車用環(huán)向纏繞氣瓶原型選型分析與建議

袁奕雯 羅曉明 徐維普

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200333）

車用環(huán)向纏繞氣瓶原型選型分析與建議

袁奕雯 羅曉明 徐維普

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200333）

針對業(yè)內(nèi)對車用環(huán)向纏繞氣瓶設(shè)計文件鑒定和型式試驗(yàn)工作中存在選型分歧這一實(shí)際問題，通過綜合分析氣瓶設(shè)計規(guī)則、型式試驗(yàn)規(guī)則和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，對該產(chǎn)品的原型選擇進(jìn)行討論，提出一個能夠符合國家標(biāo)準(zhǔn)、合理體現(xiàn)制造廠家訴求、且能與設(shè)計鑒定、型式試驗(yàn)工作相適應(yīng)的選型建議。

車用氣瓶 設(shè)計鑒定 型式試驗(yàn) 選型

車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶(以下簡稱“纏繞氣瓶”)是近年來新興的一種盛裝壓縮天然氣燃料的高壓容器產(chǎn)品，被廣泛用于公交車、出租車、運(yùn)輸貨車等各種以壓縮天然氣為燃料的汽車上。

國家質(zhì)檢總局《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定》[1]和TSG R009-2009《車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[2]均規(guī)定：氣瓶及附件正式投產(chǎn)前，應(yīng)當(dāng)按照安全技術(shù)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行型式試驗(yàn)；改變設(shè)計文件……時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行型式試驗(yàn)”。

同時，TSG R009-2009《車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[2]第六條和TSG R1003-2006《氣瓶設(shè)計文件鑒定規(guī)則》[3]（以下簡稱“TSG R1003”）第二條均有關(guān)于“氣瓶在制造前應(yīng)進(jìn)行設(shè)計文件鑒定工作”的表述。

但是，TSG R7002-2009《氣瓶型式試驗(yàn)規(guī)則》[4]第四條第一款規(guī)定“改變原設(shè)計，并且按照《氣瓶設(shè)計文件鑒定規(guī)則》視為新設(shè)計的”需要重新進(jìn)行型式試驗(yàn)。這一針對“新設(shè)計”和型式試驗(yàn)關(guān)系的表述，在纏繞氣瓶業(yè)內(nèi)引起了一些理解上的分歧。

GB 24160-2009《車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶》[5]（以下簡稱“GB 24160”）由于脫胎于ISO 11439[5]，因此沿襲國際標(biāo)準(zhǔn)，提出了“設(shè)計變更”的概念，其表7 “設(shè)計變更需重新進(jìn)行型式試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目”中將材料、直徑、長度、工作壓力、端部結(jié)構(gòu)、瓶口螺紋尺寸、制造工藝、保護(hù)層及瓶閥等列為設(shè)計變更項(xiàng)，廠家只需根據(jù)變更項(xiàng)的不同補(bǔ)充進(jìn)行相應(yīng)型式試驗(yàn)項(xiàng)目即可。這與《氣瓶設(shè)計文件鑒定規(guī)則》中關(guān)于的“設(shè)計變更”概念差異較大，甚至與“新設(shè)計”的概念自相矛盾。因此部分廠家在申報設(shè)計文件鑒定和型式試驗(yàn)階段，經(jīng)常為選擇哪個定義，選擇哪些型式試驗(yàn)項(xiàng)目而爭論不休。

筆者作為氣瓶設(shè)計文件鑒定及型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的工作人員，就此問題提出自己的觀點(diǎn)和建議。

1 纏繞氣瓶選型分析及討論

1.1 纏繞氣瓶新設(shè)計定義解析

TSG R1003將文件的設(shè)計屬性定義為“新設(shè)計、變更設(shè)計、修改設(shè)計”。其中附錄B對氣瓶“新設(shè)計”的概念已經(jīng)做出了明確的解釋。如果氣瓶設(shè)計所做的改變不在其列，可以視為“變更設(shè)計”?！靶薷脑O(shè)計”主要用于上次設(shè)計鑒定未通過，重新進(jìn)行申請的情況。

由于GB 24160的7.2.1條規(guī)定“新設(shè)計的纏繞氣瓶應(yīng)按其表6規(guī)定項(xiàng)目進(jìn)行型式試驗(yàn)”， 而表6中所要求的型式試驗(yàn)共27項(xiàng)，前后耗時約3個月，這就意味著被定義為“新設(shè)計”的氣瓶均需重新完成全套型式試驗(yàn)。

由此“新設(shè)計”的定義成為爭論焦點(diǎn)：按新設(shè)計，纏繞氣瓶應(yīng)當(dāng)按其表6完成27項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，按GB 24160表7的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計變更，只需要補(bǔ)充進(jìn)行個別試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)時間可大幅縮短，這最終將關(guān)系到企業(yè)在市場競爭中的生死存亡。

針對TSG R1003和GB 24160的不同定義比較說明，見表1。

由表1可見，TSG R1003和GB 24160對“新設(shè)計”和“設(shè)計變更”的概念分歧較大，暫時無法使之統(tǒng)一，著眼于實(shí)際工作，建議設(shè)計文件階段以TSG R1003的要求為主導(dǎo)，本文表1中所列項(xiàng)目的改變均視為“新設(shè)計”，表1未及項(xiàng)目的改變視為“變更設(shè)計”；型式試驗(yàn)階段以《氣瓶型式試驗(yàn)規(guī)則》及GB 24160的要求為主導(dǎo)，認(rèn)可GB 24160-2009表7中所列“設(shè)計變更”，并按照其要求進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 纏繞氣瓶選型建議與技巧

在GB 24160的表7中，用長度改變和直徑改變代替以往對氣瓶容積改變的定義。通常廠家會根據(jù)市場需要將一個系列氣瓶容積設(shè)定為80L～120L，但根據(jù)TSG R1003的附錄B要求，中容積和大容積視為兩個系列新設(shè)計，但如果從100L為分界點(diǎn)分開，則廠家需要分別按照兩個系列進(jìn)行新設(shè)計，并按表7完成兩次型式試驗(yàn)項(xiàng)目，于是這又成為爭論焦點(diǎn)。

結(jié)合氣瓶設(shè)計文件鑒定和型式試驗(yàn)的要求綜合來看，建議纏繞氣瓶制造廠家在提交設(shè)計鑒定和型式試驗(yàn)時，明確“原型”這一概念，提交“原型”的具體型號規(guī)格；盡量保持“設(shè)計原型”與“型式試驗(yàn)原型”的統(tǒng)一。

表1 纏繞氣瓶新設(shè)計定義解析

“原型”是指纏繞氣瓶的具體型號規(guī)格，如CNG2-G-356-80-20B，不是一個80L～100L范圍。任何一個設(shè)計原型（型式試驗(yàn)原型）只能覆蓋標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的型號規(guī)格，不能任意決定。

曾有纏繞氣瓶制造廠家設(shè)計文件鑒定時提交CNG2-G-356-（110～200）-20B為同一套設(shè)計文件，廠家自稱CNG2-G-356-180-20B為設(shè)計原型，根據(jù)規(guī)則向上覆蓋至長度增加不超過50%，可以覆蓋CNG2-G-356-200-20B；但型式試驗(yàn)階段，廠家由于市場需求的原因，只提交CNG2-G-356-120-20B作為型式試驗(yàn)原型，型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的型式試驗(yàn)報告無法使之覆蓋至200L，僅能向上覆蓋“長度增加50%”，但廠家堅持認(rèn)為CNG2-G-356-120-20B是CNG2-G-356-（110～200）-20B中的一個代表性產(chǎn)品，能夠向上覆蓋到200L，這一分歧是典型的設(shè)計原型與型式試驗(yàn)原型的不統(tǒng)一，導(dǎo)致設(shè)計文件鑒定結(jié)果與型式試驗(yàn)結(jié)構(gòu)無法匹配。

在目前我國的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求下，纏繞氣瓶按照中容積和大容積兩個系列劃分并分別進(jìn)行新設(shè)計鑒定是法律規(guī)定的，并且應(yīng)當(dāng)按容積系列不同分別進(jìn)行型式試驗(yàn)，但是，本著合理體現(xiàn)制造廠家訴求，節(jié)約社會公共資源的前提，有以下兩條選型技巧。

技巧1）先確定大容積系列纏繞氣瓶的設(shè)計原型，可以盡量選擇容積較大、符合廠家本身市場需求的纏繞氣瓶作為設(shè)計原型。根據(jù)GB 24160中7.3的規(guī)定，長度減少小于等于50%，不需要重新進(jìn)行型式試驗(yàn)，長度減少大于50%，只需重新進(jìn)行水爆和壓力循環(huán)試驗(yàn)，因此，選擇較大容積的纏繞氣瓶，從時間成本和經(jīng)濟(jì)成本上而言，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約最大化。

技巧2）如條件所限只能選擇中容積為原型，盡量選擇80L～100L的纏繞氣瓶，按照GB 24160-2009表7的要求重新進(jìn)行型式試驗(yàn)項(xiàng)目，以成為中容積系列的設(shè)計原型（型式試驗(yàn)原型）。80L～100L的纏繞氣瓶向下覆蓋，長度減少小于等于50%，不需要重新進(jìn)行型式試驗(yàn)，目前市場上對于30L～45L纏繞氣瓶的需求較少，可以忽略不計，向大容積變更，也只需補(bǔ)充壓力循環(huán)、水爆和火燒試驗(yàn)即可實(shí)現(xiàn)。

1.3 其他注意事項(xiàng)

● 1.3.1 改變壁厚所應(yīng)注意的問題

纏繞氣瓶由于直徑變化往往會引起壁厚改變，這個問題較為復(fù)雜，不宜只將其視為直徑變更進(jìn)行型式試驗(yàn)，將另撰文闡述。但是，近年來，由于我國交通運(yùn)輸部提出了降低整車裝備重量的新要求，很多制造廠家紛紛開始減薄氣瓶設(shè)計壁厚，提高內(nèi)膽強(qiáng)度，以達(dá)到減輕氣瓶重量的目的，此類纏繞氣瓶可以在已有型式試驗(yàn)原型基礎(chǔ)上，進(jìn)行“抗硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)”后，根據(jù)瓶標(biāo)發(fā)字[2011]第57號[7]《關(guān)于GB24160-2009＜車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶＞提高內(nèi)膽強(qiáng)度的意見》重新進(jìn)行型式試驗(yàn)。

● 1.3.2 TSG R1002中“變更設(shè)計”所應(yīng)注意的問題

目前，絕大多數(shù)纏繞氣瓶制造廠家在進(jìn)行設(shè)計變更后，均認(rèn)為只需進(jìn)行型式試驗(yàn)就可以代替設(shè)計文件備案，筆者認(rèn)為，根據(jù)TSG R1003，凡設(shè)計屬性定義為“新設(shè)計”的氣瓶，均應(yīng)重新進(jìn)行鑒定，而設(shè)計屬性定義為“設(shè)計變更”的氣瓶，則應(yīng)在原設(shè)計文件鑒定機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計變更備案。

2 結(jié)論與建議

通過對纏繞氣瓶有關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析，兼顧纏繞氣瓶制造廠家、氣瓶設(shè)計文件鑒定機(jī)構(gòu)和氣瓶型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)三方工作出發(fā)點(diǎn)，建議如下。

1）纏繞氣瓶設(shè)計文件階段以TSG R1002的要求為主導(dǎo)；型式試驗(yàn)階段以《氣瓶型式試驗(yàn)規(guī)則》和GB24160的要求為主導(dǎo)，認(rèn)可GB 24160-2009表7中所列“設(shè)計變更需重新進(jìn)行型式試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目”，并按照其要求重新進(jìn)行型式試驗(yàn)。

2）同一設(shè)計（相同壁厚、相同直徑、相同壓力）的纏繞氣瓶，建議選擇可行的大容積系列纏繞氣瓶作為首次制造的設(shè)計原型，并以此選定中容積系列纏繞氣瓶的原型，并盡量使設(shè)計原型和型式試驗(yàn)原型保持一致。

3）氣瓶設(shè)計文件鑒定與型式試驗(yàn)是兩項(xiàng)密不可分的工作，建議在法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)修訂時，考慮吸收氣瓶設(shè)計文件鑒定機(jī)構(gòu)和氣瓶型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)代表參與，以便能夠統(tǒng)分兼顧、統(tǒng)一概念，將實(shí)際工作中的意見進(jìn)行匯總和交流，使新的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)更加兼容，可操作。

1 氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定 [S],中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局令第46號,2003

2 TSG R009－2009 車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 [S].

3 TSG R1003－2006,氣瓶設(shè)計文件鑒定規(guī)則[S].

4 TSG R7002－2009 氣瓶型式試驗(yàn)規(guī)則 [S].

5 GB 24160－2009 車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶[S].

6 ISO 11439－2000.Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S]. Switzerland:ISO,2000.

7 瓶標(biāo)發(fā)字[2011]第57號文《關(guān)于GB24160－2009<車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶>提高內(nèi)膽強(qiáng)度的意見》

Prototype Selection Analysis and Recommendations for Toroidal Winding Cylinder in Vehicle

Yuan Yiwen Luo Xiaoming Xu Weipu
(Shanghai institute of special equipment inspection and technical research Shanghai 200333)

To solve the model selecting differences between design document appraisal and the type tests for CNG Cylinder, this paper comprehensive analyzes the requirements of the cylinder design regulation, type testing regulation and product standard, a model selecting conclusion in line with national standards, reasonably reflecting the aspirations of the manufacturer is giving, which is suitable for design document appraisal and the type tests.

CNG Cylinder Design documents appraisal Type test Model selection

B

1673－257X(2014)06－38－03

袁奕雯，(1982-)，女，工程師，主要從事氣瓶設(shè)計文件鑒定、氣瓶型式試驗(yàn)工作及其研究。

2013－12－10）