公交車用LNG 焊接絕熱氣瓶檢驗探討

楊寧祥　黃謙虎　高立柱

摘要：隨著LNG公交車的廣泛應用，LNG焊接絕熱氣瓶數(shù)量逐年增加。TSG 23—2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》的頒布實施，規(guī)定了車用LNG焊接絕熱氣瓶的型式試驗、制造監(jiān)檢、安裝監(jiān)檢和定期檢驗的要求，將有效提升車用LNG焊接絕熱氣瓶的安全性。

關鍵詞：公交車 液化天然氣 焊接絕熱氣瓶 檢驗

Discussion on Inspection of Welded Liquefied Natural Gas Insulated Gas Cylinders Used on Buses

Yang Ningxiang， Huang Qianhu，Gao Lizhu

（Zhuhai Branch，Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research）

Abstract： With the wide application of LNG bus， the number of LNG welded insulated cylinders increases year by year. The promulgation and implementation of the TSG 23—2021 "technical specification for gas cylinder safety" ?stipulates the requirements for type test， manufacture supervision inspection， installation supervision inspection and periodic inspection of vehicle-mounted LNG welded insulated gas cylinders， the safety of vehicle-carried LNG welded insulated gas cylinders will be effectively improved.

Key words： buses， liquefied natural gas， welded insulated cylinders， inspection

1 引言

汽油汽車、油電混合動力汽車、液化天然氣（LNG）汽車、電動汽車作為現(xiàn)代社會使用的4種主要車型，在汽車市場競爭激烈。隨著燃油成本的不斷提升，以及環(huán)保要求的逐漸嚴格，在公共運輸領域，汽油汽車行業(yè)受到較大沖擊，LNG汽車和電動汽車成為了公共運輸汽車的發(fā)展方向。相比燃油汽車，LNG汽車具有燃料價格低廉、續(xù)航里程長、清潔環(huán)保等優(yōu)點，相比電動汽車，LNG汽車又具有加氣時間短、加氣站成熟等特點，使LNG汽車受到交通運輸業(yè)的廣泛關注及政府的普遍青睞。近年來，各級政府相繼出臺了許多LNG汽車的優(yōu)惠政策，極大地促進了LNG汽車行業(yè)的發(fā)展。目前，LNG在交通運輸業(yè)的使用主要集中在城市公交車、長途客車等領域。用于盛裝LNG的低溫絕熱氣瓶是LNG汽車的關鍵部件，是汽車燃料的儲存和供給的關鍵設備。為保證其安全，需要進行型式試驗、制造監(jiān)檢、安裝監(jiān)檢和定期檢驗。近年來，LNG汽車的普及帶動了車用低溫絕熱氣瓶的快速發(fā)展，我國每年新增的車用低溫絕熱氣瓶超過十萬只。

2 氣瓶結(jié)構(gòu)及要求

低溫絕熱氣瓶是LNG公交汽車燃料系統(tǒng)的最重要組成部分。為防止外部環(huán)境熱量進入氣瓶內(nèi)部，維持氣瓶較低的日蒸發(fā)率，采用了高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)。氣瓶由管路系統(tǒng)、外殼、絕熱層、內(nèi)膽、保護圈、支撐結(jié)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

（1）管路系統(tǒng)

管路系統(tǒng)包括管道、安全閥、壓力表、液位計和閥門等，管路系統(tǒng)的設置應具備充液、出液、自動和手動泄壓、超速排放限流、壓力顯示、液位顯示等基本功能。管路系統(tǒng)閥門宜標明介質(zhì)流向，并且截止閥應標明開啟和關閉方向。管路系統(tǒng)及其部件所用的密封件不得與LNG發(fā)生化學反應，并且能夠承受盛裝介質(zhì)的低溫。管路系統(tǒng)的制作主要在制造廠完成。在制造廠組裝時，要注意管路系統(tǒng)的設計布局以及管道焊縫的焊接質(zhì)量。在運輸、安裝、使用過程中，管路系統(tǒng)在氣瓶頂部的部分，因結(jié)構(gòu)外置原因，可能受到機械損傷等，應做好防護。

（2）外殼

外殼主要有兩方面的作用：一是用于固定支撐氣瓶整體結(jié)構(gòu)，防止內(nèi)膽與其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞;二是使外殼和內(nèi)膽之間形成夾套空間，通過抽真空并填充絕熱材料形成高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，維持氣瓶較低的日蒸發(fā)率。正常情況下，外殼并不與低溫液體直接接觸，但為防止內(nèi)膽發(fā)生泄露時材料受到低溫損傷，外殼一般采用奧氏體不銹鋼材料。外殼在氣瓶安裝過程以及汽車運行過程中容易出現(xiàn)碰撞變形的情況，安裝和使用時，應注意檢查其外觀。

（3）絕熱層

絕熱層是介于內(nèi)膽和外殼之間的高真空夾層，內(nèi)部通過填充多層絕熱材料并抽成真空形成良好的絕熱系統(tǒng)。目前，制造單位使用的絕熱材料主要由玻璃纖維和潔凈的鋁箔構(gòu)成，在高真空條件下具有隔熱性能高、熱導率低且質(zhì)量輕的優(yōu)點。絕熱材料應牢固纏繞在內(nèi)膽的外壁上，不能出現(xiàn)潰散現(xiàn)象。絕熱層在氣瓶制造過程中完成布局和制造，一般氣瓶內(nèi)膽未發(fā)生泄漏、外殼未受到嚴重的碰撞，絕熱層不會有損傷。

（4）內(nèi)膽

LNG氣瓶內(nèi)膽的主要作用是盛裝LNG介質(zhì)，是與低溫LNG液體直接接觸的組件，直接承受低溫液體產(chǎn)生的介質(zhì)壓力和低溫載荷。因此，內(nèi)膽必須要有良好的氣密性、優(yōu)良的耐低溫性和耐蝕性。奧氏體不銹鋼以其優(yōu)良的高強度、高韌性、耐低溫、耐腐蝕等特點，成為目前低溫深冷壓力容器專用鋼。內(nèi)膽是氣瓶的主要承壓部件，內(nèi)膽檢驗是氣瓶制造過程中最重要的檢驗環(huán)節(jié)。

（5）保護圈

保護圈是指在氣瓶頂部，用來保護外置管路系統(tǒng)設施的部件。標準要求：管路系統(tǒng)應設置不可拆卸的防護裝置，可采用整體式護罩或支撐結(jié)構(gòu)防護圈。防護裝置的設置不應影響閥門、管路以及抽真空接口的維修或更換。

（6）支撐結(jié)構(gòu)

氣瓶外殼和內(nèi)膽的連接，為氣瓶的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)由支撐頸管、延伸管、玻璃鋼圈、加強管、支撐桿、支撐管帽、支撐板等組成，是車用低溫絕熱氣瓶核心部件之一。氣瓶外殼和內(nèi)膽一般采用一端固定、一端滑動的組合軸向支撐，該結(jié)構(gòu)能有效減少外界熱量的進入，并保證瓶體能夠承受使用過程中的振動載荷、慣性載荷和沖擊載荷，還可以防止內(nèi)膽因充裝LNG冷縮而拉斷支撐及管線的現(xiàn)象。其中，玻璃鋼鋼圈應具有良好的絕熱性能，能有效地減少通過支撐頸管向內(nèi)膽漏熱量;真空腔直接焊接在內(nèi)膽封頭上并被抽成真空，可以有效防止低溫LNG液體與支撐頸管直接接觸，進一步減少漏熱量。汽車運行過程中，在慣性力載荷作用下，氣瓶的支撐結(jié)構(gòu)是整個氣瓶最薄弱的環(huán)節(jié)。因振動引起的失效是車用低溫絕熱氣瓶主要失效形式之一，一旦發(fā)生振動失效，可能引起氣體泄漏、構(gòu)件強度或剛度失效，引起火災、爆炸等事故，危及人們生命財產(chǎn)安全。因此，氣瓶支撐結(jié)構(gòu)應具有良好的抗振性能。

3 公交車用LNG焊接絕熱氣瓶檢驗

2021年，國家市場監(jiān)督管理總局在整合TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、TSG R0009—2009《車用氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、TSG ?RF001—2009《氣瓶附件安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、TSG R1003—2006《氣瓶設計文件鑒定規(guī)則》、

TSG R4001—2006《氣瓶充裝許可規(guī)則》、TSG R7002—2009《氣瓶型式試驗規(guī)則》、TSG R7003—2011《氣瓶制造監(jiān)督檢驗規(guī)則》7個安全技術(shù)規(guī)范的基礎上，形成了氣瓶的綜合性安全技術(shù)規(guī)范：TSG 23—2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》，2021年6月1日起實施。該規(guī)程對氣瓶的界定范圍、材料、設計、制造、型式試驗、監(jiān)督檢驗、氣瓶附件、充裝使用、定期檢驗做出了詳細規(guī)定，其中GB/T 34510《汽車用液化天然氣氣瓶》納入TSG 23—2021的協(xié)調(diào)標準。按照規(guī)程的規(guī)定，公交車用LNG焊接絕熱氣瓶檢驗分為型式試驗、制造監(jiān)檢、安裝監(jiān)檢、定期檢驗。

3.1 型式試驗

制造單位新設計或者設計變更的氣瓶應進行型式試驗。氣瓶型式試驗機構(gòu)和型式試驗人員應取得氣瓶型式試驗核準資格，壓力容器檢驗師或氣瓶檢驗員的資格。氣瓶型式試驗程序包括：制造單位申請、型式試驗機構(gòu)受理、型式試驗機構(gòu)對制造單位提供的資料進行審查（設計文件、制造技術(shù)資料）、型式試驗機構(gòu)現(xiàn)場抽樣、型式試驗機構(gòu)對氣瓶進行型式試驗、型式試驗機構(gòu)出具試驗報告和證書等。車用焊接低溫絕熱氣瓶型式試驗項目包括：瓶體金屬材料化學成分檢驗、瓶體金屬材料力學性能試驗、水壓爆破試驗、火燒試驗、爆炸沖擊試驗、振動試驗、跌落試驗、自動限充功能試驗、真空度試驗、真空夾層漏率試驗、漏放氣速率試驗、靜態(tài)蒸發(fā)率試驗。

3.2 制造監(jiān)檢

車用焊接絕熱氣瓶制造監(jiān)檢的主要依據(jù)為TSG 23—2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》、GB/T 34510《汽車用液化天然氣氣瓶》等。監(jiān)檢內(nèi)容包括：制造單位資質(zhì)和人員資質(zhì)審查，氣瓶設計文件和型式試驗報告審查，工藝文件和產(chǎn)品質(zhì)量計劃審查，氣瓶材料和零部件檢查，焊接質(zhì)量檢查，無損檢測記錄和報告審查，熱加工和熱處理審查，焊接絕熱氣瓶力學性能和水壓爆破試驗，真空檢漏試驗報告和靜態(tài)蒸發(fā)量試驗報告審查，出廠資料審查，制造單位質(zhì)量保證體系實施狀況檢查。

3.3 安裝監(jiān)檢

氣瓶安裝監(jiān)檢，僅限于經(jīng)過機動車輛登記部門同意的在用機動車車用氣瓶的安裝。安裝監(jiān)檢主要包括安裝方案及資料審查、安裝現(xiàn)場條件與質(zhì)量保證體系實施的檢查、安裝過程監(jiān)檢、安裝竣工資料審查與出具監(jiān)檢證書。車用LNG焊接絕熱氣瓶經(jīng)過了制造自檢、制造監(jiān)檢后，在安裝監(jiān)檢發(fā)現(xiàn)的問題主要集中在管路部分缺陷或在運輸中產(chǎn)生的缺陷，包括氣瓶管路設計不合理、氣瓶管道安裝不規(guī)范、氣瓶管道彎管處焊接質(zhì)量差、氣瓶外殼受到機械損傷、泄漏試驗不合格和安全閥失效。

3.4 定期檢驗

車用LNG焊接絕熱氣瓶一般每三年定期檢驗一次。車用低溫絕熱氣瓶的定期檢驗項目包括：外觀檢查、螺紋檢查、內(nèi)部檢查、氣密性試驗、氣瓶附件檢查、固定裝置檢查。車用LNG氣瓶定期檢驗前，要按照國家有關安全、環(huán)保、消防的要求，對瓶內(nèi)殘氣、殘液進行回收和處理，確保檢驗工作安全，特別需要注意的是，車輛發(fā)生交通事故可能影響車用氣瓶安全時，要及時開展車用氣瓶的定期檢驗。定期檢驗的主要問題包括：氣瓶外殼磨損以及局部變形;氣瓶管路系統(tǒng)接頭部位（包括截止閥、液位傳感器、壓力表、充液閥、波紋管等）因汽車運行振動產(chǎn)生泄漏;安全附件連接接頭因汽車運行振動產(chǎn)生的裂紋、螺紋損傷;安全閥因長期不起跳，腐蝕性介質(zhì)進入閥體后造成黏滯，檢定不合格等。

4 結(jié)論

隨著車用LNG氣瓶使用數(shù)量的逐年增加，給交通管理、特種設備監(jiān)察與檢驗的壓力越來越大，對氣瓶的安全性也提出了更高的要求。TSG 23—2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》的頒布實施，對車用氣瓶的型式試驗、制造監(jiān)檢、安裝監(jiān)檢、定期檢驗提出了全面的要求，對LNG氣瓶的檢驗檢測提供了依據(jù)，將進一步保障車用氣瓶的安全，促進車用LNG氣瓶的廣泛使用。