压缩天然气(CNG)气瓶使用及安全分析

1、Word文档 压缩天然气(CNG)气瓶使用及安全分析 前言 随着我国经济的不断进展，我国的汽车产量和汽车保有量在不断增加，燃油供需冲突以及汽车尾气带来的城市环境污染问题日益突出，因此，查找替代能源，开发和进展替代石油的气体燃料汽车对全世界乃至我国都是关系到社会经济，尤其是支柱产业汽车工业进展的重大战略问题，因而乐观探究和进展自然气汽车是解决这些问题的一举两得的有力措施。其中，进展压缩自然气汽车技术是最为现实并且可行的。 自然气作为一种优质车用燃料，不但价格低廉，运行经济性好，而且发动机的排放污染小、噪声低、磨损小、使用寿命长。因此，乐观进展压缩自然气汽车的推广运用能获得较大的社会经济和环境效益

2、。 压缩自然气气瓶（CNG-1钢质气瓶、CNG-2钢质内胆环向缠绕气瓶）的生产目前主要采纳两种生产工艺进行，一种是冲拔成型，另一种是采纳无缝钢管旋压封口封底成型，无论采纳何种方式进行生产，整个生产过程中都应严格根据工艺要求进行生产加工，防止和杜绝有缺陷的产品流入市场使用。 对于这两种成型生产方式，本文就其中的无缝钢管旋压成型进行说明，旋压成型主要是对钢管端部进行加热，然后热旋压加工成型，因而产生的主要问题也在瓶体底部和口部，底部缺陷主要为底部夹杂、壁厚不足、或有微裂纹产生等缺陷，避开此类缺陷的产生主要为生产工艺的成熟，不断改进封底生产工艺以达到最优，对底部缺陷的检查主要为超声波测厚仪以及超声波

3、探伤仪，由先进的检测手段检测瓶体底部，防止有缺陷问题的半成品流入下一工序，从源头上掌握产品质量，才能保证气瓶的使用平安。口部缺陷主要为裂纹的产生，同样与生产工艺的稳定性有着重要的联系，因此，从生产工艺的改进和优化是提高产品使用平安的首要条件。 对气瓶生产中关键工序的检验也是造就高质量产品的重要手段，如瓶体壁厚检测、超声波探伤、磁粉探伤、热处理、水压试验、气密性试验以及疲惫试验、爆破试验等，严格做好每一工序的生产和检验，由专人进行检测，同时每一生产过程有工序见证记录资料，检验结果准时打印并出具报告，气瓶敲打移植号，保证产品的可追溯性，确保产品质量始终处于可受控的检验状态。 压缩自然气气瓶作为压力

4、容器，如同一个定时炸弹随时可能引发，因此，保证对用户放心的要求，对于产品的生产和检验，我们不容忽视，在生产中保证平安，才能在使用中让用户平安。 压缩自然气气瓶的使用平安，这里面涉及的平安问题就着实太多了，主要为存储介质、瓶体材料、瓶阀、使用环境、定期检验，人为因素等方面，下面就这些问题逐一进行说明。 压缩自然气气瓶的主要存储介质为自然气，自然气的主要成份为甲烷CH4，无色无臭，常温常压下成气态，比空气轻，易燃易爆。沸点为 -161.（1atm下），其可燃混合气着火范围较宽，热值和自燃温度较高，在封闭环境中集中系统小，因此泄漏的自然气易形成可燃混合气，遇明火易爆炸燃烧。 未经处理的自然气含少量的

5、SO2、H2S，有臭味和毒性，另外还含有硫、水份，这些硫份和水份会对压缩自然气装置造成腐蚀，引起各种阀门和管路连接处腐蚀并影响密封性，甚至使减压器功能失效，燃料供应系统布置不合理等问题，最终导致内外泄漏，成为担心全的火灾或爆炸气源，所以压缩自然气汽车所用的燃料自然气肯定要进行充分的脱硫脱水，保证气质达到要求。1 目前，大多数压缩自然气气源中都含有硫化氢等酸性物质，特殊是四川、重庆等气源质量不佳的地方。硫化氢溶于水后，会造成钢材的电化学腐蚀，产生氢鼓包现象。即使没有水分，压缩自然气中的硫化氢在高压力作用下，也会对气瓶造成腐蚀破坏。在SY 0092-98汽车用压缩自然气加气站设计规范中，对压缩自然

6、气的硫化氢、水分等杂质含量都有严格限定，但假如压缩自然气生产工艺中脱硫、脱水装置失效，或加气站经营者对硫化氢、水分指标把关不严，就可能导致压缩自然气中硫化氢、水分含量超标。硫含量超标对于汽车用压缩自然气钢瓶、钢内胆车用压缩自然气缠绕气瓶的破坏作用尤为严峻。2 国际标准ISO11439：2021车用自然气高压气瓶中4.5气体成分对自然气的要求有详细规定，我国标准GB17820-1999自然气对自然气的使用也有相应要求，因此充装压缩自然气的气瓶应充装技术要求达标的自然气，削减对气瓶的腐蚀，延长气瓶使用周期。 压缩自然气气瓶材料的选择参照GB18248-2021气瓶中无缝钢管，气瓶原材料主要选择铬钼

7、钢无缝钢管，采纳调质热处理。压缩自然气钢质气瓶的工作压力较高，自然气中又含有肯定量的H2S 和水分，因而钢瓶的氢腐蚀倾向较大。据有关资料，高强度钢在高压下，在干燥的H2S 气体中有裂纹的扩展倾向。当钢瓶硬度较高时(HBC 34) 即使气体中H2S 浓度为0.1 mg/ L ，长时间(1 948 h)可发生断裂。大量讨论表明，材料屈服强度在9001 000 MPa 以上，材料对氢腐蚀极为敏感，材料抗H2S 腐蚀力量随材料强度上升而变坏。假如金属表面存在缺口引起应力集中，简单诱发裂纹。钢的屈服强度越高，其材料断裂临界应力强度因子越低，裂纹扩展速率随钢的强度增加而快速增大，同时由于车用瓶存在较频繁的

8、振动，因而也是加快裂纹扩展的一个缘由。另外，气瓶表面质量也值得重视。由于氢对缺口极为敏感，哪怕特别细小的尖锐缺口也会导致应力集中，加速氢腐蚀进程，最终导致气瓶爆炸。 对于钢质气瓶，要求钢的纯洁度好，韧性高，延长性能好，钢的表面质量好。假如选用的钢断裂韧性很高，临界裂纹尺寸大于壁厚，使用中，即使发生裂纹扩展，裂纹穿透壁厚仍达不到临界裂纹尺寸，只会发生泄漏而不会发生因裂纹达到临界尺寸引起的爆炸，即“只漏不爆”。因此气瓶制造厂不单对钢厂提出用于钢质气瓶的钢号和相应制造、验收技术标准要求，而且还应对钢中有害杂质元素(如S、P、O) 含量、钢的表面质量和力学性能指标提出严格掌握要求。如将硫、磷含量限制在

9、0. 01 %；提高钢交货时的5 和Akv 指标，将5 提高到不小于18 %;要求钢表面不得有任何气泡、裂纹、结疤、折叠、分层、夹杂；表面光滑,不得有任何麻点和凹坑，表面不得进行修补； 适当降低含碳量， 如选用30CrMo 等材料，将材料热处理后的实际最大抗拉强度值掌握在不大于880 MPa ,对于经调质处理的材料，屈服应力的最大保证值不得大于最小抗拉强度的85 %，屈服应力实测值和抗拉强度实测值之比不得大于92 %。3 在车用压缩自然气气瓶的定期检验中经常会发觉气瓶有泄漏现象。检验中发觉，有相当一部分气瓶存在瓶阀结构不够合理、与瓶身连接处密封不好等现象。这样的状况在车用压缩自然气全复合材料气

10、瓶中尤为普遍。带有泄漏问题的车用压缩自然气气瓶一旦进入实际运营中，属于带病工作，在肯定的条件下必定会发生爆炸等事故。 1) 化学品侵蚀 车用压缩自然气气瓶在实际运行环境中，可能患病酸雨等化学物质的侵蚀。这些物质会与气瓶表面的材料发生化学反应，即会对有缠绕层的车用压缩自然气气瓶造成缠绕层纤维的断裂、溶解、松动或者产生应力腐蚀裂纹等，对于钢瓶则直接造成壁厚减薄、产生凹坑等后果。 2) 大气侵蚀 车用压缩自然气缠绕气瓶的纤维缠绕层假如长期暴露在阳光及大气中，其外表面涂层的状况会变化，可能导致缠绕纤维松动、断裂，从而降低车用压缩自然气气瓶的强度，影响其平安性能。 3)外力作用 车用压缩自然气气瓶在使用

11、、搬运等过程中，由于操作不当或者汽车本身发生事故等影响，可能造成车用压缩自然气气瓶受到冲击、碰撞、磨损、过热等损伤，导致车用压缩自然气钢瓶表面受损，或造成车用压缩自然气缠绕气瓶表面纤维层松动、断裂、树脂破裂等后果，会降低车用压缩自然气气瓶的平安性能。 建立压缩自然气气瓶检查的完善体系，严格执行GB195332021汽车用压缩自然气钢瓶定期检验与评定的规定。钢瓶的首次检验和其次次检验为每三年进行一次，其次次检验后每两年进行一次；对出租车用钢瓶的检验每两年进行一次，其次次检验的有效期为一年。假如气瓶被重新安装，且处在腐蚀环境，或被火烧过，则气瓶必需经重新检测后方可使用。 汽车用压缩自然气钢瓶工作压

12、力为20MPa，一般安装在出租车的尾部或公交车上，汽车在路上行驶，钢瓶使用状况简单多变，且充装的压缩自然气是有应力倾向的介质，使用肯定时间后可能会使钢瓶内外表面造成肯定的损伤，因此必需对钢瓶进行定期检验，以确保汽车平安运行。 1）私自改装燃气设备 目前，随着汽油、柴油价格的提高，燃气与燃油的成本差异已经比较明显，前者较低。因此，有些单位或者个人为汽车改装了燃气设备。有些改装的车用压缩自然气 气瓶甚至是几年前使用的旧车用压缩自然气气瓶。有些由不具备车用气瓶安装单位许可资质的改装单位或个人改装的车用压缩自然气气瓶，甚至旧车用压缩自然气气瓶、报废车用压缩自然气气瓶的重新使用，必定为车用压缩自然气气瓶

13、埋下平安隐患。 2）加气站平安措施不到位 加气站是将管线输送来的自然气处理后，加入车用压缩自然气气瓶的中介。目前，有些城市的加气站仍存在员工平安管理制度落实不力、平安意识淡薄、操作规程把握不规范等诸多问题。大多数加气站四周环境较简单，受出入车辆火花、穿钉鞋摩擦所致火花、静电火花等可能存在的火源威逼。车用压缩自然气气瓶在这样的加气站充装压缩自然气时，可能受到火灾或爆炸事故的影响。 3）充装过度频繁 在车用压缩自然气气瓶的使用过程中，尤其是车用压缩自然气全复合材料气瓶的使用过程中，疲惫破坏往往是最致命的。相关标准对车用压缩自然气气瓶的使用寿命有所规定，但这些规定是建立在正常充装基础上。实际运营中，

14、某些缘由会造成车用压缩自然气气瓶每日的充装次数多于设计计算中设定的充装次数，在这种状况下就有必要适当缩短其使用寿命，否则会给车用压缩自然气气瓶的平安性带来危害。 4）气瓶超压工作 目前,有些地区自然气加气站的建设跟不上压缩自然气汽车的进展速度，为了加一次气多跑一段里程，汽车在充装自然气时压力大于20 MPa (规定不能超过20 MPa) ,这种状况必需严令禁止。在加气站加气设备中应设置自动限压充气装置，确保不发生超压充气的现象。 5）气瓶安装不正确 在车辆上安装压缩自然气气瓶时，应尽可能安装在汽车上相对平安的区域，保证位置合适，与车体保持合理的间距，并且与车体间设置牢靠固定的隔热装置，即安装在

15、载货车、汽车发生撞击时道路砂石冲击产生危害最小的地方。将储气瓶安装在舱内,均应在储气瓶外安装平安隔离栅。 对于采纳多个气瓶串联供气的状况，每个气瓶应配置一个高压电磁截止阀，使各瓶的高压燃气先受截止阀掌握，再串联供气。一旦发生意外，各瓶高压气会受到发动机点火电磁脉冲的掌握而被分别关在瓶内，不会喷出燃烧。 6）气瓶支架稳定性差 气瓶支架是自然气储气固定的基础部件，此部件有不少的人认为是一个简洁结构部件，无须小题大做。其实不然，目前正在营运的压缩自然气两用燃料汽车因改装厂不同且都是各自设计生产制造。就是同一车型的气瓶支架其结构形式可谓五花八门，没有一个定式，材料的选择也各有不同，然而通过对气瓶的的周

16、期检验发觉气瓶支架的结构和选材方面存在着严峻的事故隐患。详细问题如下： 气瓶支架用料薄材质差整体刚性太差，拉带耳座同样如此，有的已经发生形变，有的拉带的宽度太窄，有的用料太薄，有的选材钢号太低，紧固后拉带产生形变后气瓶无法固定，且发生多个方向位移，致使高压管子扭曲变形，很有可能将管子扭断，导致高压自然气的大量泄漏。 拉带上用的环首螺栓强度不足，产生变形，此外拉带紧固螺栓设计的方向存在问题（由外向内穿的状况），或者使用螺栓长度太长致使气瓶表面造成物理性损伤而报废。 拉带长度不足采纳焊接方式加长使用。气瓶支架上使用橡胶垫带与支承面粘接不坚固，使用一段时间后发生位移，甚至脱落，气瓶松动与支架支承面摩

17、擦，损伤气瓶表面。 气瓶支架及其零部件外表面油漆涂装质量较差，锈迹斑斑或者严峻锈蚀无法再连续使用。 通过以上各问题进行分析，对车用压缩自然气气瓶的使用平安，应从以下几个方面予以保证。 首先是提高车用压缩自然气气瓶产品质量，压缩自然气钢瓶属于压力容器，产品质量不符合要求的，严禁进行生产和销售，在生产的每一环节严把质量关，做到产品质量零缺陷。 其次是提高压缩自然气产品的质量，特殊是严格执行硫化氢、水分含量等掌握指标，保障气瓶使用平安。 三是瓶体材料的选择，严格根据国标要进行进行选材，同时对原材料成份进行复验，掌握钢材中的S、P含量，在气瓶热处理过程中，采纳合理的热处理工艺，在保证强度足够的状况下尽

18、可能降低屈强比，提高断裂韧度，从而提高气瓶平安性。4 四是瓶阀的选择，气瓶阀应有平安装置，保证在气管裂开或密封损坏时能截断主供气道，还应具有防止气瓶压力过高的的功能。5 五是气瓶使用环境的改善。假如将车用压缩自然气气瓶置于后备箱中，简单患病机油、潮湿、化学品的侵蚀以及外力碰撞作用。这些侵蚀和外力作用会影响气瓶的使用平安，因此，应合理安排车用压缩自然气气瓶的安装位置。如城市公交车，改用压缩自然气气瓶一般置于车顶较平安，即使发生压缩自然气泄漏，也可以保证压缩自然气快速集中，可以削减事故发生。还有出租车使用自然气气瓶，出租车上的车用压缩自然气气瓶一般置于后面的密闭空间中，一旦发生泄漏，简单造成压缩自

19、然气聚积，引发爆炸，因而在安装自然气气瓶时应充分考虑气瓶使用环境，保障气瓶使用平安。 六是气瓶的定期检验，压缩自然气气瓶应根据气瓶平安监察规程规定以及GB19533-2021汽车用压缩自然气钢瓶定期检验与评定要求，定期对车用压缩自然气气瓶进行检验，检验不符合要求的气瓶应报废停止使用。 七是人为因素的掌握。由于人为因素掌握较多，在此简洁就相关要求进行说明，有不尽之处请赐教。 任何单位和个人不能私自改装车用压缩自然气气瓶，必需到有改装资质的单位进行安装，把现成汽油车改装成压缩自然气汽油双燃料汽车时，应根据 QC/T245-1998压缩自然气汽车专用装置和安装要求正确安装压缩自然气气瓶。气瓶应安装在

20、车上的的安装位置，并且与车体间要有合理的间距和设置牢靠的隔热装置。气瓶不能直接安装在驾驶室或载人车厢内，当只能安装到驾驶室或载人车厢内时，必需有牢靠的密封装置，并设置能将泄漏气体排出车外的通气装置，保证良好的的平安性。自然气供气系统装车后，应采纳自然气或惰性气体进行整体检漏测试。测试合格后，方可交付使用。6 加气站必需有相应的平安措施，防止储气及加气时事故产生。压缩自然气汽车进入加气位置后，发动机必需熄火，驻车制动，关闭全部电器电源。充气完毕后在加气站工作人员指挥下，缓慢驶离，不得猛踩油门，以免意外事故发生。 压缩自然气汽车充装不宜频繁，过度频繁的充气会造成对气瓶的损害，同时削减气瓶使用寿命周期，减低气瓶使用的平安牢靠性，因此，在实际充气过程中，应周期性平稳进行充装气体，不宜充装频繁过度。 严禁气瓶超压工作，由于压缩自然气气瓶为压力容器，气瓶工作压力必需与设计时压力保证全都，气瓶超压工作会增大气瓶的危急性。因此气瓶实际工作中，不得超过额定工作压力使用。 气瓶安装位置应根据相关规定要求进行安装，应配有特地的爱护装置，当密封不良而漏气时，能将漏出的自然气引至不易着火的部位。在某些潜在危急大的部位（如发动机罩内），加装自然气浓度传感器，当自然气浓度接近最低着火极限时予以报警。同时