨、打磨片打磨、噴砂等，水溶液清洗，堿性溶液清洗，清水沖洗等。

●3.3.3 不同類別氣體氣瓶介質(zhì)變更檢測及清洗措施

根據(jù)CGA C-10要求，不同類別氣體氣瓶之間介質(zhì)變更需要的程序和處理措施也不同，CGA C-10中對不同類別氣體氣瓶之間轉(zhuǎn)換所需的處理以及檢測方法進行了規(guī)定。例如充裝Ⅱ類介質(zhì)氣瓶之間相互轉(zhuǎn)換，需要進行氣味檢測和錘擊檢測，合格氣瓶可以不進行任何內(nèi)部清洗，例如充裝Ⅰ介質(zhì)氣瓶變更為充裝Ⅳ介質(zhì)，氣瓶首先應進行排空，使用無油惰性氣體進行吹掃清理，也可使用水溶液進行清洗，例如充裝Ⅲ類別氣體氣瓶變更為充裝Ⅳ介質(zhì)，需要進行內(nèi)部宏觀檢查，如有腐蝕產(chǎn)物等，需要進行內(nèi)部清洗，關(guān)于充裝Ⅶ介質(zhì)氣瓶變更，由于該類型氣體比較危險，進行介質(zhì)變更需要有豐富的相關(guān)知識，并遵循制造廠相關(guān)程序進行。

4 ISO 11621關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更方法及程序

和CGA C-10類似，ISO 11621對氣瓶介質(zhì)變更氣瓶范圍，氣瓶介質(zhì)變更通用程序，充裝氣體類別劃分，以及不同類別之間充裝介質(zhì)變更需要進行的處理措施等進行了規(guī)定。

4.1 充裝介質(zhì)變更氣瓶范圍

ISO 11621適應于無縫氣瓶、鋁合金氣瓶以及焊接氣瓶進行介質(zhì)變更，不適應于乙炔氣瓶變更，也不適應于毒性、腐蝕性、自燃、放射性介質(zhì)氣瓶進行變更，如對該類型氣體氣瓶進行介質(zhì)變更，需要遵循更專業(yè)的操作程序。

4.2 氣瓶進行介質(zhì)變更通用程序

根據(jù)ISO 11621，氣瓶進行介質(zhì)變更，共分十個步驟來完成，并不是所有氣瓶進行介質(zhì)變更都需要完成全部步驟。

Ⅰ 外部檢查和準備工作，包括確認瓶內(nèi)充裝介質(zhì)，氣瓶外部檢查，閥門檢查，確認氣瓶壓力等級，檢驗日期，內(nèi)部介質(zhì)排放至大氣壓，去除表面油漆、標簽、標示等，根變更后充裝介質(zhì)類型，重新進行油漆、粘貼標簽等；

Ⅱ 氣瓶內(nèi)水分含量檢查，氣瓶內(nèi)部有無可見液體水；

Ⅲ 氣瓶內(nèi)部積液檢查，特別是更改后用于充裝氧化性介質(zhì)，內(nèi)部有無積液以及碳氫類物質(zhì)；

Ⅳ 確認材料相容性；

Ⅴ 水分含量檢測，該項檢查比Ⅲ項要求較高，確保氣瓶在使用壓力和溫度下不出現(xiàn)液態(tài)水；

Ⅵ 內(nèi)表面缺陷狀況檢查；

Ⅶ 內(nèi)表面腐蝕狀況檢查；

Ⅷ 氣瓶內(nèi)部清洗及吹掃；

Ⅸ 確認氣瓶之前充裝介質(zhì)和材料是否相容，必要時增加無損檢測或水壓試驗；

Ⅹ 如懷疑氣瓶內(nèi)部出現(xiàn)過水，應進行無損檢測和水壓試驗。

4.3 氣瓶介質(zhì)變更程序確定

氣瓶充裝不同種類氣體，氣體對氣瓶產(chǎn)生的影響不一樣，部分氣瓶可能產(chǎn)生腐蝕也可能產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，充裝介質(zhì)變更以后，充裝介質(zhì)性質(zhì)不一樣，對氣瓶要求也不一樣，ISO 11621根據(jù)氣瓶原充裝介質(zhì)以及更改后充裝介質(zhì)，在十個程序步驟中選取不同步驟組合。

●4.3.1 氣瓶充裝介質(zhì)分類

跟CGA C 10類似，ISO 11621首先將氣瓶充裝氣體分為七個類別。

A 非活性氣體，包括惰性氣體、N2等，以及FTSC編號為01X0的氣體，X=0～6；

B 非活性氣體但可能產(chǎn)生腐蝕，包括CO2、CO2混合氣體以及FTSC編號為01X0或11X0且含氧量低于21%的混合氣體；

C 氧化性氣體，包括O2、N2O、空氣，含氧量大于21%的混合氣體，以及FTSC編號為41X0且N2O含量大于60%的混合氣體；

D 可燃氣體，包括C2H4、CH4、C3H6、碳氫化合物、LPG，以及FTSC編號為21X0的氣體、氣體混合物等；

E 脆化性氣體，H2，以及ISO 11114-1中易產(chǎn)生氫脆且無毒氣體等；

F 產(chǎn)生應力腐蝕類氣體，包括CO以及CO混合氣體等；

G有毒氣體、腐蝕性氣體、自燃氣體等，包含毒性、劇毒氣體。

●4.3.2 氣瓶介質(zhì)變更中常用清洗方法

ISO 11621中規(guī)定的氣瓶清洗方法和CGA C-10中規(guī)定的方法基本類似，包括水溶液清洗，有機溶劑清洗，機械方法清洗等。

●4.3.3 不同類型氣體氣瓶介質(zhì)變更采用的程序

根據(jù)ISO 11621要求，不同類型類別氣體氣瓶之間介質(zhì)變更需要的程序和處理措施也不同，處理程序步驟見表 1。

表 1 不同類別氣體氣瓶之間變更采用程序步驟

5 結(jié)論和展望

只要方法得當，處理科學，氣瓶介質(zhì)變更后可以安全運行。我國目前對氣瓶充裝介質(zhì)方面的規(guī)定，氣瓶不能進行介質(zhì)變更，給氣體企業(yè)氣瓶運行帶來不便。特別是近些年出現(xiàn)的大容積無縫氣瓶以及電子氣體氣瓶，氣瓶造價較高，造成氣體企業(yè)積壓大量氣瓶，造成運行成本增加，以及社會資源浪費。而國外氣體公司，建議盡快完善我國法規(guī)標準，采用科學處理方法，提高氣瓶使用效率，降低運行成本。

但是，我國目前氣體企業(yè)總體管理水平不高，個別企業(yè)存在氣瓶運行不規(guī)范，氣體品質(zhì)參差不齊，如參照國外氣瓶運行經(jīng)驗，會帶來更多安全問題。在現(xiàn)階段，可以有條件開展氣瓶介質(zhì)變更，可以對管理水平較為規(guī)范企業(yè)擁有的價值較高的氣瓶進行介質(zhì)變更，由氣瓶使用單位提出申請，氣瓶制造企業(yè)參照相關(guān)標準以及氣瓶使用情況制定介質(zhì)變更方案及處理工藝，由檢驗單位對介質(zhì)變更處理過程進行監(jiān)督，共同保障氣瓶安全運行，同時為企業(yè)節(jié)省運行成本。

[1] TSG R0006—2014 氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] CGA C-10—2005 Recommended Procedure for Changes of Gas Service for Compressed Gas Cylinders[S].

[3] ISO 11621—1997 Gas cylinders-Procedure for Change of Gas Service[S].

Discussion for Change of Filled Gas for Cylinders

Luo Hui1Huang Qianghua2Bo Ke1Li Tong1Chai Sen1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100013)

This paper introduces the items on filled gas of Chinese regulation, the filled gas is not allowed to be changed for specified cylinder, so the operation cost is increased. The items on filled gas of international regulation is introduced, in which the filled gas can be changed according to CGA C-10 or ISO 11621. This article details the procedure and requirements for change of filled gas, if the specified procedure is carried out, the changed cylinder can run without hazard. Based on the current management level of Chinese company, the filled gas can be changed on certain conditions.

Cylinder Filled gas Change of filled gas

X933.4

B

1673-257X(2016)11-0013-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.004

駱輝(1980～)，男，碩士，氣瓶室主任助理，中級工程師，從事特種設備安全研究工作。

2016-01-12）