車用LNG氣瓶定期檢驗技術(shù)探討

駱 輝薄 柯李 桐黃強華

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車用LNG氣瓶定期檢驗技術(shù)探討

駱 輝1薄 柯1李 桐1黃強華2

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）
（2.全國氣瓶標準化委員會 北京 100029）

摘 要：介紹車用LNG氣瓶檢驗現(xiàn)狀以及存在的問題，說明目前檢驗方法不適應(yīng)車用LNG氣瓶檢驗。分析該類型氣瓶常見問題和失效情況，提出應(yīng)根據(jù)氣瓶可能存在的失效類型以及總體狀況制定不同檢驗方案，宜采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結(jié)合的方法，首次檢驗以在線檢驗為主，狀況不好的氣瓶以及第二檢驗周期氣瓶采用拆瓶檢驗。該檢驗方法可以保障氣瓶安全運行，同時降低檢驗對氣瓶運行時間及成本造成的不利影響，具有科學(xué)性和經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：車用LNG氣瓶 定期檢驗 在線檢驗 拆卸檢驗

圖1　LNG汽車氣瓶安裝位置

LNG氣瓶用于低溫介質(zhì)存儲，且存儲介質(zhì)易燃易爆，危險性極大，特別是作為基礎(chǔ)公共交通工具的LNG公交車，如發(fā)生事故，將會造成極大社會影響。LNG氣瓶安全關(guān)系到LNG汽車安全，保障LNG氣瓶安全運行至關(guān)重要，因此TSG R0009—2009《車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求對氣瓶進行定期檢驗［1］，TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中也對車用焊接絕熱氣瓶定期檢驗提出要求。

目前國內(nèi)早期投入運行的車用LNG氣瓶使用年限已達到3～4年，按照目前法規(guī)規(guī)定，已經(jīng)達到首次定檢周期，據(jù)推算和市場調(diào)查，我國每年需要進行定期檢驗的該類型氣瓶數(shù)量在6萬只以上，但國內(nèi)還沒有該類型氣瓶定期檢驗國家標準，一些檢驗機構(gòu)以及各地氣瓶檢驗站按照各自備案的企業(yè)標準或者地方標準進行檢驗，這些標準中規(guī)定的檢驗方法、評價標準基本相同，而這些檢驗標準對于車用LNG氣瓶檢驗存在不適應(yīng)、不科學(xué)地方，難以推廣應(yīng)用，導(dǎo)致車用LNG氣瓶定檢率較低，因此應(yīng)根據(jù)車用LNG氣瓶主要問題及失效模式，結(jié)合氣瓶使用特點，制定科學(xué)、合理的檢驗標準。

1 車用LNG氣瓶檢驗現(xiàn)狀

1.1車用LNG氣瓶檢驗方法

目前，由于車用LNG氣瓶定期檢驗尚無國家標準，部分省市特種設(shè)備檢驗機構(gòu)以及民營氣瓶檢驗站按照各自企標開展檢驗工作，部分省市質(zhì)檢系統(tǒng)也出臺了地方標準，對氣瓶檢驗提出要求。這些企標及地方標準，檢驗項目基本包括資料審查，氣瓶和管路宏觀檢查，安全附件檢查，閥門檢驗，氣密性試驗，體現(xiàn)氣瓶絕熱性能的靜態(tài)蒸發(fā)率檢測（LN2），必要時增加無損檢測、真空度、漏放氣速率等檢測手段。為完成這些檢驗項目，需要將氣瓶從安裝位置拆卸下來，且需要將氣瓶管路、附件等拆解，該類型檢驗方法可統(tǒng)稱為拆瓶檢驗。

部分檢驗機構(gòu)開發(fā)了在線檢驗技術(shù)，其他檢驗項目基本相同，不同之處在于氣瓶絕熱性能檢測方法上，通常檢驗方法通過靜態(tài)蒸發(fā)率反應(yīng)氣瓶絕熱性能，在線檢驗通過紅外成像技術(shù)來反應(yīng)氣瓶絕熱性能［2］，絕熱性能不好的氣瓶，氣瓶存在溫度較低區(qū)域，從圖像上可以進行識別，對待檢氣瓶進行逐只紅外成像檢測，然后對有懷疑氣瓶進行靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，不必對每只氣瓶進行靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，提高檢測效率。部分檢驗機構(gòu)開發(fā)通過氣瓶氣象空間升壓速度來判定氣瓶絕熱性能，如氣瓶絕熱性能好，外界向氣瓶內(nèi)部介質(zhì)傳遞的熱量少，因此內(nèi)部介質(zhì)蒸發(fā)較少，氣瓶氣象空間升壓速度慢，否則升壓速度快。

1.2車用LNG氣瓶目前檢驗方法存在的問題

目前檢驗普遍采用拆瓶檢驗方法，為完成檢驗項目，首先將這些氣瓶從所在車輛拆卸下來，并且將氣瓶部分附件拆除，并將氣瓶內(nèi)部LNG放空，靜態(tài)蒸發(fā)率檢測時候，需要充入液氮（LN2），檢驗完成后，重新安裝氣瓶。按照該檢驗方法，整個檢驗過程需要8天以上時間，且氣瓶重新安裝過程，需要進行監(jiān)督檢驗，氣瓶檢驗完成重新安裝后，因氣瓶LNG已經(jīng)被放空，車輛無法正常啟動工作，通常氣瓶檢驗場所無法對檢驗氣瓶充裝LNG。因此，目前檢驗方法，一方面檢驗效率低，另一方面由檢驗引起的附加成本高，附加成本是檢驗成本數(shù)倍甚至十幾倍。此外，公交車用LNG氣瓶在車用LNG氣瓶中占有絕大比例，由于該類型氣瓶數(shù)量巨大，單批次需要進行幾十只氣瓶檢驗，意味單批次需要停駛大量公交車，而公交車是城市基本交通工具，對檢驗效率要求較高，由于拆瓶檢驗效率較低，將大面積影響城市公交的正常運營。

1052 Effectiveness of neuromuscular electrical stimulation combined with swallowing training for dysphagia after acute ischemic stroke

對于車用LNG氣瓶檢驗，絕熱性能檢測是比較重要也是對檢驗效率影響最大的項目，目前按照GB/T 18443.5—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法 第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測量》進行靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，檢測通常需要4天以上時間，且需要對LNG氣瓶進行放空、充裝液氮，為提高檢驗效率，一些機構(gòu)開發(fā)新型檢驗技術(shù)來提高檢驗效率，開發(fā)的新型檢驗技術(shù)中，以紅外成像技術(shù)來反應(yīng)氣瓶絕熱性能，但是，由于車用氣瓶安裝位置各異，有的氣瓶瓶體被包圍，僅氣瓶操作端敞開，有的氣瓶瓶體極少部分敞開，且前、后端封頭部位和擋板距離在10cm以內(nèi)，因此無法在線完成紅外成像檢測操作，為完成該項檢測，仍需要將部分安裝位置不合適的氣瓶拆卸，影響檢驗效率。還有一些機構(gòu)開發(fā)以氣瓶氣象空間升壓速度來反應(yīng)氣瓶絕熱性能檢測方法，氣瓶升壓過程，也是氣瓶內(nèi)部發(fā)生復(fù)雜的熱力學(xué)變化過程，氣瓶升壓速度除受到氣瓶絕熱性能影響外，還受到外界環(huán)境、起始壓力、介質(zhì)熱力學(xué)狀態(tài)等影響，對于同一只氣瓶，在不同環(huán)境溫度以及不同起始壓力下，升壓速度如圖2所示，該方法目前缺少理論分析及足夠的試驗數(shù)據(jù)，尚未形成標準［3］。

圖2　環(huán)境溫度、起始壓力對氣瓶升壓速度影響［3］

2 車用LNG氣瓶常見問題及失效類型

通過對數(shù)百只車用LNG氣瓶檢驗，以及生產(chǎn)廠家調(diào)查，氣瓶常見問題和失效類型包括資料審查問題，安全附件問題，接管部位、閥門本體泄漏問題，接管、閥門、附件開裂問題，以及氣瓶絕熱性能超標問題。

資料審查，審查氣瓶出廠技術(shù)資料，氣瓶制造監(jiān)檢證書，氣瓶安裝監(jiān)檢，以及氣瓶注冊登記信息等，目前氣瓶技術(shù)資料基本齊全，最突出問題為部分氣瓶未進行注冊登記，此外還有氣瓶資料和現(xiàn)場氣瓶不對應(yīng)，主要原因是由于在使用中氣瓶存在質(zhì)量問題，進行氣瓶更換，使用單位未及時更新氣瓶技術(shù)資料，導(dǎo)致氣瓶資料和現(xiàn)場不符。

安全附件問題，包含安全閥、壓力表超期未校驗，安全閥整定壓力不滿足要求，壓力表精度不滿足要求，超期未校驗問題是安全附件主要問題，由于更換壓力表、安全閥，需要放空氣瓶壓力，很多使用單位都不能按時校驗安全附件，安全閥整定壓力及壓力表精度不滿足要求問題較少，主要是由于使用單位在安全附件更換過程中附件錯裝。在安全附件檢驗方面，目前各檢驗標準將液位計也列為安全附件，在實際檢驗中也發(fā)現(xiàn)一定量液位計失效，主要是由于液位計線路及數(shù)字儀表顯示故障，從氣瓶結(jié)構(gòu)及使用情況考慮，該問題不會引起氣瓶安全問題，另一方面，《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及《壓力容器定期檢驗規(guī)則》中，也未將液位計列入安全附件，因此建議車用LNG氣瓶檢驗中不進行液位計檢驗。

接管部位、閥門本體泄漏是車用LNG氣瓶比較常見問題，一方面由于接管間的密封件失效，另一方面由于車載氣瓶一直處于運動狀態(tài)，引起接管松動，因此氣瓶接管中發(fā)生泄漏點較多，對于氣瓶中閥門，由于密封件受到低溫介質(zhì)影響，閥門本體也會發(fā)生泄漏。此外，由于閥門經(jīng)常開、關(guān)，造成密封件磨損，閥門也可能發(fā)生內(nèi)漏。

接管、閥體開裂是車用LNG氣瓶另一比較常見問題，在LNG氣瓶中，很多接管為黃銅和不銹鋼通過螺紋連接，氣瓶附件處于冷、熱變化狀態(tài)，由于黃銅和不銹鋼的膨脹系數(shù)不一致，又由于銅的強度較低，因此氣瓶中很多接管開裂，如圖3所示。對于氣瓶閥門，部分閥門也是黃銅和不銹鋼部件連接，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致閥體開裂，如圖4所示。

圖 3 車用LNG氣瓶接管開裂

車用LNG氣瓶的絕熱性能是重要指標之一，不但關(guān)系到安全性，也關(guān)系到氣瓶運行經(jīng)濟性，由于氣瓶使用一段時間后，氣體分子的緩慢析出，氣瓶夾層真空度發(fā)生變化，以及在結(jié)構(gòu)方面發(fā)生變化，導(dǎo)致氣瓶絕熱性能降低，反應(yīng)氣瓶絕熱性能的靜態(tài)蒸發(fā)率超標。氣瓶絕熱性能超標，引起安全閥頻繁，一方面引起能源浪費，另一方面排出可燃氣體積聚，會引起火災(zāi)等事故。此外，氣瓶絕熱性能不好，會引起瓶體跑冷，跑冷部位發(fā)生結(jié)露或者結(jié)霜，如圖5所示，通過宏觀檢查容易發(fā)現(xiàn)該問題。

圖5　車用LNG氣瓶瓶體結(jié)露

其他失效類型方面，氣瓶固定方面也可能出現(xiàn)問題，車用氣瓶靠捆綁帶及螺栓固定在車輛鞍座上或者箱體中，氣瓶運行中處于震動狀態(tài)，如捆綁帶強度不夠，在應(yīng)力集中部位發(fā)生缺陷擴展，最終導(dǎo)致捆綁帶斷裂，如圖6所示。

圖6　捆綁帶斷裂

經(jīng)對A、B、C公司氣瓶采用在線檢驗技術(shù)檢驗，本次檢驗為氣瓶第一周期檢驗，車用氣瓶失效情況主要以泄露，接頭、閥門開裂，以及絕熱性能超標為主，絕熱性能失效的氣瓶相對比例較低，各種失效類型統(tǒng)計見表1。由于采用在線檢驗方法，未統(tǒng)計氣瓶閥門內(nèi)漏失效情況。

表1　氣瓶檢驗問題及失效案例情況統(tǒng)計表

3 車用LNG氣瓶檢驗技術(shù)探討

根據(jù)目前氣瓶檢驗主要存在的問題和失效類型，以及目前車用LNG氣瓶所采用的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)制造廠調(diào)查結(jié)果，氣瓶使用5～6年后，70%氣瓶真空度達不到要求，因此如氣瓶投入使用6年左右時間，即第二檢驗周期，將出現(xiàn)大批量氣瓶絕熱性能不符合要求，此外，根據(jù)低溫氣瓶閥門運行工況特點，部分氣瓶閥門開關(guān)次數(shù)增加，閥門密封件磨損或者損壞，部分閥門可能發(fā)生內(nèi)漏，閥門出現(xiàn)無法完全實現(xiàn)開啟和關(guān)閉功能，結(jié)合氣瓶其他常見失效類型，以及《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定低溫絕熱氣瓶檢驗周期要求，因此車用LNG氣瓶宜采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結(jié)合的檢驗方法。根據(jù)不同使用時間可能出現(xiàn)的失效模式，采用不同檢驗方法，檢驗項目應(yīng)具有科學(xué)性和針對性，兼顧氣瓶安全性和檢驗經(jīng)濟性。

3.1在線檢驗技術(shù)探討

對于首次檢驗氣瓶，投入使用時間在3年左右，根據(jù)之前檢驗情況總結(jié)，氣瓶總體狀況較好，氣瓶問題以資料問題、安全附件問題、泄漏問題、開裂問題為主，還可能出現(xiàn)小部分氣瓶絕熱性能超標，這些問題及缺陷可以通過在線檢驗發(fā)現(xiàn)，并且大部分問題通過在線維修來解決，在線檢驗減少氣瓶檢驗帶來的附加成本，同時降低氣瓶檢驗對車輛運輸造成的影響，因此首次檢驗應(yīng)該以在線檢驗為主。

采用在線檢驗，首先進行資料審查以及安全附件檢查，檢查氣瓶是否為符合法規(guī)要求的產(chǎn)品，是否存在未登記注冊、私自安裝、私自更換等問題，安全附件檢查主要檢查安全附件是否超期以及參數(shù)是否符合要求等，其次進行宏觀檢查，檢查氣瓶是否存在結(jié)露、結(jié)霜，以及接頭、附件是否存在開裂等，其次進行氣密性檢查，目前車用氣瓶普遍帶有自增壓裝置，可以通過自增壓將瓶內(nèi)壓力升高到公稱工作壓力，進行氣密檢查，一方面可以檢查接頭密封性，另一方面可以幫助檢查接頭、閥門、附件是否存在開裂問題。

對于在線檢驗，目的是為了提高氣瓶檢驗效率，降低檢驗引起的不必要成本，對于車用LNG氣瓶檢驗，應(yīng)改進氣瓶絕熱性能檢測方法，目前普遍采用以液氮為介質(zhì)進行靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，各法規(guī)、標準均采用該指標對氣瓶絕熱性能進行評價，對于在用氣瓶，瓶內(nèi)充裝LNG，為避免介質(zhì)置換方便檢驗，應(yīng)建立以LNG為介質(zhì)的檢測評價標準，因為LNG為多組分介質(zhì)，組分不同，對檢測結(jié)果有一定影響，應(yīng)通過理論分析以及試驗驗證，得出組分對檢測結(jié)果影響程度，建立能滿足需要的檢測評定準則。還應(yīng)開發(fā)方便且高效的在線檢驗的絕熱性能檢測方法，通過氣瓶升壓速度來在線反應(yīng)絕熱性能，還需要進一步從理論和試驗上完善該方法，形成標準，能夠滿足在線檢測需要。對于通過氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率來反應(yīng)氣瓶絕熱性能，可以縮短檢測時間，參照GB 18443.5—2010進行近似測量，將氣瓶充滿介質(zhì)靜置12h，然后連續(xù)測量12h內(nèi)介質(zhì)蒸發(fā)量，將12h內(nèi)測量結(jié)果按比例放大到24h的蒸發(fā)量，由于氣瓶單位時間內(nèi)介質(zhì)蒸發(fā)量是隨時間減小直至平衡穩(wěn)定的過程，因此該方法測量結(jié)果應(yīng)大于標準方法測量結(jié)果，試驗表明，該方法和測量結(jié)果是按照標準規(guī)范方法測量結(jié)果的1.09～1.20倍，部分試驗結(jié)果見表2。因此可采用該方法進行測量，將測量結(jié)果除以1.09作為氣瓶近似靜態(tài)蒸發(fā)率，該方法極大縮短了檢測時間，提高檢測效率，同時該方法具有保守性，能滿足現(xiàn)場檢驗需要。對于氣瓶絕熱性能檢測，紅外成像技術(shù)也是比較可靠、快捷的檢測技術(shù)，一些檢驗機構(gòu)對紅外成像技術(shù)在低溫容器檢驗方面應(yīng)用做了大量研究工作，但該方法只能對安裝位置合適的氣瓶進行測量。

表2　氣瓶檢驗問題及失效案例情況統(tǒng)計表

在線檢驗技術(shù)設(shè)置的檢驗項目，可以檢出氣瓶存在的問題及缺陷，具有科學(xué)性和針對性，同時降低了因檢驗而造成對氣瓶運行的影響。對于總體狀況不好的氣瓶，應(yīng)采用拆瓶檢驗方法進行檢驗，保障氣瓶安全。

3.2拆瓶檢驗技術(shù)探討

對于投入使用時間較長的氣瓶，如達到第二檢驗周期氣瓶，同樣會出現(xiàn)3.1中描述的缺陷類型，但出現(xiàn)的缺陷類型又具有以下特點。首先，由于大規(guī)模氣瓶真空度喪失，導(dǎo)致大量檢驗氣瓶絕熱性能超標，需進行抽真空、真空度測量等維修處理，其次，隨著閥門開關(guān)次數(shù)增加，閥門可能出現(xiàn)內(nèi)漏，最后，由于使用時間較長，各管路接頭部位密封失效，氣瓶可能出現(xiàn)較多泄漏點，需要重新組裝。如采用在線檢驗，現(xiàn)場無法完成對氣瓶所有缺陷維修及處理，因此宜采用拆瓶檢驗。此外，對于長時間未投入使用以及總體狀態(tài)不好的氣瓶，檢驗時需要對氣瓶進行大量維修和處理工作，采用拆瓶檢驗方法比較科學(xué)合理。

拆瓶檢驗方法，在氣瓶檢驗站完成，首先將氣瓶管路、附件拆卸，逐一檢查各氣瓶管路附件，氣瓶閥門進行氣密性試驗和外觀檢查，更換接頭密封件，重新進行組裝。組裝完成后，進行抽真空處理和真空度測量，真空度指標達到出廠技術(shù)要求。

氣瓶完成組裝后，充入液氮，進行宏觀檢查及氣密性試驗，檢驗內(nèi)容及方法與在線檢驗基本相同。最后進行靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，拆瓶檢驗靜態(tài)蒸發(fā)率檢測采用的介質(zhì)為液氮，檢驗方法按照GB/T 18443.5—2010進行，靜態(tài)蒸發(fā)率評價標準按照氣瓶出廠技術(shù)要求。

拆瓶檢驗對氣瓶運行影響較大，成本較高，可以全面檢驗氣瓶各項技術(shù)指標，并可以對氣瓶重新組裝及進行提高絕熱性能處理，經(jīng)檢驗及處理后的氣瓶安全狀況較好，主要技術(shù)參數(shù)基本上可恢復(fù)到出廠時指標，保障氣瓶安全。

4 結(jié)論與探討

對于車用LNG氣瓶檢驗，根據(jù)該類型氣瓶可能出現(xiàn)的失效類型以及該類型氣瓶使用特點，采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結(jié)合的檢驗方法。在線檢驗方便、快捷、成本低，能夠檢出該周期內(nèi)氣瓶的各類型缺陷，且能夠?qū)崿F(xiàn)絕大部分缺陷的在線維修。拆瓶檢驗，成本較高，且對氣瓶運行影響較大，經(jīng)過檢驗后，氣瓶某些技術(shù)指標等達到出廠要求，極大保障了氣瓶安全。因此采用兩種方法相結(jié)合的檢驗，結(jié)合了氣瓶安全性和經(jīng)濟性，檢驗方法具有科學(xué)性。

參考文獻

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Discussion on Periodic Inspection Technology of LNG Cylinder for Vehicles

Luo Hui1Bo Ke1Li Tong1Huang Qianghua2
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100029)

AbstractThis paper introduces the present situation and problems of periodic inspection for LNG cylinder on vehicles. It is found that the present regulation is not suitable for LNG cylinder periodic inspection. With the analysis of the problems and failure model of LNG cylinder, it is concluded that the inspection regulation should based on failure model and the integrity of cylinder, the combining of inspection on line and inspection on site should be considered. Inspection on line can be used for frst period， and inspection on site can be used for second period or the cylinder with bad integrity. The inspection regulation could keep safety for cylinder operation, and decrease the negative effects on cylinder operation because of periodic inspection， so the regulation is scientifc and economical.

KeywordsLNG cylinder for vehicles Periodic inspection Inspection on line Inspection on site

中圖分類號：X924.2

文獻標識碼：B

文章編號：1673-257X（2016）04-0042-05

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.007

作者簡介：駱輝（1981～），男，碩士，主任助理，中級工程師，從事壓力容器檢驗檢測以及安全性能研究工作。

收稿日期：（2015-10-07）