車用環向纏繞氣瓶原型選型分析與建議

袁奕雯 羅曉明 徐維普

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200333）

車用環向纏繞氣瓶原型選型分析與建議

袁奕雯 羅曉明 徐維普

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200333）

針對業內對車用環向纏繞氣瓶設計文件鑒定和型式試驗工作中存在選型分歧這一實際問題，通過綜合分析氣瓶設計規則、型式試驗規則和產品標準的要求，對該產品的原型選擇進行討論，提出一個能夠符合國家標準、合理體現制造廠家訴求、且能與設計鑒定、型式試驗工作相適應的選型建議。

車用氣瓶 設計鑒定 型式試驗 選型

車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶(以下簡稱“纏繞氣瓶”)是近年來新興的一種盛裝壓縮天然氣燃料的高壓容器產品，被廣泛用于公交車、出租車、運輸貨車等各種以壓縮天然氣為燃料的汽車上。

國家質檢總局《氣瓶安全監察規定》[1]和TSG R009-2009《車用氣瓶安全技術監察規程》[2]均規定：氣瓶及附件正式投產前，應當按照安全技術規范及相關標準的要求進行型式試驗；改變設計文件……時，應當進行型式試驗”。

同時，TSG R009-2009《車用氣瓶安全技術監察規程》[2]第六條和TSG R1003-2006《氣瓶設計文件鑒定規則》[3]（以下簡稱“TSG R1003”）第二條均有關于“氣瓶在制造前應進行設計文件鑒定工作”的表述。

但是，TSG R7002-2009《氣瓶型式試驗規則》[4]第四條第一款規定“改變原設計，并且按照《氣瓶設計文件鑒定規則》視為新設計的”需要重新進行型式試驗。這一針對“新設計”和型式試驗關系的表述，在纏繞氣瓶業內引起了一些理解上的分歧。

GB 24160-2009《車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶》[5]（以下簡稱“GB 24160”）由于脫胎于ISO 11439[5]，因此沿襲國際標準，提出了“設計變更”的概念，其表7 “設計變更需重新進行型式試驗的試驗項目”中將材料、直徑、長度、工作壓力、端部結構、瓶口螺紋尺寸、制造工藝、保護層及瓶閥等列為設計變更項，廠家只需根據變更項的不同補充進行相應型式試驗項目即可。這與《氣瓶設計文件鑒定規則》中關于的“設計變更”概念差異較大，甚至與“新設計”的概念自相矛盾。因此部分廠家在申報設計文件鑒定和型式試驗階段，經常為選擇哪個定義，選擇哪些型式試驗項目而爭論不休。

筆者作為氣瓶設計文件鑒定及型式試驗機構的工作人員，就此問題提出自己的觀點和建議。

1 纏繞氣瓶選型分析及討論

1.1 纏繞氣瓶新設計定義解析

TSG R1003將文件的設計屬性定義為“新設計、變更設計、修改設計”。其中附錄B對氣瓶“新設計”的概念已經做出了明確的解釋。如果氣瓶設計所做的改變不在其列，可以視為“變更設計”。“修改設計”主要用于上次設計鑒定未通過，重新進行申請的情況。

由于GB 24160的7.2.1條規定“新設計的纏繞氣瓶應按其表6規定項目進行型式試驗”， 而表6中所要求的型式試驗共27項，前后耗時約3個月，這就意味著被定義為“新設計”的氣瓶均需重新完成全套型式試驗。

由此“新設計”的定義成為爭論焦點：按新設計，纏繞氣瓶應當按其表6完成27項試驗項目，按GB 24160表7的規定進行設計變更，只需要補充進行個別試驗項目，試驗時間可大幅縮短，這最終將關系到企業在市場競爭中的生死存亡。

針對TSG R1003和GB 24160的不同定義比較說明，見表1。

由表1可見，TSG R1003和GB 24160對“新設計”和“設計變更”的概念分歧較大，暫時無法使之統一，著眼于實際工作，建議設計文件階段以TSG R1003的要求為主導，本文表1中所列項目的改變均視為“新設計”，表1未及項目的改變視為“變更設計”；型式試驗階段以《氣瓶型式試驗規則》及GB 24160的要求為主導，認可GB 24160-2009表7中所列“設計變更”，并按照其要求進行試驗。

1.2 纏繞氣瓶選型建議與技巧

在GB 24160的表7中，用長度改變和直徑改變代替以往對氣瓶容積改變的定義。通常廠家會根據市場需要將一個系列氣瓶容積設定為80L～120L，但根據TSG R1003的附錄B要求，中容積和大容積視為兩個系列新設計，但如果從100L為分界點分開，則廠家需要分別按照兩個系列進行新設計，并按表7完成兩次型式試驗項目，于是這又成為爭論焦點。

結合氣瓶設計文件鑒定和型式試驗的要求綜合來看，建議纏繞氣瓶制造廠家在提交設計鑒定和型式試驗時，明確“原型”這一概念，提交“原型”的具體型號規格；盡量保持“設計原型”與“型式試驗原型”的統一。

表1 纏繞氣瓶新設計定義解析

“原型”是指纏繞氣瓶的具體型號規格，如CNG2-G-356-80-20B，不是一個80L～100L范圍。任何一個設計原型（型式試驗原型）只能覆蓋標準規定范圍內的型號規格，不能任意決定。

曾有纏繞氣瓶制造廠家設計文件鑒定時提交CNG2-G-356-（110～200）-20B為同一套設計文件，廠家自稱CNG2-G-356-180-20B為設計原型，根據規則向上覆蓋至長度增加不超過50%，可以覆蓋CNG2-G-356-200-20B；但型式試驗階段，廠家由于市場需求的原因，只提交CNG2-G-356-120-20B作為型式試驗原型，型式試驗機構出具的型式試驗報告無法使之覆蓋至200L，僅能向上覆蓋“長度增加50%”，但廠家堅持認為CNG2-G-356-120-20B是CNG2-G-356-（110～200）-20B中的一個代表性產品，能夠向上覆蓋到200L，這一分歧是典型的設計原型與型式試驗原型的不統一，導致設計文件鑒定結果與型式試驗結構無法匹配。

在目前我國的法規標準要求下，纏繞氣瓶按照中容積和大容積兩個系列劃分并分別進行新設計鑒定是法律規定的，并且應當按容積系列不同分別進行型式試驗，但是，本著合理體現制造廠家訴求，節約社會公共資源的前提，有以下兩條選型技巧。

技巧1）先確定大容積系列纏繞氣瓶的設計原型，可以盡量選擇容積較大、符合廠家本身市場需求的纏繞氣瓶作為設計原型。根據GB 24160中7.3的規定，長度減少小于等于50%，不需要重新進行型式試驗，長度減少大于50%，只需重新進行水爆和壓力循環試驗，因此，選擇較大容積的纏繞氣瓶，從時間成本和經濟成本上而言，可以實現節約最大化。

技巧2）如條件所限只能選擇中容積為原型，盡量選擇80L～100L的纏繞氣瓶，按照GB 24160-2009表7的要求重新進行型式試驗項目，以成為中容積系列的設計原型（型式試驗原型）。80L～100L的纏繞氣瓶向下覆蓋，長度減少小于等于50%，不需要重新進行型式試驗，目前市場上對于30L～45L纏繞氣瓶的需求較少，可以忽略不計，向大容積變更，也只需補充壓力循環、水爆和火燒試驗即可實現。

1.3 其他注意事項

● 1.3.1 改變壁厚所應注意的問題

纏繞氣瓶由于直徑變化往往會引起壁厚改變，這個問題較為復雜，不宜只將其視為直徑變更進行型式試驗，將另撰文闡述。但是，近年來，由于我國交通運輸部提出了降低整車裝備重量的新要求，很多制造廠家紛紛開始減薄氣瓶設計壁厚，提高內膽強度，以達到減輕氣瓶重量的目的，此類纏繞氣瓶可以在已有型式試驗原型基礎上，進行“抗硫化物應力腐蝕試驗”后，根據瓶標發字[2011]第57號[7]《關于GB24160-2009＜車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶＞提高內膽強度的意見》重新進行型式試驗。

● 1.3.2 TSG R1002中“變更設計”所應注意的問題

目前，絕大多數纏繞氣瓶制造廠家在進行設計變更后，均認為只需進行型式試驗就可以代替設計文件備案，筆者認為，根據TSG R1003，凡設計屬性定義為“新設計”的氣瓶，均應重新進行鑒定，而設計屬性定義為“設計變更”的氣瓶，則應在原設計文件鑒定機構進行設計變更備案。

2 結論與建議

通過對纏繞氣瓶有關的法規標準進行綜合分析，兼顧纏繞氣瓶制造廠家、氣瓶設計文件鑒定機構和氣瓶型式試驗機構三方工作出發點，建議如下。

1）纏繞氣瓶設計文件階段以TSG R1002的要求為主導；型式試驗階段以《氣瓶型式試驗規則》和GB24160的要求為主導，認可GB 24160-2009表7中所列“設計變更需重新進行型式試驗的試驗項目”，并按照其要求重新進行型式試驗。

2）同一設計（相同壁厚、相同直徑、相同壓力）的纏繞氣瓶，建議選擇可行的大容積系列纏繞氣瓶作為首次制造的設計原型，并以此選定中容積系列纏繞氣瓶的原型，并盡量使設計原型和型式試驗原型保持一致。

3）氣瓶設計文件鑒定與型式試驗是兩項密不可分的工作，建議在法規、標準修訂時，考慮吸收氣瓶設計文件鑒定機構和氣瓶型式試驗機構代表參與，以便能夠統分兼顧、統一概念，將實際工作中的意見進行匯總和交流，使新的法規和標準更加兼容，可操作。

1 氣瓶安全監察規定 [S],中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局令第46號,2003

2 TSG R009－2009 車用氣瓶安全技術監察規程 [S].

3 TSG R1003－2006,氣瓶設計文件鑒定規則[S].

4 TSG R7002－2009 氣瓶型式試驗規則 [S].

5 GB 24160－2009 車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶[S].

6 ISO 11439－2000.Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S]. Switzerland:ISO,2000.

7 瓶標發字[2011]第57號文《關于GB24160－2009<車用壓縮天然氣鋼質內膽環向纏繞氣瓶>提高內膽強度的意見》

Prototype Selection Analysis and Recommendations for Toroidal Winding Cylinder in Vehicle

Yuan Yiwen Luo Xiaoming Xu Weipu
(Shanghai institute of special equipment inspection and technical research Shanghai 200333)

To solve the model selecting differences between design document appraisal and the type tests for CNG Cylinder, this paper comprehensive analyzes the requirements of the cylinder design regulation, type testing regulation and product standard, a model selecting conclusion in line with national standards, reasonably reflecting the aspirations of the manufacturer is giving, which is suitable for design document appraisal and the type tests.

CNG Cylinder Design documents appraisal Type test Model selection

B

1673－257X(2014)06－38－03

袁奕雯，(1982-)，女，工程師，主要從事氣瓶設計文件鑒定、氣瓶型式試驗工作及其研究。

2013－12－10）