車載CNG氣瓶壽命預測算法

高海靜　何玉輝

摘 要： 近年來，我國CNG汽車得到了較大發(fā)展，而與之密切相關的氣瓶使用年限問題也為業(yè)內人士廣泛重視。氣瓶使用年限直接影響氣瓶安全與否，提出了一種預測氣瓶使用壽命的算法來預測CNG氣瓶的剩余使用次數(shù)，從而減少因超限使用所帶來的損失。

關鍵詞： CNG； 氣瓶； 壽命； 算法

中圖分類號： TN710?34； TP3?05 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

當前，高速發(fā)展的汽車工業(yè)，給整個地球的石油資源帶來了巨大威脅，同時我們的生存環(huán)境也因為各種污染問題而備受挑戰(zhàn)。采用壓縮天然氣作為燃料的清潔能源汽車，對于緩解這兩大問題能起到非常好的效果。通過加壓設備，施加 20～25 MPa的高壓，從而將天然氣進行脫水、脫硫化氫后壓縮至特制的儲氣氣瓶內貯存的技術稱之為壓縮天然氣（Compress Natural Gas， CNG）技術。由此可以看出，壓縮天然氣儲氣氣瓶的瓶壁不可避免地存在應力集中，并且在運輸和使用過程中存在很大的流動壓力，而且又有多次充放氣的過程，經(jīng)歷這樣周而復始地操作之后，瓶體極易產(chǎn)生損壞，從而爆發(fā)我們不愿看到的事故。截止2011年12月底，全國CNG車輛的保有量為[1]148.5萬，從最初的不足1萬輛發(fā)展到目前的100多萬輛，已位居世界第5位。在壓縮天然氣汽車中，天然氣氣瓶是它的關鍵零部件之一，氣瓶的運行狀態(tài)是否安全，直接影響著天然氣汽車的運營安全。因此確保CNG氣瓶的安全已經(jīng)成為亟待解決的問題。

1 壓縮天然氣氣瓶分類

目前，社會上使用的壓縮天然氣氣瓶主要可以分為兩大類，一種是復合材料氣瓶，另一種是鋼制氣瓶。復合材料氣瓶按照內膽的不同又可以分為金屬內膽復合材料氣瓶和非金屬內膽復合材料氣瓶[2]。壓縮天然氣氣瓶分類如圖1所示。

2 氣瓶使用壽命情況市場調查

2.1 國外氣瓶使用情況

對于鋼質氣瓶的使用壽命，國外大多數(shù)國家都規(guī)定為[3]20年，只有美國和日本規(guī)定為15年，意大利規(guī)定為30年。對于復合材料纏繞氣瓶，國外大多數(shù)國家均按ISO 11439—2000規(guī)定，將使用壽命確定為15年。

2.2 國內氣瓶使用情況

我國GB 17258—1998《汽車用壓縮天然氣鋼瓶》中未對其使用壽命作出規(guī)定，而實踐中一般是按10年作報廢處理。2003年8月，北京天海工業(yè)有限公司的企業(yè)標準Q/JBTHB014—2003《汽車用壓縮天然氣鋼瓶定期檢驗與評定》作出了明確規(guī)定：“對使用期超過5年的出租車及使用期超過10年的其他車輛用鋼瓶。登記后不予檢驗，按報廢處理。

現(xiàn)在實際使用CNG氣瓶的車輛主要以出租汽車和城市公交車為主，也有一部分運輸貨車和私家車。根據(jù)西安市車管所的統(tǒng)計，一輛CNG公交車平均一日加氣的次數(shù)大約為4次，而CNG出租車一日加氣次數(shù)約為2次，私家車的充氣次數(shù)存在較大差異。

一般出租汽車3～5年就得報廢更新，但出租車上配裝的復合材料氣瓶的使用壽命按生產(chǎn)廠家的說明書承諾的為15年。那么此車輛的氣瓶是否達到了使用上限，該不該報廢，應該如何界定？某輛車的氣瓶到底什么時候該報廢？報廢前還可以充氣多少次？本文就此問題，提出了一種預測氣瓶壽命的算法。

3 氣瓶壽命預測算法

通常在討論CNG氣瓶的使用壽命時，并不以使用時間作為計算的標準，而是以充氣次數(shù)作為氣瓶壽命的計算標準。在這里，本文設計了一種根據(jù)車載CNG氣瓶的充氣次數(shù)來估算氣瓶使用壽命的算法。

一般的CNG氣瓶生產(chǎn)廠商在設計氣瓶時，通常以氣瓶充氣次數(shù)達到20 000次，使用年限為15年作為設計標準。因此本算法也采用這個數(shù)據(jù)作為估算氣瓶使用壽命的標準。由于符合氣瓶質量要求的CNG氣瓶使用時間較長，并且經(jīng)歷次數(shù)較多充氣和放氣過程，因此CNG氣瓶的疲勞破壞現(xiàn)象較為普遍和嚴重，可歸屬于高周疲勞現(xiàn)象。假設CNG氣瓶瓶體在受單向載荷作用時，經(jīng)過多次充氣和放氣過程后，將材料的損傷發(fā)展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在氣瓶的使用過程中，損傷是隨著氣瓶的使用次數(shù)的增加不斷增大的。然而，在氣瓶的使用過程可能由于氣瓶充放氣不徹底或者由于氣瓶使用不規(guī)范而造成進一步的損傷，因此本文采用通過氣瓶損傷程度[D]來計算當前循環(huán)次數(shù)的方法來計算氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)，并通過氣瓶剩余循環(huán)次數(shù)來估算氣瓶壽命的方法來進行氣瓶壽命的預測。

4 結 論

CNG技術以其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點在汽車上的使用有很大的前途。當今各國對于石油資源的過渡開采，導致這種資源日趨枯竭，各各國家的政府也都在想方設法調整能源政策，不斷開發(fā)尋求新能源。而且面臨越來越嚴重的環(huán)境污染問題，各國政府也在不斷出臺減少污染的各項法規(guī)，這些措施都使得CNG氣瓶在汽車上的應用具有很大的強迫性和政府干預性，汽車制造業(yè)將來一定會面對和選擇CNG氣瓶。綜上所述，預測CNG氣瓶使用壽命的方法，非常符合社會發(fā)展的需求，它能讓我們規(guī)避風險，有一定的實用價值，值得大面積推廣。

參考文獻

[1] 李永昌.中國CNG汽車總量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嶸，吳曉波，蘇玉堂.全復合材料CNG氣瓶[C]//第十三屆全國玻璃鋼/復合材料學術年會論文集.蘇州：中國硅酸鹽學會玻璃鋼學會，1999：209?211.

[3] 郭衛(wèi)江.CNG氣瓶安裝監(jiān)督檢驗風險控制[J].寧夏工程技術，2012（3）：271?274.

[4] 吳鴻遙.損傷力學[M].北京：國防工業(yè)出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黃海波.表面損傷對全復合材料車用天然氣瓶強度的影響[J].天然氣工業(yè)，2008，28（1）：132?133.

[6] 國慶文，劉利平，孫成訓.短纖維復合材料疲勞損傷及壽命預報[J].黑龍江水專學報，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.

摘 要： 近年來，我國CNG汽車得到了較大發(fā)展，而與之密切相關的氣瓶使用年限問題也為業(yè)內人士廣泛重視。氣瓶使用年限直接影響氣瓶安全與否，提出了一種預測氣瓶使用壽命的算法來預測CNG氣瓶的剩余使用次數(shù)，從而減少因超限使用所帶來的損失。

關鍵詞： CNG； 氣瓶； 壽命； 算法

中圖分類號： TN710?34； TP3?05 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

當前，高速發(fā)展的汽車工業(yè)，給整個地球的石油資源帶來了巨大威脅，同時我們的生存環(huán)境也因為各種污染問題而備受挑戰(zhàn)。采用壓縮天然氣作為燃料的清潔能源汽車，對于緩解這兩大問題能起到非常好的效果。通過加壓設備，施加 20～25 MPa的高壓，從而將天然氣進行脫水、脫硫化氫后壓縮至特制的儲氣氣瓶內貯存的技術稱之為壓縮天然氣（Compress Natural Gas， CNG）技術。由此可以看出，壓縮天然氣儲氣氣瓶的瓶壁不可避免地存在應力集中，并且在運輸和使用過程中存在很大的流動壓力，而且又有多次充放氣的過程，經(jīng)歷這樣周而復始地操作之后，瓶體極易產(chǎn)生損壞，從而爆發(fā)我們不愿看到的事故。截止2011年12月底，全國CNG車輛的保有量為[1]148.5萬，從最初的不足1萬輛發(fā)展到目前的100多萬輛，已位居世界第5位。在壓縮天然氣汽車中，天然氣氣瓶是它的關鍵零部件之一，氣瓶的運行狀態(tài)是否安全，直接影響著天然氣汽車的運營安全。因此確保CNG氣瓶的安全已經(jīng)成為亟待解決的問題。

1 壓縮天然氣氣瓶分類

目前，社會上使用的壓縮天然氣氣瓶主要可以分為兩大類，一種是復合材料氣瓶，另一種是鋼制氣瓶。復合材料氣瓶按照內膽的不同又可以分為金屬內膽復合材料氣瓶和非金屬內膽復合材料氣瓶[2]。壓縮天然氣氣瓶分類如圖1所示。

2 氣瓶使用壽命情況市場調查

2.1 國外氣瓶使用情況

對于鋼質氣瓶的使用壽命，國外大多數(shù)國家都規(guī)定為[3]20年，只有美國和日本規(guī)定為15年，意大利規(guī)定為30年。對于復合材料纏繞氣瓶，國外大多數(shù)國家均按ISO 11439—2000規(guī)定，將使用壽命確定為15年。

2.2 國內氣瓶使用情況

我國GB 17258—1998《汽車用壓縮天然氣鋼瓶》中未對其使用壽命作出規(guī)定，而實踐中一般是按10年作報廢處理。2003年8月，北京天海工業(yè)有限公司的企業(yè)標準Q/JBTHB014—2003《汽車用壓縮天然氣鋼瓶定期檢驗與評定》作出了明確規(guī)定：“對使用期超過5年的出租車及使用期超過10年的其他車輛用鋼瓶。登記后不予檢驗，按報廢處理。

現(xiàn)在實際使用CNG氣瓶的車輛主要以出租汽車和城市公交車為主，也有一部分運輸貨車和私家車。根據(jù)西安市車管所的統(tǒng)計，一輛CNG公交車平均一日加氣的次數(shù)大約為4次，而CNG出租車一日加氣次數(shù)約為2次，私家車的充氣次數(shù)存在較大差異。

一般出租汽車3～5年就得報廢更新，但出租車上配裝的復合材料氣瓶的使用壽命按生產(chǎn)廠家的說明書承諾的為15年。那么此車輛的氣瓶是否達到了使用上限，該不該報廢，應該如何界定？某輛車的氣瓶到底什么時候該報廢？報廢前還可以充氣多少次？本文就此問題，提出了一種預測氣瓶壽命的算法。

3 氣瓶壽命預測算法

通常在討論CNG氣瓶的使用壽命時，并不以使用時間作為計算的標準，而是以充氣次數(shù)作為氣瓶壽命的計算標準。在這里，本文設計了一種根據(jù)車載CNG氣瓶的充氣次數(shù)來估算氣瓶使用壽命的算法。

一般的CNG氣瓶生產(chǎn)廠商在設計氣瓶時，通常以氣瓶充氣次數(shù)達到20 000次，使用年限為15年作為設計標準。因此本算法也采用這個數(shù)據(jù)作為估算氣瓶使用壽命的標準。由于符合氣瓶質量要求的CNG氣瓶使用時間較長，并且經(jīng)歷次數(shù)較多充氣和放氣過程，因此CNG氣瓶的疲勞破壞現(xiàn)象較為普遍和嚴重，可歸屬于高周疲勞現(xiàn)象。假設CNG氣瓶瓶體在受單向載荷作用時，經(jīng)過多次充氣和放氣過程后，將材料的損傷發(fā)展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在氣瓶的使用過程中，損傷是隨著氣瓶的使用次數(shù)的增加不斷增大的。然而，在氣瓶的使用過程可能由于氣瓶充放氣不徹底或者由于氣瓶使用不規(guī)范而造成進一步的損傷，因此本文采用通過氣瓶損傷程度[D]來計算當前循環(huán)次數(shù)的方法來計算氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)，并通過氣瓶剩余循環(huán)次數(shù)來估算氣瓶壽命的方法來進行氣瓶壽命的預測。

4 結 論

CNG技術以其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點在汽車上的使用有很大的前途。當今各國對于石油資源的過渡開采，導致這種資源日趨枯竭，各各國家的政府也都在想方設法調整能源政策，不斷開發(fā)尋求新能源。而且面臨越來越嚴重的環(huán)境污染問題，各國政府也在不斷出臺減少污染的各項法規(guī)，這些措施都使得CNG氣瓶在汽車上的應用具有很大的強迫性和政府干預性，汽車制造業(yè)將來一定會面對和選擇CNG氣瓶。綜上所述，預測CNG氣瓶使用壽命的方法，非常符合社會發(fā)展的需求，它能讓我們規(guī)避風險，有一定的實用價值，值得大面積推廣。

參考文獻

[1] 李永昌.中國CNG汽車總量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嶸，吳曉波，蘇玉堂.全復合材料CNG氣瓶[C]//第十三屆全國玻璃鋼/復合材料學術年會論文集.蘇州：中國硅酸鹽學會玻璃鋼學會，1999：209?211.

[3] 郭衛(wèi)江.CNG氣瓶安裝監(jiān)督檢驗風險控制[J].寧夏工程技術，2012（3）：271?274.

[4] 吳鴻遙.損傷力學[M].北京：國防工業(yè)出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黃海波.表面損傷對全復合材料車用天然氣瓶強度的影響[J].天然氣工業(yè)，2008，28（1）：132?133.

[6] 國慶文，劉利平，孫成訓.短纖維復合材料疲勞損傷及壽命預報[J].黑龍江水專學報，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.

摘 要： 近年來，我國CNG汽車得到了較大發(fā)展，而與之密切相關的氣瓶使用年限問題也為業(yè)內人士廣泛重視。氣瓶使用年限直接影響氣瓶安全與否，提出了一種預測氣瓶使用壽命的算法來預測CNG氣瓶的剩余使用次數(shù)，從而減少因超限使用所帶來的損失。

關鍵詞： CNG； 氣瓶； 壽命； 算法

中圖分類號： TN710?34； TP3?05 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

當前，高速發(fā)展的汽車工業(yè)，給整個地球的石油資源帶來了巨大威脅，同時我們的生存環(huán)境也因為各種污染問題而備受挑戰(zhàn)。采用壓縮天然氣作為燃料的清潔能源汽車，對于緩解這兩大問題能起到非常好的效果。通過加壓設備，施加 20～25 MPa的高壓，從而將天然氣進行脫水、脫硫化氫后壓縮至特制的儲氣氣瓶內貯存的技術稱之為壓縮天然氣（Compress Natural Gas， CNG）技術。由此可以看出，壓縮天然氣儲氣氣瓶的瓶壁不可避免地存在應力集中，并且在運輸和使用過程中存在很大的流動壓力，而且又有多次充放氣的過程，經(jīng)歷這樣周而復始地操作之后，瓶體極易產(chǎn)生損壞，從而爆發(fā)我們不愿看到的事故。截止2011年12月底，全國CNG車輛的保有量為[1]148.5萬，從最初的不足1萬輛發(fā)展到目前的100多萬輛，已位居世界第5位。在壓縮天然氣汽車中，天然氣氣瓶是它的關鍵零部件之一，氣瓶的運行狀態(tài)是否安全，直接影響著天然氣汽車的運營安全。因此確保CNG氣瓶的安全已經(jīng)成為亟待解決的問題。

1 壓縮天然氣氣瓶分類

目前，社會上使用的壓縮天然氣氣瓶主要可以分為兩大類，一種是復合材料氣瓶，另一種是鋼制氣瓶。復合材料氣瓶按照內膽的不同又可以分為金屬內膽復合材料氣瓶和非金屬內膽復合材料氣瓶[2]。壓縮天然氣氣瓶分類如圖1所示。

2 氣瓶使用壽命情況市場調查

2.1 國外氣瓶使用情況

對于鋼質氣瓶的使用壽命，國外大多數(shù)國家都規(guī)定為[3]20年，只有美國和日本規(guī)定為15年，意大利規(guī)定為30年。對于復合材料纏繞氣瓶，國外大多數(shù)國家均按ISO 11439—2000規(guī)定，將使用壽命確定為15年。

2.2 國內氣瓶使用情況

我國GB 17258—1998《汽車用壓縮天然氣鋼瓶》中未對其使用壽命作出規(guī)定，而實踐中一般是按10年作報廢處理。2003年8月，北京天海工業(yè)有限公司的企業(yè)標準Q/JBTHB014—2003《汽車用壓縮天然氣鋼瓶定期檢驗與評定》作出了明確規(guī)定：“對使用期超過5年的出租車及使用期超過10年的其他車輛用鋼瓶。登記后不予檢驗，按報廢處理。

現(xiàn)在實際使用CNG氣瓶的車輛主要以出租汽車和城市公交車為主，也有一部分運輸貨車和私家車。根據(jù)西安市車管所的統(tǒng)計，一輛CNG公交車平均一日加氣的次數(shù)大約為4次，而CNG出租車一日加氣次數(shù)約為2次，私家車的充氣次數(shù)存在較大差異。

一般出租汽車3～5年就得報廢更新，但出租車上配裝的復合材料氣瓶的使用壽命按生產(chǎn)廠家的說明書承諾的為15年。那么此車輛的氣瓶是否達到了使用上限，該不該報廢，應該如何界定？某輛車的氣瓶到底什么時候該報廢？報廢前還可以充氣多少次？本文就此問題，提出了一種預測氣瓶壽命的算法。

3 氣瓶壽命預測算法

通常在討論CNG氣瓶的使用壽命時，并不以使用時間作為計算的標準，而是以充氣次數(shù)作為氣瓶壽命的計算標準。在這里，本文設計了一種根據(jù)車載CNG氣瓶的充氣次數(shù)來估算氣瓶使用壽命的算法。

一般的CNG氣瓶生產(chǎn)廠商在設計氣瓶時，通常以氣瓶充氣次數(shù)達到20 000次，使用年限為15年作為設計標準。因此本算法也采用這個數(shù)據(jù)作為估算氣瓶使用壽命的標準。由于符合氣瓶質量要求的CNG氣瓶使用時間較長，并且經(jīng)歷次數(shù)較多充氣和放氣過程，因此CNG氣瓶的疲勞破壞現(xiàn)象較為普遍和嚴重，可歸屬于高周疲勞現(xiàn)象。假設CNG氣瓶瓶體在受單向載荷作用時，經(jīng)過多次充氣和放氣過程后，將材料的損傷發(fā)展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在氣瓶的使用過程中，損傷是隨著氣瓶的使用次數(shù)的增加不斷增大的。然而，在氣瓶的使用過程可能由于氣瓶充放氣不徹底或者由于氣瓶使用不規(guī)范而造成進一步的損傷，因此本文采用通過氣瓶損傷程度[D]來計算當前循環(huán)次數(shù)的方法來計算氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)，并通過氣瓶剩余循環(huán)次數(shù)來估算氣瓶壽命的方法來進行氣瓶壽命的預測。

4 結 論

CNG技術以其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點在汽車上的使用有很大的前途。當今各國對于石油資源的過渡開采，導致這種資源日趨枯竭，各各國家的政府也都在想方設法調整能源政策，不斷開發(fā)尋求新能源。而且面臨越來越嚴重的環(huán)境污染問題，各國政府也在不斷出臺減少污染的各項法規(guī)，這些措施都使得CNG氣瓶在汽車上的應用具有很大的強迫性和政府干預性，汽車制造業(yè)將來一定會面對和選擇CNG氣瓶。綜上所述，預測CNG氣瓶使用壽命的方法，非常符合社會發(fā)展的需求，它能讓我們規(guī)避風險，有一定的實用價值，值得大面積推廣。

參考文獻

[1] 李永昌.中國CNG汽車總量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嶸，吳曉波，蘇玉堂.全復合材料CNG氣瓶[C]//第十三屆全國玻璃鋼/復合材料學術年會論文集.蘇州：中國硅酸鹽學會玻璃鋼學會，1999：209?211.

[3] 郭衛(wèi)江.CNG氣瓶安裝監(jiān)督檢驗風險控制[J].寧夏工程技術，2012（3）：271?274.

[4] 吳鴻遙.損傷力學[M].北京：國防工業(yè)出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黃海波.表面損傷對全復合材料車用天然氣瓶強度的影響[J].天然氣工業(yè)，2008，28（1）：132?133.

[6] 國慶文，劉利平，孫成訓.短纖維復合材料疲勞損傷及壽命預報[J].黑龍江水專學報，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.