標準氣體系統在發動機排放試驗中的策劃實施

李興旺，周雋钖，張 靖，周慶東

（漢馬科技集團股份有限公司，安徽馬鞍山 243061）

0 引言

我國的重型汽車經歷了40 余年的發展歷程，重卡市場在高速發展的同時，也帶來了激烈的市場競爭。漢馬科技集團股份有限公司重型環保大功率發動機實驗室是公司為了實現技術發展戰略、新產品開發、老產品改造技術管理等技術支持和顧問工作，建立的重型專用車發動機安徽省重點實驗室，以滿足企業的發展需要。實驗室氣體管道是實驗室建設中不可缺少的一部分，實驗室氣體管道系統分為室內氣瓶供氣系統和實驗室集中供氣系統。

1 標準氣體系統概述

為滿足國家重型汽車排放標準要求，作為汽車“心臟”的發動機在開發時均需要考慮做相應的排放檢測。目前用于發動機廢氣排放檢測的試驗方法主要有：直接取樣法、全量取樣法、比例取樣法和定容取樣法。

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

由于標準氣體種類繁多，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輸送標準氣體，這是標準氣體管道輸送系統的功能所在。實驗室標準氣體系統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設備端。

2 標準氣體系統架構

根據標準GB 18285—2018《汽油車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速及簡易工況法》標準要求，汽車尾氣檢測需配備15 瓶不同濃度的標準氣體，用于排放分析儀檢測。實驗室用標準氣體系統通常由氣瓶間、管路、一次調壓面板、二次調壓終端等組成。

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，按照國家規定要求必須分庫存放。氣瓶間的設計應滿足以下要求：符合國家的相關規范要求；符合消防法規的相關要求；設置合理的空瓶區、備瓶區；方便氣瓶轉運。氣瓶應按同一氣種、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，堅固耐用。氣瓶支架與壓力調節面板呈上下對應關系，方便操作。

2.2 氣瓶與系統的連接

氣體鋼瓶與壓力調節器間采用316L 內拋光高壓金屬管進行連接，高壓金屬管材質需要采用真空褪火的內拋光不銹鋼管道制作，能夠在一定范圍扳動，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格相匹配，確保連接的可靠性。高壓部分設置金屬過濾器阻擋固體顆粒物，使之無法進入系統。

2.3 調壓面板

調壓面板（圖1）構成：壓力調節器、系統主控制閥（或切換閥）、吹掃閥及相關管件均需牢固的固定在面板上，以實現壓力調節、壓力顯示、氣路控制、氣路吹掃等功能。

圖1 調壓面板

壓力調節面板上設有安全閥，確保系統安全。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行固定。面板上閥門連接采用卡套方式進行連接。面板上應貼有氣體的成分及濃度的標識。

2.4 管路布線

管道每隔一定的間距要設置一組管道固定支架。管道支架為槽鋼結構，與墻體固定牢固，為耐火材料制成。管道穿過障礙物時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，卡具應采用較管道硬度低的耐火材料制作，以防止管道發生變形。

為防止被傳輸的氣體壓力、流量損失過大，應盡量減少彎曲。壓力管道拐彎應力集中區應有安全加固，彎曲部位不能有皺折及扭曲。氣體管路在鋪設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，每間隔一定距離應設置一組管卡。系統布線應減少接縫以降低泄漏的可能性。

3 標準氣體系統實施內容

3.1 實施前準備

本標準氣體系統是為了滿足臺架用單路直采排放設備用氣要求，管道配置15 路（表1）。要求整個管路系統耐壓至少滿足1 MPa 氣體工作壓力要求。系統采用兩級減壓形式，即在鋼瓶出口設置一級減壓控制面板，在工藝設備端設置二級調壓終端。所使用氣體分為兩種：工作氣體和標定氣體，同時供應2 臺半流分析儀，進行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(半自動模式)，標定氣體均采用單瓶手動控制供氣方式。

表1 氣體成分參數表

3.2 標準氣體系統現場施工

對實驗室進行現場測繪，確定具體實施方案，設計管道布置圖和施工圖。系統設計時要充分考慮升級需要，設計方案要有一定的升級功能。

本文所述標準氣體系統采用一拖一、一拖多的管道式輸氣方式，安裝前需確認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行施工。預制好后的管道上固定支架前要先進行吹掃方能固定，吹掃完畢后立刻進行封堵。管道預制時要反復測量現場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行處理防止材料受熱后結構發生變化，產生氧化層。切割完畢后立刻要對切割位進行相關處理。管道連接完成后先高壓大流量的氣體進行吹掃后方能接入系統，系統中每個部件接入系統前均進行吹掃。系統連接完畢后對整個系統進行完整的吹掃。所有管路及設備均要進行固定處理，要求固定牢固可靠。

3.3 標準氣體系統施工完成檢查

施工完成后的標準氣體系統需要進行外觀檢查、系統耐壓試驗、氣密性試驗、泄漏率試驗。

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，各個閥件無明顯破損。

系統耐壓試驗：系統內充入高純氮氣至使用壓力的1.15～1.5 倍，關閉所有閥門，經過48 h 后系統不得有任何形變產生。

氣密性試驗：系統內充入高純氮氣至使用壓力，關閉所有閥門，用檢漏液對所有的接口部位及可能有外漏的部位進行檢測，保證無泄漏。

泄漏率試驗：系統內充入高純氮氣至使用壓力，關閉所有閥門，經過48 h 后系統壓力變化值（泄漏率）不得超過1%。

3.4 標準氣體系統現場試驗

項目實施完成，做好現場檢查后，對標準氣體系統（圖2）進行了供氣試驗。將氣瓶間的氣瓶連接到一級調壓閥端，打開氣瓶供氣閥門，調節一級調壓面板上的壓力調節器，將壓力調至所需壓力通氣至中壓管路，再通過二級調壓面板上的壓力調節器，將壓力調至排放分析設備所需壓力。標準氣體管路供氣24 h 后，通過觀察各級壓力調節器上的壓力表數值，對比發現壓力均無降低情況。分析整個管路情況得出：標準氣體系統管路施工供氣較好，滿足了排放試驗持續供氣的要求，解決了現場氣瓶供氣存在的安全及不能持續供氣的問題。

圖2 標氣系統現場應用

4 結束語

為貫徹落實國務院《中華人民共和國環境保護法》《中華人民共和國大氣污染防治法》，防治壓燃式及氣體燃料點燃式發動機汽車排氣對環境的污染，保護生態環境，保障人體健康，由生態環境部與國家市場監督管理總局聯會發布了《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》排放標準，作為汽車制造企業而言更應不斷加快發動機環保方面的研發投入，推廣環保應用及成果轉化。標準氣體系統作為發動機尾氣排放檢測分析的重要成分，也會對發動機的研發產生重要的影響。本標準氣體系統項目實施后解決了之前采用室內氣瓶就近供氣的安全隱患，降低了設備由于更換標氣的停機率，實際運行安全可靠，對行業內的應用具有一定的借鑒意義。