標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)排放試驗(yàn)中的策劃實(shí)施

李興旺，周雋钖，張 靖，周慶東

（漢馬科技集團(tuán)股份有限公司，安徽馬鞍山 243061）

0 引言

我國(guó)的重型汽車經(jīng)歷了40 余年的發(fā)展歷程，重卡市場(chǎng)在高速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。漢馬科技集團(tuán)股份有限公司重型環(huán)保大功率發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室是公司為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略、新產(chǎn)品開發(fā)、老產(chǎn)品改造技術(shù)管理等技術(shù)支持和顧問工作，建立的重型專用車發(fā)動(dòng)機(jī)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以滿足企業(yè)的發(fā)展需要。實(shí)驗(yàn)室氣體管道是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中不可缺少的一部分，實(shí)驗(yàn)室氣體管道系統(tǒng)分為室內(nèi)氣瓶供氣系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)。

1 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)概述

為滿足國(guó)家重型汽車排放標(biāo)準(zhǔn)要求，作為汽車“心臟”的發(fā)動(dòng)機(jī)在開發(fā)時(shí)均需要考慮做相應(yīng)的排放檢測(cè)。目前用于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放檢測(cè)的試驗(yàn)方法主要有：直接取樣法、全量取樣法、比例取樣法和定容取樣法。

試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)是汽車排放檢驗(yàn)試驗(yàn)的重要輔助設(shè)施，主要是為實(shí)驗(yàn)室選用的分析設(shè)備提供量值和壓力穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)氣體（CO、CO2、O2、C3H8、CH4、NO、N2、AIR、H2等），并保證其傳輸流量和壓力的穩(wěn)定性，以及量值的準(zhǔn)確傳遞，以滿足排放水平的測(cè)試要求，保障分析測(cè)試人員在試驗(yàn)中免受有毒有害氣體的侵害。本文所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)是為滿足排放直接取樣法的設(shè)備用氣需求而策劃實(shí)施的一套系統(tǒng)。

由于標(biāo)準(zhǔn)氣體種類繁多，氣體濃度精密要求較高，其中一些氣體還具有毒性或可燃性，所以需要一套具有高度密閉性及潔凈性的管路系統(tǒng)輸送標(biāo)準(zhǔn)氣體，這是標(biāo)準(zhǔn)氣體管道輸送系統(tǒng)的功能所在。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)集中供氣就是將所有氣瓶集中存放在氣瓶房，通過氣瓶減壓閥將氣體輸送到各試驗(yàn)設(shè)備端。

2 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 18285—2018《汽油車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速及簡(jiǎn)易工況法》標(biāo)準(zhǔn)要求，汽車尾氣檢測(cè)需配備15 瓶不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，用于排放分析儀檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)室用標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)通常由氣瓶間、管路、一次調(diào)壓面板、二次調(diào)壓終端等組成。

2.1 氣瓶間及氣瓶擺放

由于存放的氣體有可燃性氣體和助燃性氣體，按照國(guó)家規(guī)定要求必須分庫存放。氣瓶間的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)范要求；符合消防法規(guī)的相關(guān)要求；設(shè)置合理的空瓶區(qū)、備瓶區(qū)；方便氣瓶轉(zhuǎn)運(yùn)。氣瓶應(yīng)按同一氣種、不同濃度的氣體集中、順序擺放，以利于查找。氣瓶間存放的氣瓶采用帶防倒鏈的氣瓶支架固定，氣瓶支架應(yīng)牢固的固定在可靠的位置上，氣瓶支架采用鋁合金材料或不銹鋼制作而成，堅(jiān)固耐用。氣瓶支架與壓力調(diào)節(jié)面板呈上下對(duì)應(yīng)關(guān)系，方便操作。

2.2 氣瓶與系統(tǒng)的連接

氣體鋼瓶與壓力調(diào)節(jié)器間采用316L 內(nèi)拋光高壓金屬管進(jìn)行連接，高壓金屬管材質(zhì)需要采用真空褪火的內(nèi)拋光不銹鋼管道制作，能夠在一定范圍扳動(dòng)，保證連接的方便性。高壓管上的鋼瓶接頭必需與鋼瓶角閥的規(guī)格相匹配，確保連接的可靠性。高壓部分設(shè)置金屬過濾器阻擋固體顆粒物，使之無法進(jìn)入系統(tǒng)。

2.3 調(diào)壓面板

調(diào)壓面板（圖1）構(gòu)成：壓力調(diào)節(jié)器、系統(tǒng)主控制閥（或切換閥）、吹掃閥及相關(guān)管件均需牢固的固定在面板上，以實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)、壓力顯示、氣路控制、氣路吹掃等功能。

圖1 調(diào)壓面板

壓力調(diào)節(jié)面板上設(shè)有安全閥，確保系統(tǒng)安全。面板采用全不銹鋼材料制成，美觀大方。面板上的管道用專用的耐火性卡具進(jìn)行固定。面板上閥門連接采用卡套方式進(jìn)行連接。面板上應(yīng)貼有氣體的成分及濃度的標(biāo)識(shí)。

2.4 管路布線

管道每隔一定的間距要設(shè)置一組管道固定支架。管道支架為槽鋼結(jié)構(gòu)，與墻體固定牢固，為耐火材料制成。管道穿過障礙物時(shí)須使用管套并采用不可燃材料填充間隙。管道與支架間的固定需使用管道固定卡具，卡具應(yīng)采用較管道硬度低的耐火材料制作，以防止管道發(fā)生變形。

為防止被傳輸?shù)臍怏w壓力、流量損失過大，應(yīng)盡量減少彎曲。壓力管道拐彎應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)有安全加固，彎曲部位不能有皺折及扭曲。氣體管路在鋪設(shè)過程中要做到橫平豎直，保證管道走線的直線度和彎道間的間距，每間隔一定距離應(yīng)設(shè)置一組管卡。系統(tǒng)布線應(yīng)減少接縫以降低泄漏的可能性。

3 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)實(shí)施內(nèi)容

3.1 實(shí)施前準(zhǔn)備

本標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)是為了滿足臺(tái)架用單路直采排放設(shè)備用氣要求，管道配置15 路（表1）。要求整個(gè)管路系統(tǒng)耐壓至少滿足1 MPa 氣體工作壓力要求。系統(tǒng)采用兩級(jí)減壓形式，即在鋼瓶出口設(shè)置一級(jí)減壓控制面板，在工藝設(shè)備端設(shè)置二級(jí)調(diào)壓終端。所使用氣體分為兩種：工作氣體和標(biāo)定氣體，同時(shí)供應(yīng)2 臺(tái)半流分析儀，進(jìn)行1供2 集中管道供氣。工作氣體（SA、O2、N2、40%H2/He）均采用雙瓶不間斷供氣方式(半自動(dòng)模式)，標(biāo)定氣體均采用單瓶手動(dòng)控制供氣方式。

表1 氣體成分參數(shù)表

3.2 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工

對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，確定具體實(shí)施方案，設(shè)計(jì)管道布置圖和施工圖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮升級(jí)需要，設(shè)計(jì)方案要有一定的升級(jí)功能。

本文所述標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)采用一拖一、一拖多的管道式輸氣方式，安裝前需確認(rèn)管道是全新未被使用過的，兩端膠帽、外部的聚乙烯塑料帶均完好無損，管道外表面無破損。檢查好上述材料后方能進(jìn)行施工。預(yù)制好后的管道上固定支架前要先進(jìn)行吹掃方能固定，吹掃完畢后立刻進(jìn)行封堵。管道預(yù)制時(shí)要反復(fù)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)尺寸確保資料可靠無誤。管道的切割，特別是小口徑管道切割要采用冷切割的方式進(jìn)行處理防止材料受熱后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生氧化層。切割完畢后立刻要對(duì)切割位進(jìn)行相關(guān)處理。管道連接完成后先高壓大流量的氣體進(jìn)行吹掃后方能接入系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個(gè)部件接入系統(tǒng)前均進(jìn)行吹掃。系統(tǒng)連接完畢后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行完整的吹掃。所有管路及設(shè)備均要進(jìn)行固定處理，要求固定牢固可靠。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)施工完成檢查

施工完成后的標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)需要進(jìn)行外觀檢查、系統(tǒng)耐壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、泄漏率試驗(yàn)。

外觀檢查：管路走線橫平豎直，管道固定牢固。外表面無明顯破損，各個(gè)閥件無明顯破損。

系統(tǒng)耐壓試驗(yàn)：系統(tǒng)內(nèi)充入高純氮?dú)庵潦褂脡毫Φ?.15～1.5 倍，關(guān)閉所有閥門，經(jīng)過48 h 后系統(tǒng)不得有任何形變產(chǎn)生。

氣密性試驗(yàn)：系統(tǒng)內(nèi)充入高純氮?dú)庵潦褂脡毫?，關(guān)閉所有閥門，用檢漏液對(duì)所有的接口部位及可能有外漏的部位進(jìn)行檢測(cè)，保證無泄漏。

泄漏率試驗(yàn)：系統(tǒng)內(nèi)充入高純氮?dú)庵潦褂脡毫?，關(guān)閉所有閥門，經(jīng)過48 h 后系統(tǒng)壓力變化值（泄漏率）不得超過1%。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

項(xiàng)目實(shí)施完成，做好現(xiàn)場(chǎng)檢查后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)（圖2）進(jìn)行了供氣試驗(yàn)。將氣瓶間的氣瓶連接到一級(jí)調(diào)壓閥端，打開氣瓶供氣閥門，調(diào)節(jié)一級(jí)調(diào)壓面板上的壓力調(diào)節(jié)器，將壓力調(diào)至所需壓力通氣至中壓管路，再通過二級(jí)調(diào)壓面板上的壓力調(diào)節(jié)器，將壓力調(diào)至排放分析設(shè)備所需壓力。標(biāo)準(zhǔn)氣體管路供氣24 h 后，通過觀察各級(jí)壓力調(diào)節(jié)器上的壓力表數(shù)值，對(duì)比發(fā)現(xiàn)壓力均無降低情況。分析整個(gè)管路情況得出：標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)管路施工供氣較好，滿足了排放試驗(yàn)持續(xù)供氣的要求，解決了現(xiàn)場(chǎng)氣瓶供氣存在的安全及不能持續(xù)供氣的問題。

圖2 標(biāo)氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4 結(jié)束語

為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，防治壓燃式及氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣對(duì)環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人體健康，由生態(tài)環(huán)境部與國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)會(huì)發(fā)布了《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》排放標(biāo)準(zhǔn)，作為汽車制造企業(yè)而言更應(yīng)不斷加快發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保方面的研發(fā)投入，推廣環(huán)保應(yīng)用及成果轉(zhuǎn)化。標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放檢測(cè)分析的重要成分，也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)產(chǎn)生重要的影響。本標(biāo)準(zhǔn)氣體系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施后解決了之前采用室內(nèi)氣瓶就近供氣的安全隱患，降低了設(shè)備由于更換標(biāo)氣的停機(jī)率，實(shí)際運(yùn)行安全可靠，對(duì)行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。