從標準要求的改進看CNG-2型氣瓶環境試驗的發展趨勢

熊姝濤李斌

（1.重慶市特種設備檢測研究院 重慶 401121）

（2.國家壓縮天然氣（CNG）氣瓶質量監督檢驗中心 重慶 401121）

從標準要求的改進看CNG-2型氣瓶環境試驗的發展趨勢

熊姝濤1,2李斌1,2

（1.重慶市特種設備檢測研究院 重慶 401121）

（2.國家壓縮天然氣（CNG）氣瓶質量監督檢驗中心 重慶 401121）

在國內外的CNG-2型氣瓶標準中，型式試驗里有一項必不可少的試驗項目“環境試驗”（或稱為“酸環境試驗”）。與GB 24160-2009、ISO 11439:2000(E)和ECE R 110: 2014相比較，ISO 11439:2013(E)型式試驗對環境試驗方法有較大的改變。本文通過研究這幾種標準關于環境試驗方法的不同之處，分析討論ISO 11439:2013(E)環境試驗方法發生改變的目的和意義，了解到標準制定者對試驗的仿真性和實用性的重視，為其他標準的修訂起到良好的推進作用。

CNG-2型氣瓶 型式試驗 環境試驗 ISO 11439:2013(E)

1 國內外CNG-2型氣瓶標準對環境試驗的要求

國內外的CNG-2型氣瓶標準中，型式試驗里有一項必不可少的試驗項目“環境試驗”。環境試驗是模擬氣瓶在實際使用中可能遇到的碰撞及腐蝕而進行的試驗。GB 24160—2009[1]、ISO 11439：2000(E)[2]和ECE R 110： 2014[3]中對環境試驗的定義是“用質量濃度為30%的硫酸溶液（密度為1.219g/cm3）浸漬在加壓至不低于纏繞氣瓶的最大許用工作壓力pm的纏繞氣瓶纏繞層外表面，浸漬時間為100h，浸漬區域為φ150mm范圍，然后進行水壓爆破試驗，水壓爆破壓力不低于最小設計爆破壓力的85%。”

對氣瓶型式試驗而言，所用試驗氣瓶均為新氣瓶，表面完好。僅在氣瓶表面進行酸腐蝕，由于樹脂的保護，酸液并沒有滲透到纖維內部，對玻璃纖維纏繞層的影響并不大。筆者對所作型式試驗環境試驗數據的統計正是應證了這一點。同時，根據重慶特檢院近幾年對CNG纏繞氣瓶的定期檢驗的數據統計發現，由于氣瓶使用過程中不可避免的存在磨損碰撞，90%的氣瓶判廢都是由于纏繞層的摩擦損傷缺陷導致。另外，實際使用過程中，由于環境因素產生的腐蝕源并不只有酸，還有堿液、油脂等。因此，各標準中對環境試驗的這種定義不具有太大的實際意義。

各國型式試驗人員紛紛察覺到此問題，ISO 11439：2013(E)[4]率先對環境試驗進行了改變。

2 ISO 11439:2013(E)中環境試驗的要點分析

2.1 氣瓶準備

試驗氣瓶數量仍為1只。腐蝕區域由一個φ150mm的區域變為5個φ100mm的區域，如圖1所示。

圖1 氣瓶腐蝕區域分布

2.2 擺錘沖擊預處理

ISO 11439： 2013(E)環境試驗中在腐蝕之前加入了擺錘沖擊預處理。預處理是用側面為正三角形、底座為正方形的鋼制角錐對氣瓶筒體部位腐蝕區域進行沖擊。擺錘與其回轉軸的距離為1m，沖擊瞬間的能量不少于30Nm，并盡可能接近30Nm。

圖2 擺錘沖擊體

2.3 腐蝕液體曝露

5 個腐蝕區域分別放入5種溶液：

1）硫酸水溶液：體積百分比為19%；

2）氫氧化鈉水溶液：質量百分比為25%；

3）5%甲醇/95%汽油：滿足ASTM D4814的M5汽油濃度；

4）硝酸銨水溶液：質量百分比為28%；

5）體積百分比50%的甲醇水溶液。

曝露試驗過程中，試驗氣瓶的曝露區域處于最高位置。將一層約0.5mm厚、直徑在90～100mm 的玻璃棉墊放置于曝露區域。用試驗溶液浸濕玻璃棉墊，保證玻璃棉墊的整個表面和厚度都濕透，以確保在試驗過程中溶液的濃度不發生明顯變化。

2.4 壓力循環及壓力保持

在腐蝕曝露試驗的同時，將試驗氣瓶施加液壓循環：下限值不少于2MPa，上限值為26MPa，循環3000次。最大加壓速度應為2.75MPa/s。壓力循環結束后，將試驗氣瓶加壓至26MPa并保持此壓力最少24h，直至環境溶液腐蝕時間達到48h。整個壓力循環和壓力保持過程同時進行腐蝕曝露試驗。

2.5 水壓爆破試驗及可接受結果

在完成上述試驗后將試驗氣瓶進行水壓爆破試驗。實測爆破壓力不少于1.8倍工作壓力。

3 討論及展望

ISO 11439： 2013(E)的環境試驗方法進行了較大程度的改進。通過表1與GB 24160-2009、ISO 11439：2000(E)和ECE R 110： 2014的比較可知，ISO 11439： 2013(E)環境試驗新增了擺錘沖擊預處理，多增加了幾種腐蝕介質，同時引入壓力循環及壓力保持試驗。

擺錘沖擊預處理是為了讓腐蝕之前的區域受到損傷。在氣瓶的實際使用中，由于汽車運行、氣瓶拆裝、氣瓶檢驗過程中都會受到碰撞沖擊，所以氣瓶表面有一定損傷。因此，擺錘沖擊預處理試驗能更好的模擬氣瓶的實際使用狀況，最大程度的真實測試氣瓶安全性能。而腐蝕介質的增加正是考慮到實際使用情況。在日常汽車運行中，并不僅僅是酸的腐蝕，堿液及油污也是一大腐蝕源。同時考慮到CNG氣瓶在運行中是處于充裝狀態，加入壓力循環及壓力保持試驗更是貼合實際。同時，將水壓爆破壓力合格值降低，從最小設計爆破壓力（當采用玻璃纖維時，最小設計爆破壓力為2.5倍工作壓力）的85%降為1.8倍工作壓力，即從2.125倍工作壓力降為1.8倍工作壓力。綜上所述，ISO 11439： 2013(E) 環境試驗更具實際意義。

表1 試驗方法比較

其實ISO 11439： 2013(E) 環境試驗并非是首次出現。在ISO 11439： 2010(E)及ECE R 110： 2014都有其身影：ISO 11439： 2010(E)附錄F及ECE R 110： 2014 Annex 3A-Appendix H。上述兩個標準的環境試驗與ISO 11439： 2013(E) 環境試驗有不同之處：ISO 11439： 2010(E)及ECE R 110： 2014中要求有擺錘沖擊預處理和砂礫沖擊，壓力循環過程分為常溫、高溫和低溫階段。但這兩個標準僅在提示的附錄中提出此試驗方法，型式試驗中并未做此要求。

筆者認為，隨著對CNG氣瓶的研究越來越深入，以及民眾對安全的重視，型式試驗作為生產制造前的安全技術關卡，試驗仿真性的要求和實用性的要求會越來越高，因此，以前對環境試驗的要求不能真實反映氣瓶使用過程中的情況，會逐漸被淘汰，而這種新型的、高度貼合實際的試驗會逐步替代以前的試驗，更大程度的為安全把關。

4 結語

ISO 11439： 2013(E)環境試驗實用性更強，能更好的為安全設計及生產把關，更具實際意義，也為其他標準的修訂起到良好的推進作用。

[1] GB 24160-2009 車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶[S].

[2] ISO 11439:2000(E) Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S].

[3] ECE R 110: 2014

[4] ISO 11439:2013(E) Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S].

Development of the Environmental Test of CNG-2 Type Cylinder

Xiong Shutao1,2Li Bin1,2
(1.Chongqing Special Equipment Inspection and Research Institute Chongqing 401121)
(2.Quality Supervision and Inspection Center of National Compressed Natural Gas (CNG) Cylinders Chongqing 401121)

The environment test is an essential test item in the type test for CNG-2 type cylinder in domestic and international standards.It is found that the environmental test in ISO 11439:2013(E) standard has a great change comparing with GB 24160-2009, ISO 11439:2000(E) and ECE R 110.While studying the differences of environmental test methods in these standards, it is not only to analyze and discuss the purpose and signifcance for the great change, but also understand the focus on the simulation and practicability of the test method for the standard-setters.This change could play a vital role in the amendment of other standards.

CNG-2 type cylinder Type test Environment test ISO 11439:2013(E)

X9-65

B

1673-257X(2015)06-03-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.06.002

熊姝濤（1986～），女，碩士，工程師，從事特種設備檢驗檢測工作。

2015-01-09）