車用LNG氣瓶的定期檢驗現狀與思考

劉金良 楊樹斌 李 蔚 勞英杰 夏 莉(廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655）

車用LNG氣瓶的定期檢驗現狀與思考

劉金良 楊樹斌 李 蔚 勞英杰 夏 莉
(廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655）

通過簡述車用LNG氣瓶的結構特點，分析了國內車用LNG氣瓶的定期檢驗中的檢驗標準缺少、檢驗項目及方法岑差不齊和檢驗關鍵技術——靜態蒸發率測試方法的適用性不強等方面的現狀，并針對定期檢驗工作中存在的問題，從車用LNG氣瓶的檢驗標準制定、檢驗項目優化及檢驗裝置研發等方面提出了建議。

車用LNG氣瓶 結構特點 定期檢驗 靜態蒸發率

天然氣作為一種清潔燃料，廣泛地應用于汽車、船舶、燃氣發電裝置等各種動力系統，尤其是液化天然氣（LNG）動力汽車，在國家政策的扶持下，發展非常迅速。在LNG汽車的燃料系統中，車用LNG低溫絕熱氣瓶作為燃料的儲存容器，它不僅屬于低溫壓力容器類，而且存儲的LNG是易燃易爆介質，更重要的是汽車在道路上行駛，存在很多安全方面的不確定性，因此如何保障其使用過程中的安全運行顯得尤為重要[1]。就國內而言，較早批量投入使用的車用LNG氣瓶已經經歷了兩個檢驗周期（投用5～6年），而投入較晚的地區也接近第一個定期檢驗周期，面對數量巨大的待檢設備及國家相關檢驗標準缺失的現象，國內各個低溫絕熱氣瓶的定期檢驗機構對于如何確定最優的檢驗項目、采用何種檢驗方法及如何處理檢驗關鍵技術——靜態蒸發率測試方法的適用性等方面的問題陷入了不同的困惑。

1　車用LNG氣瓶的結構特點

1.1氣瓶結構

車用LNG氣瓶是一種儲存LNG介質的高真空絕熱壓力容器，其結構分為氣瓶內容器、氣瓶外容器、氣瓶接口閥門和液位傳感器。

車用LNG氣瓶瓶體結構示意圖如圖1所示。

圖1　車用LNG氣瓶瓶體結構示意圖

1.2氣瓶安裝型式

車用LNG氣瓶采用臥式安裝，對于客運車輛來說主要有車輛中部橫向安裝、中部縱向安裝、尾部下部安裝及尾部頂部安裝幾種安裝型式；貨運車輛一般采用上下排列的雙氣瓶，氣瓶軸向與車頭前進方向垂直安裝于拖頭后部。

1.3氣瓶結構特點

1）氣瓶內、外容器的材料采用奧氏體不銹鋼，以滿足液化天然氣的低溫特性。

2）氣瓶設計有雙層（真空）結構。內容器用來儲存低溫液態的天然氣（一般-162℃），其外壁纏繞由玻璃纖維紙和光潔的鋁箔組成的多層絕熱材料，具有超強的隔熱性能。夾層中配有氧化鈀、分子篩等吸附材料以延長氣瓶夾層真空保持時間，同時夾層（內、外容器之間的空間）被抽成高真空，共同形成良好的絕熱系統。

3）氣瓶內容器與外容器采用軸向組合支撐（一端固定、一端滑移），可以保證氣瓶在運行中不會因為顛沖而使內、外容器發生相對位移和結構變形，并有效防止內膽因充裝了液化天然氣后冷縮而拉斷支撐及管線的現象發生[2]。

4）與氣瓶內容器相通管路經分配臺引至氣瓶外部，所有的外部管路、管路附件都設置在氣瓶的一端，并用環保環或保護罩進行有效防護。

5）普遍采用氣瓶內容器內設置緩沖罐的形式防止氣瓶因過充而產生的嚴重安全問題。

6）內容器設置兩級安全閥。一級安全閥（也稱主安全閥）在內容器壓力上升到安全閥設定壓力時實現降低氣瓶壓力的功能。二級安全閥（也稱副安全閥）主要是當一級安全閥損壞無法達到預定功能時，起到備用排氣的功能。

7）氣瓶的液位計量系統一般采用電容式液位計，由電容探測器/極板、信號轉換器和顯示儀表（安裝在汽車駕駛室內）組成。傳感器作為氣瓶整體的一個組成部分，安裝在氣瓶內容器內部。其作用是根據氣瓶內的LNG高度產生一個成線性比例的電信號，并傳送給信號轉換器，電信號不受天然氣狀態（液相或氣相）和壓力的影響，能夠精確反映氣瓶內LNG余量。

8）氣瓶壓力表應當安裝在便于在充液時觀察的位置，前期有些氣瓶廠家將壓力表通過四通閥與一級安全閥并聯，此位置不便于讀取壓力數值，目前一般安裝于充液口附近。

9）在真空夾層超壓條件下，外殼的保護是通過一個環形的真空塞來實現。

10）管路系統設置經濟閥，在車輛發動機工作時，當氣瓶壓力高于經濟閥設定壓力，經濟閥自動打開，氣瓶內氣體優先通過管路輸向發動機，將瓶內氣體壓力快速將至經濟閥設定壓力之下。同時還設置過流閥，當外部管路發生破裂，管路流量大于設定值時，過流閥自動關閉，實現阻止液體大量泄漏的功能。

11）管路系統中設置自增壓系統。自增壓系統包括：增壓截止閥、增壓調壓閥、增壓盤管及相應的管路。

2　車用LNG的定期檢驗現狀

2.1檢驗標準

車用LNG氣瓶是低溫絕熱氣瓶，屬壓力容器范疇的特種設備，受《中華人民共和國特種設備安全法》及《特種設備安全監察條例》的管轄，其生產、經營、使用、檢驗、檢測和監管的整個壽命周期都必須遵守法律法規的要求。TSG R0009—2009《車用氣瓶安全技術監察規程》規定“車用氣瓶的定期檢驗周期、檢驗項目和評定要求等，應當符合有關安全技術規范及其相關標準或者地方標準的規定。暫時沒有標準時，檢驗機構可以參照相應氣瓶的地方標準或者經過技術評審的企業標準制定檢驗方案。” 2014年頒布的TSG R0006—2014《氣瓶安全技術監察規程》打破了車用LNG氣瓶只需進行定期維護保養的傳言，明確了車用LNG氣瓶必須進行定期檢驗，但相應檢驗規則尚未出臺。針對法律法規標準規定必須進行定期檢驗的車用LNG氣瓶大批量到期的情況，各地紛紛開展地方標準的申請工作。

目前，在國家檢驗標準缺失的情況下，各檢驗機構主要以以下幾種形式進行車用LNG氣瓶的定期檢驗。

1）參照低溫絕熱氣瓶的地方檢驗標準，編制相應的車用LNG氣瓶定期檢驗或在線檢驗的質保體系，依此作為進行合法定期檢驗的依據。

2）依托針對性的科研項目成果，以車用LNG氣瓶的安全性評價暫代缺失的定期檢驗規則對到期的車用LNG氣瓶進行安全性評估，給出為期一年左右的安全使用期限。

3）與有經驗的檢驗單位合作，借助其檢驗技術及能力進行當地到期的車用LNG氣瓶的定期檢驗。

2.2檢驗項目及方法

目前進行定期檢驗的檢驗機構通常參照低溫絕熱氣瓶定期檢驗的地方標準中對于一般低溫絕熱氣瓶的檢驗項目及方法。通常包括資料審查、外觀檢查、安全附件及閥門檢驗、氣密性試驗及靜態蒸發率測試。車用LNG氣瓶通常固定安裝于車輛上，其檢驗方法通常采用不拆裝氣瓶的方式進行，此種方法主要存在以下難點。

1）車用氣瓶的安裝位置不統一，且氣瓶周圍未留出足夠的檢修空間。這些給氣瓶的不拆裝檢驗工作帶來了諸多不便，特別對外觀檢查的工具及檢驗人員的能力提出了更嚴苛的要求。

2）安全附件及閥門檢驗中，采用不拆卸的檢驗方法無法對螺紋、管口等缺陷進行檢查，但在實際的檢驗工作中發現，該閥門部件在車輛運行的震動及LNG的低溫特性雙重作用下極易損壞，更換頻率較高，所以對于安全附件及閥門的檢驗，正常情況下在前兩、三個檢驗周期中進行不拆裝檢驗可以滿足氣瓶安全運行的需要。

3）對于靜態蒸發率測試項目，前期采用置換的方法，即將液化天然氣置換為液氮，采用流量計測量方法進行，需要有專門的場地和資質進行置換，且測試完成后重新充裝液化天然氣；后期直接用液化天然氣進行流量計測量，這對流量計、現場設備及場地的防爆性提出了較高的要求。關于靜態蒸發率的測試現狀在下文將進行具體的分析。

2.3檢驗關鍵技術

車用LNG氣瓶的高真空多層纏繞絕熱型式決定了必須有足夠好的絕熱性能來滿足其安全運行的需要，而用于描述深冷壓力容器絕熱性能的參數有：真空度、靜態蒸發率、漏熱量以及維持時間等[3]。由于氣瓶上未設置真空規管，因此不方便在檢測現場進行氣瓶真空度的測試。而其它三個參數——靜態蒸發率、漏熱量以及維持時間之間存在相互轉換關系，因此考慮到測量時間與可操作性等因素，通常選取氣瓶的靜態蒸發率來代表它的絕熱性能[1]。

對于目前現場采用的靜態蒸發率測試方法除了前文所述以流量計測量方法外，還有表面溫度測試的定性分析法及壓升測量的估算法。

1）流量計測量法普遍采用GB/T 18443．5—2010《真空絕熱深冷設備性能試驗方法第5部分：靜態蒸發率測量》規定的方法用液氮作為測試介質或直接采用液化天然氣作為介質然后換算為液氮指標的方法進行。對于前者，存在置換充裝方面的限制，對于后者存在操作的安全性及換算指標的準確性方面的問題。同時此兩種方法均需要3～4天時間完成測量，對于車用LNG氣瓶的主要載體公共交通車輛來講，測量時間過長，勢必影響公共交通的正常運行。

2）表面溫度測試的定性分析法沒有現行的標準可參考，目前采用該方法的檢驗機構依托相關的科研項目成果，根據現場瓶體與環境溫度的差異進行瓶體絕熱性能合格性判定。該方法受環境溫度、車輛停放時間及瓶體結構等因素影響較大，而且溫差評估指標的準確性有待進一步的確認。

3）雖然理論上可以通過監測一定時間內氣瓶壓力變化反推氣瓶的靜態蒸發率，但實際的壓升測量中，氣瓶內壓力、溫度的變化受氣瓶靜置時間、起始壓力及周邊溫度等因素的影響較大，所以該方法只能模糊的評估氣瓶的絕熱性能。

3　建議與思考

針對目前車用LNG氣瓶檢驗標準的空缺，各檢驗機構檢驗方法的一致性、科學性及合理性值得商榷等問題，筆者建議從以下幾方面著手，加強對車用LNG氣瓶的檢驗工作，為其安全運行提供更大的保障。

3.1加快制定標準

法律是準繩，標準是依據。雖然各地市在加快地方標準的制定，面對數量龐大的在用車用LNG氣瓶，要集中全國檢驗機構、監管單位、制造單位及使用單位的專業優勢，盡快制定合理、有效的國家檢驗標準，規范定期檢驗工作。

在加快標準制修訂步伐的同時，積極探索適宜的檢驗方法，比如不拆卸的在線檢驗方法與拆卸送檢方法相結合。精簡檢驗流程，使整個檢驗過程實現安全、優質、高效的目的。

3.2優化檢驗項目

相對于一般低溫絕熱氣瓶，車用LNG氣瓶有其獨特性，所以要針對其特性，設定更加全面合理的檢驗項目。

1）對于不拆卸的在線檢驗方法，由于氣密性試驗的條件要求嚴格，試驗結果判定條件對于夾層真空結構的再用車用LNG氣瓶來講可操作性不強等因素，其進行氣密性檢驗項目的必要性不是很大，所以，在其在線檢驗中，該項可以不作為必須的檢驗項目。

2）在表征絕熱性能指標方面，可以通過增加設定條件以減少靜態蒸發率的測試時間或研發較準確的直接測試液化天然氣的流量計裝置等方法，實現該氣瓶定期檢驗工作的更加高效、合理。

3.3研發檢驗裝置

由于車用LNG氣瓶的主要載體是公共交通車輛，作為民生工程的公交車輛不能大規模停運的條件限制，對于氣瓶的檢驗要以上門檢驗為主，所以，有必要研發一套高效、集中化的檢驗裝置，該裝置可以完成靜態蒸發率、安全閥及壓力表等關鍵項目的檢驗，實現檢驗工作的智能化、科學化。

4　結束語

隨著以天然氣為燃料的新能源汽車推廣應用日益廣泛，車用LNG氣瓶的運行狀況關系著人民的切身利益，還需要行業專家、學者長期不懈的努力，探求最優的檢驗方案以保證車用LNG氣瓶生命周期內的運行安全。

[1] 夏莉,李蔚等. 車用LNG氣瓶的定期檢驗技術[J].中國特種設備安全，2014，30(2)：41-43.

[2] 簡文龍. 汽車用液化天然氣氣瓶的組成及工作原理[J]. 能源研究與管理，2015，(3):44-46.

[3] GB/T 18443—2010 真空絕熱深冷設備性能試驗方法[S].

Status and Thinking on Periodic Inspection of Liquefied Natural gas Cylinders for Vehicles

Liu Jinliang Yang Shubin Li Wei Lao Yingjie Xia Li
(Guangdong Institute of Special Equipments Inspection and Research Guangzhou 510655)

By briefly introducing the structure characteristics of liquefied natural gas cylinders for vehicles. The periodic inspection domestic status of liquefied natural gas cylinders for vehicles were analyzed on the lack of inspection standards, irregularity of the inspection items and methods and weak adaptability of key technology, especially the method of static evaporation rate. And the suggestions of the problem on periodic inspection were put forward in term of inspection standard formulation, inspection item optimization and development of inspection equipments.

Liquefied natural gas cylinders for vehicles Structure characteristics Periodic inspection Static evaporation rate

X933．4

B

1673-257X(2016)01-0046-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．011

劉金良(1982～)，男，碩士，工程師，從事醫用氧艙、低溫壓力容器相關設備檢驗與研究工作。

（2015-10-12 ）