壓縮天然氣(CNG)氣瓶使用及安全分析

壓縮天然氣(CNG)氣瓶使用及安全分析前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)展，我國(guó)的汽車產(chǎn)量和汽車保有量在不斷增加，燃油供需沖突以及汽車尾氣帶來(lái)的城市環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，因此，查找替代能源，開發(fā)和進(jìn)展替代石油的氣體燃料汽車對(duì)全世界乃至我國(guó)都是關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)，尤其是支柱產(chǎn)業(yè)—汽車工業(yè)進(jìn)展的重大戰(zhàn)略問(wèn)題，因而樂(lè)觀探究和進(jìn)展自然?氣汽車是解決這些問(wèn)題的一舉兩得的有力措施。其中，進(jìn)展壓縮自然?氣汽車技術(shù)是最為現(xiàn)實(shí)并且可行的。自然?氣作為一種優(yōu)質(zhì)車用燃料，不但價(jià)格低廉，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好，而且發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染小、噪聲低、磨損小、使用壽命長(zhǎng)。因此，樂(lè)觀進(jìn)展壓縮自然?氣汽車的推廣運(yùn)用能獲得較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。一、壓縮自然?氣氣瓶的生產(chǎn)平安壓縮自然?氣氣瓶（CNG-1鋼質(zhì)氣瓶、CNG-2鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶）的生產(chǎn)目前主要采納兩種生產(chǎn)工藝進(jìn)行，一種是沖拔成型，另一種是采納無(wú)縫鋼管旋壓封口封底成型，無(wú)論采納何種方式進(jìn)行生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中都應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)加工，防止和杜絕有缺陷的產(chǎn)品流入市場(chǎng)使用。對(duì)于這兩種成型生產(chǎn)方式，本文就其中的無(wú)縫鋼管旋壓成型進(jìn)行說(shuō)明，旋壓成型主要是對(duì)鋼管端部進(jìn)行加熱，然后熱旋壓加工成型，因而產(chǎn)生的主要問(wèn)題也在瓶體底部和口部，底部缺陷主要為底部夾雜、壁厚不足、或有微裂紋產(chǎn)生等缺陷，避開此類缺陷的產(chǎn)生主要為生產(chǎn)工藝的成熟，不斷改進(jìn)封底生產(chǎn)工藝以達(dá)到最優(yōu)，對(duì)底部缺陷的檢查主要為超聲波測(cè)厚儀以及超聲波探傷儀，由先進(jìn)的檢測(cè)手段檢測(cè)瓶體底部，防止有缺陷問(wèn)題的半成品流入下一工序，從源頭上掌握產(chǎn)品質(zhì)量，才能保證氣瓶的使用平安?？诓咳毕葜饕獮榱鸭y的產(chǎn)生，同樣與生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性有著重要的聯(lián)系，因此，從生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和優(yōu)化是提高產(chǎn)品使用平安的首要條件。對(duì)氣瓶生產(chǎn)中關(guān)鍵工序的檢驗(yàn)也是造就高質(zhì)量產(chǎn)品的重要手段，如瓶體壁厚檢測(cè)、超聲波探傷、磁粉探傷、熱處理、水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)以及疲憊試驗(yàn)、爆破試驗(yàn)等，嚴(yán)格做好每一工序的生產(chǎn)和檢驗(yàn)，由專人進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)每一生產(chǎn)過(guò)程有工序見證記錄資料，檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)時(shí)打印并出具報(bào)告，氣瓶敲打移植號(hào)，保證產(chǎn)品的可追溯性，確保產(chǎn)品質(zhì)量始終處于可受控的檢驗(yàn)狀態(tài)。壓縮自然?氣氣瓶作為壓力容器，如同一個(gè)定時(shí)炸彈隨時(shí)可能引發(fā)，因此，保證對(duì)用戶放心的要求，對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢驗(yàn)，我們不容忽視，在生產(chǎn)中保證平安，才能在使用中讓用戶平安。二、壓縮自然?氣氣瓶的使用平安壓縮自然?氣氣瓶的使用平安，這里面涉及的平安問(wèn)題就著實(shí)太多了，主要為存儲(chǔ)介質(zhì)、瓶體材料、瓶閥、使用環(huán)境、定期檢驗(yàn)，人為因素等方面，下面就這些問(wèn)題逐一進(jìn)行說(shuō)明。1、存儲(chǔ)介質(zhì)的平安問(wèn)題壓縮自然?氣氣瓶的主要存儲(chǔ)介質(zhì)為自然?氣，自然?氣的主要成份為甲烷CH4，無(wú)色無(wú)臭，常溫常壓下成氣態(tài)，比空氣輕，易燃易爆。沸點(diǎn)為-161.℃（1atm下），其可燃混合氣著火范圍較寬，熱值和自燃溫度較高，在封閉環(huán)境中集中系統(tǒng)小，因此泄漏的自然?氣易形成可燃混合氣，遇明火易爆炸燃燒。未經(jīng)處理的自然?氣含少量的SO2、H2S，有臭味和毒性，另外還含有硫、水份，這些硫份和水份會(huì)對(duì)壓縮自然?氣裝置造成腐蝕，引起各種閥門和管路連接處腐蝕并影響密封性，甚至使減壓器功能失效，燃料供應(yīng)系統(tǒng)布置不合理等問(wèn)題，最終導(dǎo)致內(nèi)外泄漏，成為擔(dān)心全的火災(zāi)或爆炸氣源，所以壓縮自然?氣汽車所用的燃料自然?氣肯定要進(jìn)行充分的脫硫脫水，保證氣質(zhì)達(dá)到要求。[1]目前，大多數(shù)壓縮自然?氣氣源中都含有硫化氫等酸性物質(zhì)，特殊是四川、重慶等氣源質(zhì)量不佳的地方。硫化氫溶于水后，會(huì)造成鋼材的電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生氫鼓包現(xiàn)象。即使沒(méi)有水分，壓縮自然?氣中的硫化氫在高壓力作用下，也會(huì)對(duì)氣瓶造成腐蝕破壞。在SY0092-98《汽車用壓縮自然?氣加氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)壓縮自然?氣的硫化氫、水分等雜質(zhì)含量都有嚴(yán)格限定，但假如壓縮自然?氣生產(chǎn)工藝中脫硫、脫水裝置失效，或加氣站經(jīng)營(yíng)者對(duì)硫化氫、水分指標(biāo)把關(guān)不嚴(yán)，就可能導(dǎo)致壓縮自然?氣中硫化氫、水分含量超標(biāo)。硫含量超標(biāo)對(duì)于汽車用壓縮自然?氣鋼瓶、鋼內(nèi)膽車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶的破壞作用尤為嚴(yán)峻。[2]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11439：2000《車用自然?氣高壓氣瓶》中4.5氣體成分對(duì)自然?氣的要求有詳細(xì)規(guī)定，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB17820-1999《自然?氣》對(duì)自然?氣的使用也有相應(yīng)要求，因此充裝壓縮自然?氣的氣瓶應(yīng)充裝技術(shù)要求達(dá)標(biāo)的自然?氣，削減對(duì)氣瓶的腐蝕，延長(zhǎng)氣瓶使用周期。2、瓶體材料的平安問(wèn)題壓縮自然?氣氣瓶材料的選擇參照GB18248-2008《氣瓶中無(wú)縫鋼管》，氣瓶原材料主要選擇鉻鉬鋼無(wú)縫鋼管，采納調(diào)質(zhì)熱處理。壓縮自然?氣鋼質(zhì)氣瓶的工作壓力較高，自然?氣中又含有肯定量的H2S和水分，因而鋼瓶的氫腐蝕傾向較大。據(jù)有關(guān)資料，高強(qiáng)度鋼在高壓下，在干燥的H2S氣體中有裂紋的擴(kuò)展傾向。當(dāng)鋼瓶硬度較高時(shí)(HBC34)即使氣體中H2S濃度為0.1mg/L，長(zhǎng)時(shí)間(1948h)可發(fā)生斷裂。大量討論表明，材料屈服強(qiáng)度在900～1000MPa以上，材料對(duì)氫腐蝕極為敏感，材料抗H2S腐蝕力量隨材料強(qiáng)度上升而變壞。假如金屬表面存在缺口引起應(yīng)力集中，簡(jiǎn)單誘發(fā)裂紋。鋼的屈服強(qiáng)度越高，其材料斷裂臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子越低，裂紋擴(kuò)展速率隨鋼的強(qiáng)度增加而快速增大，同時(shí)由于車用瓶存在較頻繁的振動(dòng)，因而也是加快裂紋擴(kuò)展的一個(gè)緣由。另外，氣瓶表面質(zhì)量也值得重視。由于氫對(duì)缺口極為敏感，哪怕特別細(xì)小的尖銳缺口也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，加速氫腐蝕進(jìn)程，最終導(dǎo)致氣瓶爆炸。對(duì)于鋼質(zhì)氣瓶，要求鋼的純潔度好，韌性高，延長(zhǎng)性能好，鋼的表面質(zhì)量好。假如選用的鋼斷裂韌性很高，臨界裂紋尺寸大于壁厚，使用中，即使發(fā)生裂紋擴(kuò)展，裂紋穿透壁厚仍達(dá)不到臨界裂紋尺寸，只會(huì)發(fā)生泄漏而不會(huì)發(fā)生因裂紋達(dá)到臨界尺寸引起的爆炸，即“只漏不爆”。因此氣瓶制造廠不單對(duì)鋼廠提出用于鋼質(zhì)氣瓶的鋼號(hào)和相應(yīng)制造、驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，而且還應(yīng)對(duì)鋼中有害雜質(zhì)元素(如S、P、O)含量、鋼的表面質(zhì)量和力學(xué)性能指標(biāo)提出嚴(yán)格掌握要求。如將硫、磷含量限制在0.01%；提高鋼交貨時(shí)的δ5和Akv指標(biāo)，將δ5提高到不小于18%;要求鋼表面不得有任何氣泡、裂紋、結(jié)疤、折疊、分層、夾雜；表面光滑,不得有任何麻點(diǎn)和凹坑，表面不得進(jìn)行修補(bǔ)；適當(dāng)降低含碳量，如選用30CrMo等材料，將材料熱處理后的實(shí)際最大抗拉強(qiáng)度值掌握在不大于880MPa,對(duì)于經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的材料，屈服應(yīng)力的最大保證值不得大于最小抗拉強(qiáng)度的85%，屈服應(yīng)力實(shí)測(cè)值和抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值之比不得大于92%。[3]3、瓶閥的平安問(wèn)題在車用壓縮自然?氣氣瓶的定期檢驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)發(fā)覺(jué)氣瓶有泄漏現(xiàn)象。檢驗(yàn)中發(fā)覺(jué)，有相當(dāng)一部分氣瓶存在瓶閥結(jié)構(gòu)不夠合理、與瓶身連接處密封不好等現(xiàn)象。這樣的狀況在車用壓縮自然?氣全復(fù)合材料氣瓶中尤為普遍。帶有泄漏問(wèn)題的車用壓縮自然?氣氣瓶一旦進(jìn)入實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，屬于帶病工作，在肯定的條件下必定會(huì)發(fā)生爆炸等事故。4、使用環(huán)境的平安問(wèn)題(1)化學(xué)品侵蝕車用壓縮自然?氣氣瓶在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，可能患病酸雨等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。這些物質(zhì)會(huì)與氣瓶表面的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即會(huì)對(duì)有纏繞層的車用壓縮自然?氣氣瓶造成纏繞層纖維的斷裂、溶解、松動(dòng)或者產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋等，對(duì)于鋼瓶則直接造成壁厚減薄、產(chǎn)生凹坑等后果。(2)大氣侵蝕車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶的纖維纏繞層假如長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光及大氣中，其外表面涂層的狀況會(huì)變化，可能導(dǎo)致纏繞纖維松動(dòng)、斷裂，從而降低車用壓縮自然?氣氣瓶的強(qiáng)度，影響其平安性能。(3)外力作用車用壓縮自然?氣氣瓶在使用、搬運(yùn)等過(guò)程中，由于操作不當(dāng)或者汽車本身發(fā)生事故等影響，可能造成車用壓縮自然?氣氣瓶受到?jīng)_擊、碰撞、磨損、過(guò)熱等損傷，導(dǎo)致車用壓縮自然?氣鋼瓶表面受損，或造成車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶表面纖維層松動(dòng)、斷裂、樹脂破裂等后果，會(huì)降低車用壓縮自然?氣氣瓶的平安性能。5、定期檢驗(yàn)的平安問(wèn)題建立壓縮自然?氣氣瓶檢查的完善體系，嚴(yán)格執(zhí)行GB19533—2004《汽車用壓縮自然?氣鋼瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》的規(guī)定。鋼瓶的首次檢驗(yàn)和其次次檢驗(yàn)為每三年進(jìn)行一次，其次次檢驗(yàn)后每?jī)赡赀M(jìn)行一次；對(duì)出租車用鋼瓶的檢驗(yàn)每?jī)赡赀M(jìn)行一次，其次次檢驗(yàn)