燃气汽车系统安全性研究

燃气汽车系统安全性研究燃气汽车系统安全性研究 前言前言 在世界范围内保有量不断增长 汽车排放污染物造成的生 态危害日益加剧 以及由于石油资源的短缺 促使人们开始努 力去寻找开发清洁的替代燃料汽车 目前已经出现的清洁汽车 有太阳能汽车 电动汽车 氢燃料汽车 醇燃料汽车 以及燃 气汽车等 清洁汽车多处于试验开发阶段 而燃气汽车作为清 洁汽车中心一员 其技术已趋成熟 应用也较广泛 我国针对 不同地区的不同情况制定了相应的政策推广 燃气汽车其保有 量不断增长 因而 现阶段我国清洁汽车安全问题主要是指燃 气汽车安全问题 由于我国贫油富气 lpg 仍需进口 因此 其正可以缓解 我国能源结构矛盾的燃气汽车应首推天然气汽车 其次 天然 气汽车其排放的清洁性亦远高于 lpg 汽车 天然气汽车应当是 我国未来一段时间清洁汽车发展的主要推广对象 再者 燃气 汽车新增 lpg 供气系统或天然气供气系统后 天然气供气系统 所带来的不安全因素 是燃气汽车安全问题的主要部分 因此 解决燃气汽车的安全性 其主要问题应当在于解决天然气汽车 的安全性 现阶段我国各个推广天然气汽车城市中绝大多数的使用天 然气作燃料的汽车均为采用高压贮气瓶贮存燃料 并且 目前 多是由汽油车改装而来的使用化油器的汽油一天然气两用燃料 汽车 柴油一天然气双燃料汽车数量尚少 电喷天然气汽车尚 处试验开发阶段 因此 本研究报告主要针对采用高压贮存天 然气燃料并可以汽油作燃料的使用化油器控制燃料配比的汽车 即压缩天然气一汽油两用燃料汽车 为叙述方便以下均简称 cng 汽车或天然气汽车 因此燃气汽车系统安全性研究任务主 要落实压缩天然气汽车系统安全性 并且 应针对普遍使用的 化油器式汽车 而天然气汽车系统 我们认为主要针对天然气 供气系统和加装这一系统后所涉及的一些部件 于是 针对压 缩天然气汽车的供气系统安全性我们做了专题研究并提出如下 报告 一 天然气汽车的基本状况一 天然气汽车的基本状况 1 1 对于天然气这种优质的汽车燃料 我们已有如下认识 1 1 1 抗震性高抗震性高 天然气主要成分是甲烷 甲烷的研究法辛烷值是 ron130 具有很高的抗爆震性能 据国外研究 燃用天然气的专用型发 动机应采用的合理压缩比为 12 1 允许压缩比可高达 15 1 具有采用提高压缩比的方法大幅度提高汽车的动力经济性的潜 力 1 1 2 混合气发火界限宽混合气发火界限宽 天然气与空气混合后的工作混合气具有很宽的发火界限其 过量空气系数的变化范围为 0 6 1 8 可在很大范围内改变混 合比 利于采用稀薄燃烧技术 1 1 3 有害污染物排放量小有害污染物排放量小 天然气与空气具有相同的聚集状态 不产生冷疑物 混合 良好 燃烧较完全 燃烧产物中 co hc 及 nox等有害气体的 排放量均大大低于汽 柴油 冷起动时 so2的排放量也小 1 1 4 可延长发动机和机油的使用寿命可延长发动机和机油的使用寿命 由于混合气成分均匀 燃烧完全 燃烧室内积炭少 进气 通道和缸内无燃料冷凝物 因而气缸壁与活塞组表面的油膜不 会被冲刷 机油盘内的机油不会被稀释 从而可降低气缸和活 塞零件的磨损 提高其寿命 同时可延长机油的使用期限 减 少机油耗量 1 1 5 降低燃料费用降低燃料费用 大量的试验结果表明 1m3天然气的使用效果相当于 1 1 1l 汽油 目前国外经压缩处理的天然气价格每立方米都在汽油每 升价格的一半以内 我国也存在较大油气差价 1 1 6 燃料可就地取材燃料可就地取材 对于各天然气产区采用天然气作汽车燃料 可减少液体燃 料由产区至消费区的运输量 尤其对盛产气而产油少的地区有 长远的战略意义 1 1 7 具有良好的安全性具有良好的安全性 天然气本身无毒 盛装在密闭容器内 即使发生泄漏 因 它较空气轻能迅速升空扩散 不会滞留在周围 而且天然气的 着火温度较高不易点燃 国外通过大量试验和使用调查都证实 了天然气汽车比汽油车有更高的安全性 1 1 8 光华学反应极弱光华学反应极弱 天然气的主要成份甲烷在碳氢燃料中含碳量最低 燃烧产 物中 co2的含量较燃用汽油和柴油时约低 1 5 未燃 hc 排放 量更低光化学反应很弱 对减少大气层的温室效应更为有利 其主要缺点则是 气体燃料单位容积的能量低 为保证一 次充气能够有足够长的续驶里程 必须压缩至 20mpa 进行储存 或经液化至 161 条件储存于保温容器内 高强度的普通高压 气瓶会增加汽车的整备质量 并相应降低汽车的有效载荷 1 2 天然气汽车的安全隐患 针对天然气的以上特点 各国对于汽车燃用天然气做了大 量的工作 先后提出了发展天然气汽车的规划 目前天然气汽 车已发展成为清洁替代燃料中技术最成熟 应用最广泛的新型 燃料汽车 我国也在近年来对发展天然气汽车倍加重视 在有 条件的省市设立了重点示范城市 重庆作为天然气汽车推广应 用示范城市之一 早在六十年代就做了大量的基础性研究工作 并做了相当的应用推广 由此积累了丰富的研究 开发经验 四川省则可说是在全国推广应用天然气汽车最早 最广 最好 的天然气汽车大省 目前 天然气在汽车上用得最广泛的储存手段仍然是高压 气瓶 20mpa 液态天然气的方法尚未达到实用阶段 高压天然 气在汽车上应用时 存在着汽车的使用安全问题 除心理上的 因素之外 在技术上也还有一些复杂问题 与发动机液体燃料 相比 在汽车上配置了高压燃料储备 输送系统 在使用时有 发生爆炸失火的危险性 其原因如下 天然气主要成份是甲烷 它的着火范围比汽油宽 在封闭容器中其气相比汽油容易形成 易爆混合气 在燃用汽油时密封不严 泄漏的汽油遇到火源时 主要引起扩散燃烧 在漏出天然气时形成的混合气 发生爆炸 的危险性大 在系统密封不良时 由于气瓶装置中气体处于高 压状态下 各种泄漏的可能性更大 在正常使用条件和发生事 故时都可能发生系统密封不良的情况 密封不良的部件可能是 气瓶 联接件 管路 供气装置的小总成 小总成密封不良则 可能导致外部泄漏或内部泄漏 虽然 理论上天然气汽车的安全性超过汽油汽车 但这是 基寸 对气瓶的可靠质量 联接的可靠性 燃料系统部件结构 的成熟性的信任而来的 任何一个推广使用天然气汽车的国家 其使用之初 会有这样或者那样的问题出现 其中有结构方面 的问题 有材料选择的问题 有操作的问题 亦有维护保养 以及最初安装工作的问题 1 2 1 以下是来自国外的一些有关情况 以下是来自国外的一些有关情况 在前苏联 天然气公司汽车和出租车于 1986 年在列宁格勒 开始运行 即从各公共汽车制造厂和高尔基汽车制造厂批量生 产天然气汽车之后开始 在天然气汽车在列宁格勒运行的三年 期间发现了不少严重的结构缺陷 使得其不能保障运载乘客的 安全 发生了爆炸 汽车失火 甚至汽车司机和乘客中毒 在天然气汽车运行了六个月后 高压铜管曾被天然气腐蚀 并自行折断 在运送旅客过程中也发生了天然气管线损坏而造 成的爆炸事故 权威机构对管线的损坏进行了分析认为采用铜 或铜合金作为天然气高压管线是不允许的 在天然气汽车制造厂不进行天然气燃料试验和试运行就安 装了有毛病的天然气装置 汽车就投入运行 经常发生减压阀 没有经过调校 装置不同位置发生天然气泄漏 这些汽车在第 一次加注天然气后就已具有很大的危险性 大部分汽车经过短时间运行后气瓶上的截止阀的密封垫就 损坏了 垫片从顶杆座处脱落 造成截止阀阀杆弯曲和折断 这常常引起天然气的泄漏 并引发爆炸和失火 许多电磁阀因 为电线圈和密封破坏而损坏 汽车运行 2500 3000 公里后 发 生天然气减压器的膜片失灵 由于结构的不完善 制造质量低 天然气装置密封性不好 不仅使天然气汽车爆炸和失火的可能性增大 而且对驾驶人员 的状态有一定的影响 造成人为的公路安全事故 曾有多起天 然气汽车司机严重中毒而入院治疗 在 1987 年到 1989 年间就 有 15 部天然气汽车发生爆炸和失火 以下是一些发生的典型的天然气汽车的运行故障和引发的 严重后果 序号汽车运行的后果故障性质或结构缺陷元件名称 1 在点火系统断开状态下 电磁阀不能截断天然气从气瓶进入 主管线 可能发生天然气进入汽车发动机罩下和车箱中 造 成驾驶员和乘客中毒 汽车爆炸和失火 导向缸铜垫锈蚀造成 阀杆卡死成开启状 态 带有过滤器的主 管路电磁阀 2 燃料消耗增加 天然气进入汽车车厢造成汽车爆炸和 失火 由铜合金制造的导向 启动电磁阀 缸锈蚀物将阀杆卡死 成开启状态或在关闭 状态下关闭不严 3 天然气消耗增加 天然气进入汽车发动机罩下和进入 车厢 造成汽车爆炸和失火 造成天然气管线损 坏 高压管线 4 减压器漏气和气体进入发动机罩下 人员中毒 汽车爆炸 失火 膜片破损减压器 5 阀不密封 天然气泄漏入发动机罩 人员中毒 汽车爆炸 失火 减压器的气阀及阀座 表面有杂质 减压器 6 阀门故障漏气 可能在维修期间发生失火 有毛刺卡死于开启状 态 流量调节阀 7 高压管线损坏 发生漏气造成中毒 爆炸 失火 因磨擦而损坏高压管线 8 在改用汽油行驶时 浮子室充满汽油 造成汽油泄漏 汽车 因汽油失火 使用天然气时 化油 器浮子室浮子因无油 而颠簸受损 汽油化油器浮子 室浮 子 9 汽油泄漏 汽车失火 用天然气时 燃油未 断 油泵 10 流量调节阀 主管路阀 启动电磁阀 减压器不密封造成漏 气 导致中毒 失火 爆炸 联接不紧密可靠 装 置结构限制期密闭性 检查 供气系统整体 1 2 2 国内天然气汽车安全现状 国内天然气汽车安全现状 根据我们对国内一些天然气汽车使用城市的调查 发现在 有的城市从使用之初到现在尚未发生过一起因天然气装置的不 合格 安装使用 维护不当而造成的天然气汽车事故 比较有 代表性的城市就是泸州 这当然和他们各方面进行了严格管理 分不开的 同时 在有的城市却因为同一原因导致了多起天然 气汽车失火的严重事件 这和个别城市一味贪多求快的发展思 路有关 并且 在过去使用的历史中 也有过因天然气汽车的 关键部件不合格而造成的事故 幸无伤亡发生 但也为我们敲 响了警钟 可喜的是因为这起事故而引起的各方面对天然气减 压装置的高度关注 对其生产质量的严密控制 而今尚未发现 类似的事故发生 根据目前掌握的情况来看 国内天然气汽车其安全隐患主 要来自于以下几个方面 1 2 2 1 减压器 存在有高压气室密封不严产生漏气 密封 件损坏导致泄漏 膜片损坏导致泄漏 橡胶密封垫变形 损坏 导致泄漏 阀芯或阀座的损坏导致泄漏 壳体材料强度不够 高压时发生爆裂 质量低劣在行车中突发故障 发生交通事故 1 2 2 混合器 其主要的事故方式是 有的正压供气装置匹 配有驻车停止供气功能的混合器由于膜片的破损 阀芯的损伤 弹簧的损伤 或者说在安装初期其各调整 配合部位元件调整 不合理造成的天然气在驻车时发生泄漏 极易发生火灾 或引 起人员中毒 另外则是因为混合器的工艺技术未达到要求 对汽车行驶 工况有影响 有时在突发故障的影响下导致行车过程中发生交 通事故 1 2 2 3 高压气瓶包括气瓶阀 高压气瓶漏气在各个城市均 有发现 应当说这是最大的安全隐患 应当绝对控制 1 2 2 4 高压管路 管路截止阀 电磁阀 压力表 高压管 路的破损 各类阀门的气密性不佳 可靠性较差 都有可能造 成天然气的泄漏引起人员中毒或失火 并且 曾发生过多起因 天然气压力表不合格引起的压力表爆炸事件 1 2 2 5 发动机燃油部件的隐患 在国内发生的多起事故中 多因为机械式汽油泵在燃气时未停止供油 油管破损漏油造成 失火 化油器浮子室的浮筒在无油状态下的颠簸损伤造成在改 用汽油时发生汽油泄漏导致失火 1 3 天然气汽车推广应用发达国家情况 虽然国外早期使用天然气发生过不少事故 但可以肯定的 是这些事故绝大多数都是在没有对各关键零部件进行严格的质 量控制 对安装 使用 维护也没有严格要求的情况下发生的 例如 在前苏联利沃夫铁路局运输队有 100 120 辆压缩天然气 汽车 但在 37 年的使用期间却从未发生过一起因天然气装置而 造成的事故 以下意大利十年间使用压缩天然气的事故数据表明 成熟 的天然气汽车是一种高度安全的汽车 年度天然气气瓶数天然气汽车数爆炸次数每 1000 个瓶爆炸率 1974 407 655104 889 60 0147 1975 586 663170 029 50 0085 1976 729 174210 753 20 0027 1977 961 298229 188 10 0013 1978 804 236253 470 20 0024 1979 859 807275 756 20 0023 1980 922 223304 469 20 0021 1981 969 065324 336 1982 995 626328 187 1983 1 001 912342 273 从以上材料看来人们普遍担心的气瓶爆炸事件基本上是可 以杜绝的 并且在当今技术日趋完善的条件下 各天然气普遍 的泄漏也逐年降低 来自前苏联的数据表明 这种概率已可以 让人们确信 天然气汽车可以象汽 柴油汽车一样安全的使用 来自前苏联的漏气概率表来自前苏联的漏气概率表 部件每年发生一次漏气的概率 天然气管线 1 75 10 8 加气管线 4 96 10 7 气瓶和仪表装置联接处 1 1 10 7 系统整体 0 636 10 6 以上的事实表明天然气汽车是一种清洁 安全的替代燃料 用车 虽然在发展初期 以及在不严格的管理下曾发生过各种 各样的事故 但其技术已完全成熟其安全性有保障 重点在每 一天然气汽车推广示范城市在推广应用中应当加强对系统安全 的监管 总结历史的经验教训 我们提出以下几点具体的 系 统的并具有可操作性的天然气汽车系统的安全性技术基础 及 安全性构成要素保障方法 应对策略 二 天然气汽车系统安全性的构成要素二 天然气汽车系统安全性的构成要素 使用天然气的汽车 其天然气的储存 减压 配比 控制 等是一个有机的整体 为了保障汽车的安全 则需要保证整个 系统的可靠性 以及系统的工作环境的正常 系统的操作正确 因此 简略地说就是围绕 预防明火 防止漏气 来做工作 使 得各个参与工作的组成要素都能确保正常的工作 根据天然气汽车的结构和燃气特点 我们认为其安全性的 构成要素 有结构的因素 制造质量的因素 人为的因素 具 体说有以下几个方面 2 1 天然气本身的安全性 2 2 气瓶的安 全性 2 3 输气管道的安全性 2 4 减压器的安全性 2 5 混合器 的安全性 2 6 各类控制和非控制性接头阀的安全性 2 7 发动 机及整车工作环境的安全性 2 8 改装对原机油路机构影响导致 的不安全因素 2 9 改装对原车结构安全性的影响 2 10 操作人 员的因素 2 1 天然气本身的安全性 2 1 1 天然气的不安全因素天然气的不安全因素 天然气中含有少量的有毒气体 泄漏的气体可能导致人员 中毒 尤其是司机的中毒或使其工作状态恶化增大交通事故的 发生可能性 另外天然气的发火界限宽 使得其在空气中遇火 燃烧的可能性增大 2 1 2 天然气比之汽 柴油的安全优点 天然气的自燃温度高达 680 750 远远高于汽油的 260 370 柴油的 240 这一特性决定了当汽车发生碰撞 翻车等事故时 燃料在容器内激烈震荡 磨擦 温度剧升 达 到自然点起火爆炸的可能性要比汽 柴油小得多 天然气的着火下限高 天然气的着火下限体积比为 5 又由于天然气密度小能迅速向上扩散的特点 使得一般情况下 天然气发生泄漏时 不能聚积而致着火 因此 其遇明火而燃 烧爆炸的可能性比之汽油低 2 2 天然气储气瓶的安全性 来自于天然气储气瓶的危险有两个方面 一是气瓶本身是 一个高压容器 由于气瓶本身的质量不过关 导致气瓶在高压 状态下因外部冲击或环境的剧烈变化而发生自爆 二是储气瓶 漏气导致遇火燃烧 爆炸 自国内推广应用天然气汽车以来 尚未发生过一例因气瓶 的自爆而发生的爆炸伤亡事故 而对于气瓶的泄漏现象则发生 过多起 综合这些事故的发生原因 我们认为其密封不良的原 因可能是 2 2 1 小总成失效小总成失效 2 2 2 破坏了正常的工艺规范破坏了正常的工艺规范 2 2 3 装置的制造质量低下装置的制造质量低下 2 2 4 各总成 密封件 对接面 阀等的结构不完善各总成 密封件 对接面 阀等的结构不完善 2 2 5 装置在车上的装配质量低下装置在车上的装配质量低下 2 2 6 发生异常情况发生异常情况 温度升高 振动和冲击过大温度升高 振动和冲击过大 2 3 输气管道的安全性 输道管道的不安全因素主要来自四个方面 2 3 1 高压输气管质量缺陷 其防爆破能力差 使得在高压 状态下突发破裂 造成气体大量泄漏 2 3 2 由于天然气中的硫分子对管道的腐蚀性 导致管道受 损引起泄漏 2 3 3 管道在长时间使用后外部磨损导致漏气 2 3 4 低压管在较高温的工作环境下长期工作 局部老化变 形 破损导致直接漏气进人发动机罩 此种漏气危险性极大 2 4 减压器安全性 减压器作为压缩天然气汽车的主要工作部件 其质量的稳 定可靠与否直接影响到车辆的行驶性能和安全 减压器的结构 较复杂 其泄漏事故也较多 并且在多数减压器安装在发动机 罩的情况下 其泄漏的危险性也更大 根据目前掌握的情况来 看 减压器泄漏的情况大致有以下几个方面 2 4 1 减压器制造质量低下 其出厂初期即密封不严存在内 泄和外泄情况 2 4 2 减压器材料不合格 在使用中发生壳体爆裂 2 4 3 有的减压器的可靠工作时间短 其部分易损件破损后 导致气体内泄 功能失常 如膜片损坏 阀芯磨损等情况或者 由于气体的腐蚀而发生部分锈蚀 或者杂质堆积造成减压器功 能失调影响发动机正常工作 严重时影响车辆安全运行 或引 起气体外泄入发动机罩引发火灾 2 5 混合器的安全性 目前各地区使用单一天然气燃料的汽车基本上没有 多数 汽车都是采用在原机化油器上加装一个天然气与空气混合器的 方法来进行燃气的配比和流量的控制 这种改装本身只是一种 权宜之计 其原机化油器与混合器的配合则成了一个重要课题 从目前我国采用的混合器的类型来看 有两种情况 一种是配 合负压供气减压器的文丘里式喉管混合器 由于此种混合器结 构简单因而应用较广 但是一旦减压器工作失常改由正压供气 或者设计者为了功率的提高采用正压供气 在驾驶员疏忽的情 况下 则可能造成气体泄漏进入发动机罩下 一遇火源则形成 火险 另外一种则是配合正压供气减压器的比例调节式混合器 此种混合器按照其原理 在发动机不工作时即使其它输气机构 处于开启状态 它也能够防止天然气进入发动机罩 但是我们 应当预防的也就是这种混合器的这种功能失效 因此 配合此 功能而设计的各参与机构 部件应当有良好的可靠性 否则稍 有大意气体泄漏难免遇火源易引发火灾 2 6 各类控制性和非控制性接头的安全性 可以说在正常的情况下 最难控制的也正是各个接头的气 体泄漏情况 尤其在天然气汽车的最初安装过程中 各个接头 的气密性往往要经过多次装配才能达到要求 并且在天然气汽 车的使用过程中 一些控制性接头 如各类手动控制阀 电磁 阀等等 由于其工作频繁 容易出现泄漏现象 根据天然气汽 车的安装布置其接头安全要素可归结为 充气嘴 充气阀 手动高压截止阀 高压电磁截止阀 高压表 以及涉及各机构的卡套接头 2 7 发动机及整车工作状态的环境安全性 天然气系统发生泄漏并不会一定导致发生失火或爆炸 火 源应当是它的一个必备条件 因此 发动机或者说整车的运行 状况是一个关键环节 根据车辆的运行和工作条件我们分析火源的产生可能会是 以下某一个方面 2 7 1 汽车电气设备高压部分跳出电火花 2 7 2 发动机 电线过热部分着火 2 7 3 电气设备执行机构起效时跳出火花 2 7 4 金属部件接触时跳出火花 2 7 5 跳出静电火花 2 7 6 进气系统中发动机回火及喷出火焰 2 7 7 外来火源 2 8 汽油发动机经改装而产生的不利因素 虽然它也属于发动机工作状态中的一部分 但是 由于它 是引发国内多起事故的主要原因 故而将它独列说明 燃用汽油的发动机改用燃油 气并用的发动机后 对原来 的油路机构有一定的改变 并且 在使用中一些燃油功能件可 能会对燃气状态时产生不适应 其主要的影响有以下几方面 2 8 1 在燃用天然气时需要将油路停止 因此 必须引入一 个控制燃油的燃油截止阀 燃油截止阀的可靠性是一个重要因 素 并且其安装位置也直接影响到发动机工作的性能和安全 2 8 2 一般来说在使用油气两用的汽车时 要求将原来的机 械式汽油泵改成电子油泵 以免机械油泵在燃气时不停止工作 在非正常状态下的长久工作可能造成油路的破损 漏油 遇火 源引发火灾 2 8 3 此外有一个技术性的因素则是 天然气与空气的混合 器目前多是装在原发动机的化油器上来执行 化油器虽然能满 足燃气的各项功能执行 但其本身在无油状态下的工作会影响 其性能和部件的可靠性 尤其是其浮子室内的浮筒在无油时 在剧烈的颠簸状态下极易磨损 一旦用油时其工作失效引发事 故 2 9 改装对原车结构安全性的影响 对于那些直接在原车生产厂有生产的天然气汽车 由于其 设计合理 制造严格 一般不存在因气瓶的安装而对车架 车 身造成的不安全因素 而现在通过对在用车的改装来达到改油 燃气的方式 因各自有一套设计方案 并未经严格地审查和检 验 并且在改装的过程中又有许多因循和方便的地方 甚至有 的改装厂为了追求速度 效益 忽视了一些应当严重关注的结 构性问题 因而导致对车轿 车架的结构破坏或者影响了车辆 的载荷分布 从而影响车辆的行驶 制动 转弯等对车辆安全 极为重要的性能 就普通情况而言 其影响主要是气瓶布置的影响又分为以 下几个方面 2 9 1 对车辆前 后桥的影响 2 9 2 对车架的影响 2 9 3 对车辆行驶通过性的影响 2 9 4 对车辆载荷分布的影响 2 9 5 气瓶相互间结构和牢固程度涉及的安全因素 2 10 操作人员的因素 天然气汽车在日常运营中的具体操作是有别于单纯的燃油 汽车 首先其燃料高达 20mpa 具有一定的危险 在充气过程 中应当特别注意 其次 要正确使用燃气汽车 避免不当使用造成的事故 再者 要掌握应付天然气汽车突发事故的措施 三 天然气汽车系统的质量保证体系三 天然气汽车系统的质量保证体系 天然气汽车系统作为一个由多个零部件构成的协调的工作 整体 其质量 正常运行的保证需要以各个零部件质量保证为 前提 并且在生产或改装天然气汽车的过程中严格地保证其质 量 不仅如此 对不同的车型其天然气系统的布置设计方案是 否合理 最大限度地保障了系统的安全性 也是作为系统质量 保证体系的重要组成部分 除此以外 在使用中如何正确地使 用以保证天然气系统的使用况优良也是必不可少的 针对以上 情况 我们认为要确保天然气汽车系统的质量需要从以下几个 方面着手 3 1 天然气汽车用高压气瓶的质量保证体系 3 2 天然气汽车用压缩天然气减压器混合器及其它部件质 量保证体系 3 3 天然气汽车其天然气系统的布置设计方案及安装 3 4 天然气汽车使用 维护质量保证体系 3 5 天然气汽车质量保证的规范体系 3 1 天然气汽车用高压气瓶的质量保证体系 目前 在天然气汽车上使用最广泛的储存手段仍然是高压 气瓶 20mpa 而高压气瓶的使用在心理上总让人认为有潜在的 不安全因素 同时 在技术上也有一些复杂的问题需要解决 而事实上 最具潜在危险的高压气瓶组并非是天然气汽车使用 中的最不安全部分 多年来的使用证明目前采用的系列的天然 气茼压气瓶 气瓶装置系统其设计 制造都能满足汽车安全性 的要求 现有规则也恰恰是从使用安全的角度规定了气瓶的材 料 结构 试验及使用技术条件 3 1 1 压缩天然气气瓶装置结构设计的基本原则是基于整个 气瓶车的防火防爆安全性 设计和制造部门要致力于解决防火 和防爆两方面的问题 研制出尽可能安全的部件 联接和组件 结构 同时加装专门的防护措施 当发生漏气或气密封不良时 能使着火和爆炸的可能性尽量减少 就世界范围内的经验表明 只要充分满足了气瓶装置防火 防爆安全性的要求 压缩天然 气汽车的安全性就得到了保障 并且 理论上可超过液体燃料 汽车 在气瓶装置防火防爆的设计原则中要考虑以下几个方面 1 在气瓶成套装置中的零部件应在结构上尽量避免内外泄 漏的可能性 为减少联接部分发生泄漏 部件与它们之间的联 接应该尽量减少 应该将几个件组合成一个件装在同一体内 2 气瓶阀的设计应当有截止机构和密封装置 在截止件处 在任一位置时均能保证其内 外密封性 气瓶阀中应加设快速 截止阀 在气管破裂和密封严重破坏时能截断主气道 气瓶中 应设有安全装置 它包括利用弹簧控制截止元件的安全阀和盖 在外面的防爆片 在天然气汽车的使用中发现其发生爆炸和火 警的事故大部分是由管路 联接件 总成断裂或密封不良引起 的 因此 有及时关闭或切断气瓶供气的装置 大部分险情就 可以防止 虽然其必要性无可置疑 但是车上同时装有几个气 瓶 气瓶正常工作时压力下降又很大 从 20mpa 到 0 5mpa 因 此 气瓶出气的变化范围也很大 另一方面 供气系统中发生 断裂或密封性严重破坏的现象 可能在气瓶装置各部分及管路 总成中发生 不同情况下气流的速度变化范围又很大 因此 在管路断裂时 气流的状况也有可能接近正常的工作状况 在 此情况下采用传统的弹簧控制截止件快速阀效果不好 有几种 气瓶阀的设计可供参考 a 美国专利 n 3690336 n 4635580 epn 0214023 在气 流异常时用电磁阀来切断气瓶供气 其实现困难酌结构是需要 解决能够向驾驶员提供异常情况的传感器 但是 至少在发生 交通事故时 驾驶员在清醒状态下可以立刻关闭气瓶供气 b 美国专利 n 4372343 n 3981328 n 4589443 这种结 构有一个严重的缺点 由于截止件与其座之间可能密封不良可 能漏气 采用防爆片可以消除以上缺陷 防爆片刚性的卡在阀 内 当压力过高时该片破裂 气体可从气瓶中放出 其缺点是 这种阀不能重复利用 因为一旦防爆片破裂后 气瓶会彻底排 空 其结果是爆炸和火警的可能性增大了 而在用弹簧控制截 止件的安全阀起作用时 只能排出少量气体 当气瓶内压降到 一定水平时 安全阀关闭 停止排气 制造带防爆片的气瓶阀 要求精心制订工艺 防爆片的材料质量和尺寸要控制好 片的 镶嵌工艺也要完善 c 美国专利 n 3720220 n 4635680 它将弹簧控制式截止 阀 防爆片 易熔塞三者综合在一起是一种比较好的安全装置 需要特别提出的是为了防止气瓶爆炸而设计的易熔塞在受高温 时熔化排气 其排气需要向安全的地方必须要配置有引出装置 同时对于单燃料汽车 如果防泄漏截止阀性能可靠 则其自身 失火的可能性较小 也就不存在易熔化排气的危险 而对于两 用燃料汽车 在由汽油引发火灾的情况下 如何正确处置气的 排出与否 排出方向是一个值得关注的问题 有一个关于天然气汽车与液体燃料火警安全性的比较实验 将一油箱装满柴油的公共汽车与天然气汽车同时从汽车后 部轮胎点燃 此两车型号相同 气瓶车为六气瓶 实验时气瓶 压力为 14mpa 其容积相当于 130l 柴油 在气瓶上有 33 4mpa 起作用的防爆片 100 起作用的易熔塞 结果是在第一个易熔塞熔化前 气瓶中压缩天然气的压力 并未发生变化 公共汽车起燃后经 5 分 30 秒天然气开始通过引 出机构排出 起燃后 14 分钟气瓶完全排空 20 分钟后 即气 瓶完全排空 6 分钟后 压缩天然气公共汽车的轮胎仍在燃烧 而柴油箱中的柴油已参与燃烧 以上结果表明 压缩天然气系统可以信赖 而易熔塞是相 当关键的一个保障部件 3 1 2 压缩天然气气瓶的材料选择 3 1 3 气瓶的试验保障体系 3 1 4 气瓶加工的质保体系 3 2 天然气汽车用减压器 混合器及其它部件的质保体系 在压缩天然气汽车的使用中 减压器 混合器 管线电磁 阀等的性能的稳定对天然气汽车的性能 安全性均有重要影响 尤其减压器一般布置在发动机罩下 其泄漏对天然气汽车的安 全影响较大 混合器以及混合器与减压器间低压管联接的密封 性对汽车的安全性也颇为重要 而汽油车因改燃天然气而加装 的电磁截止阀其工作的可靠性对汽车的安全性有大的影响 3 2 1 对于减压器 首先其结构设计必须合乎安全性要求 可靠 牢固 由于其一级减压部分要承受高压 因此其材料应 有严格要求 减压器的膜片易受天然气的杂质的腐蚀 其材料 质量也应当有严格要求 减压器的 制造工艺要求严格 尤其 要保证减压器的内 外气密性 防止泄漏 不仅如此 要完善 对减压器的检测手段 对其气密性 耐振性 耐腐蚀性等进行 检测 对于装置生产厂要严格管理 制定标准 严格按标准执 行 杜绝不合格产品出厂 3 2 2 混合器结构简单 对文丘里式 确保其在化油器上的 安装紧密即可 对于比例调节式混合器 应当要求其橡胶膜片 弹簧阀芯工作的可靠性 防止漏气 3 2 3 对高压气管 应当符合 gb t14976 94 的要求 对材 质 制造工艺 抗拉能力 抗压能力 耐腐蚀性 壁厚 以及 在使用中允许弯曲度 端头外形等等都应当有明确的规定 3 2 4 控制电磁阀 其可靠性影响车辆的安全性 它应当合 乎 zbt36001 87 的标准 另外 应当建立和完善对电磁阀的质 量检测体系 检验耐振动 耐压的能力 检验其工作可靠性 安装中要注意其接线 防止引起火花 3 3 天然气汽车燃气系统布置设计方案及安装 略述如下 详见附录 1 为了提高压缩天然气汽车防火防爆安全性 其燃气系统的 布置设计应当合理 并以安全性为首先原则 在布置中应当使 得燃料供给系统的联接部位尽可能少 特别是发动机罩内的供 气部分 尽量使联接部位处在通风条件较好的空间 减少因泄 漏而起火的可能性 气瓶的布置应当不影响汽车的通过性以及 布置在较隐蔽的位置 并且不能影响汽车的轴荷分布 具体来 说整个系统的布置安装一般如下就能够符合安全性的要求 保 证整车质量稳定 可靠 3 3 1 天然气气瓶的布置 气瓶应安装在汽车的安全部位 气瓶的瓶口阀与车辆外缘 距离不小于 100mm 并保证其开启方便 气瓶安 装在车辆下 部时不得影响原车的离地高度和通过性 不得超出外边缘影响 驾驶性能 气瓶的安装位置应距发动机排气管至少 200mm 当 距离为 75mm 200mm 时 应加隔热装置 两个或两个以上气 瓶并列时 瓶口方向应一致 气瓶的紧固 应当在固定卡子与瓶体间安装橡胶垫片 并 且其胶垫的厚度应当不小于 2mm 安装必须紧固 固紧螺栓 防松装置齐全有效紧固力应当符合要求 气瓶固紧后沿汽车纵 向施加 8 倍于气瓶重量的力 气瓶位移不超过 13mm 3 3 2 高压管线的布置与安装 高压管线的破损是天然气泄漏的一个重要源头 同时联接 头的泄漏也非常普遍 管线的良好布置方案可以减少管线的损 坏 并且正确的安装管线也是保证天然气供气系统可靠工作的 保障 高压管线的排列 走向应当合理 不得与相邻部件碰撞和 摩擦 接头应设在易于操作 维修方便的地方 刚性管线固定 卡子间距不得大于 600mm 穿越孔板处应当使用橡胶衬垫 气 瓶间管线及靠近减压阀处的管线应有抗震弯曲 抗震弯曲不得 小于管线外径的 5 倍 高压管线与传动轴万向节距离不得小于 75mm 管线与发 动机排气管距离不得小于 200mm 75 200mm 时必须有隔热 装置 安装在驾驶室 载人车厢或行李厢的气瓶阀或管接头 必 须与人体活动空间密封隔离 并设置能将泄漏气体排出驾驶室 或车厢外的通风口等装置 高压管线必须割平整并去除毛刺 并用高压气体吹净和附尘 除屑 其联接必须使用卡套式管接头 3 3 3 减压器和混合器的布置与安装 减压器的作用是燃气汽车中最关键的一环 而减压器与混 合器 发动机进气结构匹配是提高发动机性能的一个重要部分 针对不同的发动机 发动机罩下的空间结构有不同减压器和混 合器的布置方案 但是无论如何布置 都应当遵循最大程度的 保证减压器与混合器正常 有效的工作这一前提 减压器当布置振动较小的驾驶室前挡板或发动机罩内的其 它地方 应尽量远离排气管和其它热源 尽可能的靠向化油器 也应尽可能的使得减压器的位置低于水箱的上平面 为了防止 减压器的泄漏因遇火源而失火 最好设计一个保护装置能够将 减压器包装起来 能安全地将泄漏气体排放到发动机罩外的大 气中去 混合器与化油器的联接必须紧密 不得有漏气和松动 连 接混合器与减压器出气口的软管应当尽量短而紧凑 不得靠近 排气管或加装隔热板 3 3 4 其它附件的安装 布置 每一个附件均是一个联接点 都有泄漏的可能 都应当联 接紧密 防振 防松动 联接件的质量也应当合格 高压压力表 高压截止阀 连接在高压管线上应保证其质量 在化油器与汽 油泵之间安装汽油电磁阀 应当确保管线接头紧密无汽油滴漏 对于两用燃料汽车其油泵最好采用电动油泵 将之安装在汽油 滤清器与化油器之间 确保管路接头无汽油滴漏 充气阀应当布置在易于接触 又能防尘 防雨 防撞的地 方 各电子元件的开关或指示应当布置在驾驶内易于操作的地 方 要注意各电器部件搭铁良好 防止火花的产生 3 3 5 与发动机匹配的调整 在正确的安装好天然气系统后 应当检查是否有漏气 在 确保无泄漏后 对减压器 混合器进行调整 对发动机怠速 发动机功率 发动机点火提前 使用天然气的加速性等进行调 整 并重复检查 并进行油气转换试验 最后进行道路试验 试验后再次复查各紧固件和气密件 3 4 天然气汽车使用 维护 质量保证体系 略述如下 具 体见附录 2 3 改装天然气的汽车其原车的发动机必须符合 gb7258 27 机动车安装运行技术条件 和 gb3799 83 汽车发动机大 修竣工技术条件 的规定 不正常的发动机不适合用天然气作 燃料 天然气汽车的安全问题绝大多数发生在车辆的使用过程中 这就告诉我们车辆在运营过程中 正确的使用和维护保养尤为 重要 一般来说 做到以下几点就能够保障车辆本身性能方面 的安全性 3 4 1 天然气汽车的操作有别于汽油汽车的操作 因此就要 求驾驶天然气汽车的驾驶员必须经过专业培训合格后方能上岗 3 4 2 天然气汽车的充气必须在 cng 加气站进行 加气过程 中 应当关闭车上所有的电气装置 充气前要仔细检查供气系 统有无异常现象 发现问题及时处理 充气后也要观察有无泄 漏现象 有异常须排除方能上路行驶 3 4 3 汽车在行驶中若发现有异常应当关闭天然气总气阀以 及电源使发动机熄火 进行详细检查 3 4 4 天然气汽车除按汽车例行保养 各级保养的技术要求 规范进行作业外 还应当对减压器 混合器进行定期的检查和 清洗 在保养中要特别注意检查供气系统中各接头处的紧密性 尤其检查钢瓶的安全紧固情况 在天然气汽车的维修过程中尤 其要注意 对供气系统部分的维修应当在有安装天然气汽车供 气系统的维修点进行 防止对系统的不规范操作 3 4 5 大的天然气汽车使用者应当建立天然气汽车的维护 保养机构专业从事其工作 不得允许驾驶员对天然气供气系统 作自行维护 调整 3 5 天然气汽车质量保证的规范体系 我们认为这是天然气汽车质量保证的前提 基础 其重要 性是第一位的 而目前 对天天然气汽车各供气系统部件的质 量监督体制及规范尚不健全 并未有较明确的安全质保方针和 目标 我们认为 在现有各标准的规范的基础上 应当形成如 下的规范体系 3 5 1 完善压缩天然气汽车燃料供给系统各装置的企业标准 制定系统中各关键总成的技术条件 如气瓶 气瓶阀 高压气 管 减压器等的技术条件 对各装置的生产工艺 流程进行全 面 详细的规定 尤其要突出对各关键部件 位 的质量控制 3 5 2 制定相应的压缩天然气汽车关键零部件的质量检测标 准 加强对天然气汽车安全性影响较大的零部件的监管检验力 度 建立健全检验机构的检测设备的建设 增强检验机构的检 测能力 加强对检验人员的管理 实现公正的高质量的检测 3 5 3 制定压缩气汽车的技术规范 检验规程 根据技术规 范的要求 对改装和生产天然气汽车的厂家进行认证 杜绝未 经审批合格的改装厂从事天然气汽车的改装制造 各改装制造 厂要统一技术规范 对每一种车型都要有一种成熟 完善 安 全有效的改装方案 彼此相互协调 3 5 4 建立压缩天然气汽车检验机构 专门从事压缩天然气 汽车的质量检验工作 3 5 5 成立专门的质量管理机构来组织各检验机构 装置生 产厂 改装生产厂的各项活动 确保各质量保证环节的各项工 作紧密有序的开展 使得各上下游企业间的活动在监督机构的 监督之下进行 保证中间环节的可靠性 杜绝不合格的产品进 入市场 3 5 6 制定天然气汽车的安全运规则 天然气汽车维修相关 条款 保证天然气汽车在使用中的安全 确保其维修正确 四 近来四 近来 cng 汽车交通事故发生的原因及预防事故的对策汽车交通事故发生的原因及预防事故的对策 措施措施 4 1 国内近年来 cng 汽车交通事故发生的原因 自从重庆市自 1998 年开始推广天然气汽车以来 由于各级 领导的高度重视 各职能部门的严格管理 尚未发生由于天然 气汽车系统的质量问题而引发的恶性交通事故 但在 1999 年 2 月 12 日和 1999 年 10 月 13 日各发生了一起公交 cng 客车翻车 燃烧事故 造成 29 人死亡和死亡 6 人伤 9 人的惨剧 根据我们的调查 以及综合国家和重庆市的 cng 汽车专家 对事故原因的分析意见 我们认为 这两起交通事故的发生可 以说是在特定条件下的带有山地公路特点的交通事故 首先我们认定两次燃烧事故其着火分别来自于汽油的燃烧 和高压线火花 之所以说是带有山地特色 是因为汽油的燃烧 以及高压线火花均是因为翻车而引起的 在普通的平原路面上 是不可能发生如此剧烈的翻车状况 更不会翻车后还碰上高压 电线 因此 可以说是翻车严重造成的火源 其次 在这次翻 车燃烧事故中 天然气储气瓶安然无恙 没有发生爆炸事件 用严酷的事实证明了 天然气汽车储气系统的安全性 但是 我们同时注意到 由于天然气储气系统没有有效的流量截止装 置 导致气瓶大量的泄漏气体参与燃烧 加重燃烧事故的严重 性 这就为我们提出了一个非常严肃的课题 如何保证天然气气 瓶在气路发生大量泄漏的情况下自动的关闭停止供气 同时如 何保证天然气泄漏能够通过安全的通道排入到大气中 当然这 一点在发生严重翻车事故时确实难以保证 因为此时的车身结 构已遭受严重破坏 原来设计布置有效的机构完全有可能遭到 破坏而失效 这次事故供我们汲取的教训有两个方面 一是天然气在泄 漏下的截止及泄漏的安全排放问题 二是如何确保 cng 汽车的 安全驾驶 尽量减少事故的发生 减少燃烧 爆炸的诱因 根据我们的调查 在四川这个天然气汽车推广应用最早最 多的地区 曾经发过一些天然气汽车的事故 总结其原因多是 因为改装天然气汽车对原车的汽油油路的影响而导致了失火 具体来说有以下几个方面 1 改装为天然气 汽油的两用燃料汽车后没有对原来发动 机的油泵系统进行改造 仍使用传统的机械式油泵 在发动机 燃气工作状态下 油泵仍不停止泵油动作 燃油截止阀与油管 的接头由于长期受压最终出现漏油 在发动机罩下的较高温度 下汽油蒸发遇到火源或者遇到发动机工作状态 不稳定发生回 火现象时都有可能引起火灾 这种事故曾在四川省发生过多起 必须引起高度重视 较好的解决方案就是取消原来的机械式油 泵改用电动油泵泵油 2 改装后的两用燃料汽车上 由于化油器仍然作为一个关 键机构参与工作 而目前国内用于汽油机的化油器尚未考虑化 油器浮子室无油状下的稳定控制问题 致使在使用天然气时 化油器浮子室中的浮子在颠簸的状况下在浮子室里来回碰撞摩 擦出现损伤 在改用燃油的情况下 不能准确的控制燃油的正 常供应量 致使发动机工作状态不稳 发生回火 遇到大量的 汽油蒸气而引发火灾 这种事故在四川也出现过多起 3 根据目前掌握的信息尚未发现因气瓶质量而发生的爆炸 伤亡事故 也未发现因减压器的漏气而发生的火灾 但是减压 器布置在发动机罩下也确实是一个比较突出的危险源头 不仅 如此 减压器与混合器间连接的可靠性以及橡胶软管的破损也 是一个重要因素 目前也未发现因为高压气管漏气而造成火灾 或爆炸的事件 4 2 预防 cng 汽车发生交通事故的对策措施 天然气汽车在运营中发生交通事故的原因无非来自于四个 方面 1 操作者的原因 2 车辆原因 3 环境状况的原因 4 管 理方面的原因 针对以上诱发交通事故的因素 我们提出预防 cng 汽车发 生交通事故应当从以下几方面着手 4 2 1 强化 cng 汽车的生产质量 提高 cng 汽车的防爆防 火安全性 要做到这点应当做好以下工作 关系到截止件可靠性的零部件必须精心设计 制订气瓶装置严格的制造和装配工艺 杜绝不合格产品出 厂 严格按标准制造 检验减压器 混合器 杜绝不合格品出 厂 配备相应的结构件 防止气体排入着火危险性大的部位 或者使泄漏的气体引到安全部位 精心安排供气系统的装车部位 并保证高的安装质量 在汽车上加装可燃气体的含量传感器 向驾驶人员提供危 险信号 在车上配备专用灭火装置 改进化油器浮子室结构 尽可能使用单一燃料汽车 少用两用燃料汽车 4 2 2 强化对驾驶员的培训和管理 cng 汽车的驾驶不同于一般的汽油机 驾驶员除要有良好 的安全意识 还应当对驾驶员作特殊的培训 具体说包括 cng 汽车的充气注意事项 两用燃料汽车的油气转换操作事项 车辆不使用时应当注意的保护事项 车辆使用中应特殊注意的事项 应付突发的燃气泄漏 失火等状况时应采取的措施 对燃气系统禁止的某些操作的注意事项 4 2 3 加强对车辆的技术维护 防止车辆带病运行 车辆运行中出现的故障和隐患 若不及时彻底排除 继续 行驶 往往会导致交通事故的发生 因此应当采取以下措施 切实执行保修规程 防止车辆失保失修 交通部颁布的 汽车运输业车辆技术管理规定 中曾明确规定 车辆维护应 当贯彻预防为主 强制维护的原则 车管人员要督促司机做好 行车前 行驶中和收车后的车辆检视工作 发现故障及隐患要 及时排除 提高车辆的维修质量 车辆维修厂 车间应当严格按照有 关标准和规定制订相应的维修工艺措施和工艺规程 并要完善 检测手段 确保稳定的维修质量 对于天然气汽车 cng 系统的维修 应当特别注意以下几个 方面 损坏的燃料管线只推更换 不可修复 物主或使用人或者 二者都应该在安全条件下维护保养所有的燃料气瓶以及附件 管线系统 放空系统和其它部件 上述人员应该负责验证工作 压力和燃气气瓶的复检日期或失效期 减压装置应该按照压缩 天然气装置使用手册进行维护保养 燃料气瓶上的所有其它泄压装置应当根据以下内容进行维 护保养 1 应该检查易被堵塞的泄压装置的排放通道 并检查其它 可能干扰装置运作的部件 2 应该对压缩天然气气瓶给予保管 避免损坏 3 只有合格人员才允许拆动泄压装置 3 除非经适当试验证实可换的部件外 在修理泄压阀时只 能用组装的或原生产厂家的配件 做好车辆的安全检查 运营企业要设立车辆安全检查机构 配备专职安检人员坚 持出车前和收车后的车辆安全检查 有条件的还可以在运营路 段的危险路段设立车辆安全检查站 对车辆进行安全检查 4 2 4 健全组织 完善法规 强化领导 加强对运营机构 运营人员 运营环境的管理