車用LNG氣瓶定期檢驗技術探討

駱 輝薄 柯李 桐黃強華

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車用LNG氣瓶定期檢驗技術探討

駱 輝1薄 柯1李 桐1黃強華2

（1.中國特種設備檢測研究院 北京 100029）
（2.全國氣瓶標準化委員會 北京 100029）

摘 要：介紹車用LNG氣瓶檢驗現狀以及存在的問題，說明目前檢驗方法不適應車用LNG氣瓶檢驗。分析該類型氣瓶常見問題和失效情況，提出應根據氣瓶可能存在的失效類型以及總體狀況制定不同檢驗方案，宜采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結合的方法，首次檢驗以在線檢驗為主，狀況不好的氣瓶以及第二檢驗周期氣瓶采用拆瓶檢驗。該檢驗方法可以保障氣瓶安全運行，同時降低檢驗對氣瓶運行時間及成本造成的不利影響，具有科學性和經濟性。

關鍵詞：車用LNG氣瓶 定期檢驗 在線檢驗 拆卸檢驗

圖1　LNG汽車氣瓶安裝位置

LNG氣瓶用于低溫介質存儲，且存儲介質易燃易爆，危險性極大，特別是作為基礎公共交通工具的LNG公交車，如發生事故，將會造成極大社會影響。LNG氣瓶安全關系到LNG汽車安全，保障LNG氣瓶安全運行至關重要，因此TSG R0009—2009《車用氣瓶安全技術監察規程》要求對氣瓶進行定期檢驗［1］，TSG R0006—2014《氣瓶安全技術監察規程》中也對車用焊接絕熱氣瓶定期檢驗提出要求。

目前國內早期投入運行的車用LNG氣瓶使用年限已達到3～4年，按照目前法規規定，已經達到首次定檢周期，據推算和市場調查，我國每年需要進行定期檢驗的該類型氣瓶數量在6萬只以上，但國內還沒有該類型氣瓶定期檢驗國家標準，一些檢驗機構以及各地氣瓶檢驗站按照各自備案的企業標準或者地方標準進行檢驗，這些標準中規定的檢驗方法、評價標準基本相同，而這些檢驗標準對于車用LNG氣瓶檢驗存在不適應、不科學地方，難以推廣應用，導致車用LNG氣瓶定檢率較低，因此應根據車用LNG氣瓶主要問題及失效模式，結合氣瓶使用特點，制定科學、合理的檢驗標準。

1 車用LNG氣瓶檢驗現狀

1.1車用LNG氣瓶檢驗方法

目前，由于車用LNG氣瓶定期檢驗尚無國家標準，部分省市特種設備檢驗機構以及民營氣瓶檢驗站按照各自企標開展檢驗工作，部分省市質檢系統也出臺了地方標準，對氣瓶檢驗提出要求。這些企標及地方標準，檢驗項目基本包括資料審查，氣瓶和管路宏觀檢查，安全附件檢查，閥門檢驗，氣密性試驗，體現氣瓶絕熱性能的靜態蒸發率檢測（LN2），必要時增加無損檢測、真空度、漏放氣速率等檢測手段。為完成這些檢驗項目，需要將氣瓶從安裝位置拆卸下來，且需要將氣瓶管路、附件等拆解，該類型檢驗方法可統稱為拆瓶檢驗。

部分檢驗機構開發了在線檢驗技術，其他檢驗項目基本相同，不同之處在于氣瓶絕熱性能檢測方法上，通常檢驗方法通過靜態蒸發率反應氣瓶絕熱性能，在線檢驗通過紅外成像技術來反應氣瓶絕熱性能［2］，絕熱性能不好的氣瓶，氣瓶存在溫度較低區域，從圖像上可以進行識別，對待檢氣瓶進行逐只紅外成像檢測，然后對有懷疑氣瓶進行靜態蒸發率檢測，不必對每只氣瓶進行靜態蒸發率檢測，提高檢測效率。部分檢驗機構開發通過氣瓶氣象空間升壓速度來判定氣瓶絕熱性能，如氣瓶絕熱性能好，外界向氣瓶內部介質傳遞的熱量少，因此內部介質蒸發較少，氣瓶氣象空間升壓速度慢，否則升壓速度快。

1.2車用LNG氣瓶目前檢驗方法存在的問題

目前檢驗普遍采用拆瓶檢驗方法，為完成檢驗項目，首先將這些氣瓶從所在車輛拆卸下來，并且將氣瓶部分附件拆除，并將氣瓶內部LNG放空，靜態蒸發率檢測時候，需要充入液氮（LN2），檢驗完成后，重新安裝氣瓶。按照該檢驗方法，整個檢驗過程需要8天以上時間，且氣瓶重新安裝過程，需要進行監督檢驗，氣瓶檢驗完成重新安裝后，因氣瓶LNG已經被放空，車輛無法正常啟動工作，通常氣瓶檢驗場所無法對檢驗氣瓶充裝LNG。因此，目前檢驗方法，一方面檢驗效率低，另一方面由檢驗引起的附加成本高，附加成本是檢驗成本數倍甚至十幾倍。此外，公交車用LNG氣瓶在車用LNG氣瓶中占有絕大比例，由于該類型氣瓶數量巨大，單批次需要進行幾十只氣瓶檢驗，意味單批次需要停駛大量公交車，而公交車是城市基本交通工具，對檢驗效率要求較高，由于拆瓶檢驗效率較低，將大面積影響城市公交的正常運營。

1052 Effectiveness of neuromuscular electrical stimulation combined with swallowing training for dysphagia after acute ischemic stroke

對于車用LNG氣瓶檢驗，絕熱性能檢測是比較重要也是對檢驗效率影響最大的項目，目前按照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》進行靜態蒸發率檢測，檢測通常需要4天以上時間，且需要對LNG氣瓶進行放空、充裝液氮，為提高檢驗效率，一些機構開發新型檢驗技術來提高檢驗效率，開發的新型檢驗技術中，以紅外成像技術來反應氣瓶絕熱性能，但是，由于車用氣瓶安裝位置各異，有的氣瓶瓶體被包圍，僅氣瓶操作端敞開，有的氣瓶瓶體極少部分敞開，且前、后端封頭部位和擋板距離在10cm以內，因此無法在線完成紅外成像檢測操作，為完成該項檢測，仍需要將部分安裝位置不合適的氣瓶拆卸，影響檢驗效率。還有一些機構開發以氣瓶氣象空間升壓速度來反應氣瓶絕熱性能檢測方法，氣瓶升壓過程，也是氣瓶內部發生復雜的熱力學變化過程，氣瓶升壓速度除受到氣瓶絕熱性能影響外，還受到外界環境、起始壓力、介質熱力學狀態等影響，對于同一只氣瓶，在不同環境溫度以及不同起始壓力下，升壓速度如圖2所示，該方法目前缺少理論分析及足夠的試驗數據，尚未形成標準［3］。

圖2　環境溫度、起始壓力對氣瓶升壓速度影響［3］

2 車用LNG氣瓶常見問題及失效類型

通過對數百只車用LNG氣瓶檢驗，以及生產廠家調查，氣瓶常見問題和失效類型包括資料審查問題，安全附件問題，接管部位、閥門本體泄漏問題，接管、閥門、附件開裂問題，以及氣瓶絕熱性能超標問題。

資料審查，審查氣瓶出廠技術資料，氣瓶制造監檢證書，氣瓶安裝監檢，以及氣瓶注冊登記信息等，目前氣瓶技術資料基本齊全，最突出問題為部分氣瓶未進行注冊登記，此外還有氣瓶資料和現場氣瓶不對應，主要原因是由于在使用中氣瓶存在質量問題，進行氣瓶更換，使用單位未及時更新氣瓶技術資料，導致氣瓶資料和現場不符。

安全附件問題，包含安全閥、壓力表超期未校驗，安全閥整定壓力不滿足要求，壓力表精度不滿足要求，超期未校驗問題是安全附件主要問題，由于更換壓力表、安全閥，需要放空氣瓶壓力，很多使用單位都不能按時校驗安全附件，安全閥整定壓力及壓力表精度不滿足要求問題較少，主要是由于使用單位在安全附件更換過程中附件錯裝。在安全附件檢驗方面，目前各檢驗標準將液位計也列為安全附件，在實際檢驗中也發現一定量液位計失效，主要是由于液位計線路及數字儀表顯示故障，從氣瓶結構及使用情況考慮，該問題不會引起氣瓶安全問題，另一方面，《氣瓶安全技術監察規程》及《壓力容器定期檢驗規則》中，也未將液位計列入安全附件，因此建議車用LNG氣瓶檢驗中不進行液位計檢驗。

接管部位、閥門本體泄漏是車用LNG氣瓶比較常見問題，一方面由于接管間的密封件失效，另一方面由于車載氣瓶一直處于運動狀態，引起接管松動，因此氣瓶接管中發生泄漏點較多，對于氣瓶中閥門，由于密封件受到低溫介質影響，閥門本體也會發生泄漏。此外，由于閥門經常開、關，造成密封件磨損，閥門也可能發生內漏。

接管、閥體開裂是車用LNG氣瓶另一比較常見問題，在LNG氣瓶中，很多接管為黃銅和不銹鋼通過螺紋連接，氣瓶附件處于冷、熱變化狀態，由于黃銅和不銹鋼的膨脹系數不一致，又由于銅的強度較低，因此氣瓶中很多接管開裂，如圖3所示。對于氣瓶閥門，部分閥門也是黃銅和不銹鋼部件連接，容易產生內應力，導致閥體開裂，如圖4所示。

圖 3 車用LNG氣瓶接管開裂

車用LNG氣瓶的絕熱性能是重要指標之一，不但關系到安全性，也關系到氣瓶運行經濟性，由于氣瓶使用一段時間后，氣體分子的緩慢析出，氣瓶夾層真空度發生變化，以及在結構方面發生變化，導致氣瓶絕熱性能降低，反應氣瓶絕熱性能的靜態蒸發率超標。氣瓶絕熱性能超標，引起安全閥頻繁，一方面引起能源浪費，另一方面排出可燃氣體積聚，會引起火災等事故。此外，氣瓶絕熱性能不好，會引起瓶體跑冷，跑冷部位發生結露或者結霜，如圖5所示，通過宏觀檢查容易發現該問題。

圖5　車用LNG氣瓶瓶體結露

其他失效類型方面，氣瓶固定方面也可能出現問題，車用氣瓶靠捆綁帶及螺栓固定在車輛鞍座上或者箱體中，氣瓶運行中處于震動狀態，如捆綁帶強度不夠，在應力集中部位發生缺陷擴展，最終導致捆綁帶斷裂，如圖6所示。

圖6　捆綁帶斷裂

經對A、B、C公司氣瓶采用在線檢驗技術檢驗，本次檢驗為氣瓶第一周期檢驗，車用氣瓶失效情況主要以泄露，接頭、閥門開裂，以及絕熱性能超標為主，絕熱性能失效的氣瓶相對比例較低，各種失效類型統計見表1。由于采用在線檢驗方法，未統計氣瓶閥門內漏失效情況。

表1　氣瓶檢驗問題及失效案例情況統計表

3 車用LNG氣瓶檢驗技術探討

根據目前氣瓶檢驗主要存在的問題和失效類型，以及目前車用LNG氣瓶所采用的結構形式，根據制造廠調查結果，氣瓶使用5～6年后，70%氣瓶真空度達不到要求，因此如氣瓶投入使用6年左右時間，即第二檢驗周期，將出現大批量氣瓶絕熱性能不符合要求，此外，根據低溫氣瓶閥門運行工況特點，部分氣瓶閥門開關次數增加，閥門密封件磨損或者損壞，部分閥門可能發生內漏，閥門出現無法完全實現開啟和關閉功能，結合氣瓶其他常見失效類型，以及《氣瓶安全技術監察規程》規定低溫絕熱氣瓶檢驗周期要求，因此車用LNG氣瓶宜采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結合的檢驗方法。根據不同使用時間可能出現的失效模式，采用不同檢驗方法，檢驗項目應具有科學性和針對性，兼顧氣瓶安全性和檢驗經濟性。

3.1在線檢驗技術探討

對于首次檢驗氣瓶，投入使用時間在3年左右，根據之前檢驗情況總結，氣瓶總體狀況較好，氣瓶問題以資料問題、安全附件問題、泄漏問題、開裂問題為主，還可能出現小部分氣瓶絕熱性能超標，這些問題及缺陷可以通過在線檢驗發現，并且大部分問題通過在線維修來解決，在線檢驗減少氣瓶檢驗帶來的附加成本，同時降低氣瓶檢驗對車輛運輸造成的影響，因此首次檢驗應該以在線檢驗為主。

采用在線檢驗，首先進行資料審查以及安全附件檢查，檢查氣瓶是否為符合法規要求的產品，是否存在未登記注冊、私自安裝、私自更換等問題，安全附件檢查主要檢查安全附件是否超期以及參數是否符合要求等，其次進行宏觀檢查，檢查氣瓶是否存在結露、結霜，以及接頭、附件是否存在開裂等，其次進行氣密性檢查，目前車用氣瓶普遍帶有自增壓裝置，可以通過自增壓將瓶內壓力升高到公稱工作壓力，進行氣密檢查，一方面可以檢查接頭密封性，另一方面可以幫助檢查接頭、閥門、附件是否存在開裂問題。

對于在線檢驗，目的是為了提高氣瓶檢驗效率，降低檢驗引起的不必要成本，對于車用LNG氣瓶檢驗，應改進氣瓶絕熱性能檢測方法，目前普遍采用以液氮為介質進行靜態蒸發率檢測，各法規、標準均采用該指標對氣瓶絕熱性能進行評價，對于在用氣瓶，瓶內充裝LNG，為避免介質置換方便檢驗，應建立以LNG為介質的檢測評價標準，因為LNG為多組分介質，組分不同，對檢測結果有一定影響，應通過理論分析以及試驗驗證，得出組分對檢測結果影響程度，建立能滿足需要的檢測評定準則。還應開發方便且高效的在線檢驗的絕熱性能檢測方法，通過氣瓶升壓速度來在線反應絕熱性能，還需要進一步從理論和試驗上完善該方法，形成標準，能夠滿足在線檢測需要。對于通過氣瓶靜態蒸發率來反應氣瓶絕熱性能，可以縮短檢測時間，參照GB 18443.5—2010進行近似測量，將氣瓶充滿介質靜置12h，然后連續測量12h內介質蒸發量，將12h內測量結果按比例放大到24h的蒸發量，由于氣瓶單位時間內介質蒸發量是隨時間減小直至平衡穩定的過程，因此該方法測量結果應大于標準方法測量結果，試驗表明，該方法和測量結果是按照標準規范方法測量結果的1.09～1.20倍，部分試驗結果見表2。因此可采用該方法進行測量，將測量結果除以1.09作為氣瓶近似靜態蒸發率，該方法極大縮短了檢測時間，提高檢測效率，同時該方法具有保守性，能滿足現場檢驗需要。對于氣瓶絕熱性能檢測，紅外成像技術也是比較可靠、快捷的檢測技術，一些檢驗機構對紅外成像技術在低溫容器檢驗方面應用做了大量研究工作，但該方法只能對安裝位置合適的氣瓶進行測量。

表2　氣瓶檢驗問題及失效案例情況統計表

在線檢驗技術設置的檢驗項目，可以檢出氣瓶存在的問題及缺陷，具有科學性和針對性，同時降低了因檢驗而造成對氣瓶運行的影響。對于總體狀況不好的氣瓶，應采用拆瓶檢驗方法進行檢驗，保障氣瓶安全。

3.2拆瓶檢驗技術探討

對于投入使用時間較長的氣瓶，如達到第二檢驗周期氣瓶，同樣會出現3.1中描述的缺陷類型，但出現的缺陷類型又具有以下特點。首先，由于大規模氣瓶真空度喪失，導致大量檢驗氣瓶絕熱性能超標，需進行抽真空、真空度測量等維修處理，其次，隨著閥門開關次數增加，閥門可能出現內漏，最后，由于使用時間較長，各管路接頭部位密封失效，氣瓶可能出現較多泄漏點，需要重新組裝。如采用在線檢驗，現場無法完成對氣瓶所有缺陷維修及處理，因此宜采用拆瓶檢驗。此外，對于長時間未投入使用以及總體狀態不好的氣瓶，檢驗時需要對氣瓶進行大量維修和處理工作，采用拆瓶檢驗方法比較科學合理。

拆瓶檢驗方法，在氣瓶檢驗站完成，首先將氣瓶管路、附件拆卸，逐一檢查各氣瓶管路附件，氣瓶閥門進行氣密性試驗和外觀檢查，更換接頭密封件，重新進行組裝。組裝完成后，進行抽真空處理和真空度測量，真空度指標達到出廠技術要求。

氣瓶完成組裝后，充入液氮，進行宏觀檢查及氣密性試驗，檢驗內容及方法與在線檢驗基本相同。最后進行靜態蒸發率檢測，拆瓶檢驗靜態蒸發率檢測采用的介質為液氮，檢驗方法按照GB/T 18443.5—2010進行，靜態蒸發率評價標準按照氣瓶出廠技術要求。

拆瓶檢驗對氣瓶運行影響較大，成本較高，可以全面檢驗氣瓶各項技術指標，并可以對氣瓶重新組裝及進行提高絕熱性能處理，經檢驗及處理后的氣瓶安全狀況較好，主要技術參數基本上可恢復到出廠時指標，保障氣瓶安全。

4 結論與探討

對于車用LNG氣瓶檢驗，根據該類型氣瓶可能出現的失效類型以及該類型氣瓶使用特點，采用在線檢驗和拆瓶檢驗相結合的檢驗方法。在線檢驗方便、快捷、成本低，能夠檢出該周期內氣瓶的各類型缺陷，且能夠實現絕大部分缺陷的在線維修。拆瓶檢驗，成本較高，且對氣瓶運行影響較大，經過檢驗后，氣瓶某些技術指標等達到出廠要求，極大保障了氣瓶安全。因此采用兩種方法相結合的檢驗，結合了氣瓶安全性和經濟性，檢驗方法具有科學性。

參考文獻

［1］TSG R0006—2014 氣瓶安全技術監察規程［S］.

［2］夏莉，李蔚，魯雪生，等.車用LNG氣瓶定期檢驗技術［J］.中國特種設備安全，2014，30（2）：41-43.

［3］張華波，劉宇清，瞿偉建，等.環境溫度初始壓力對LNG氣瓶靜態升壓速率的影響［J］.石油和化工設備，2015，18（4）：23-25.

［4］ 馮志剛.車用LNG氣瓶定期檢驗工藝及評定標準［J］.中國特種設備安全，2013，29（4）：27-31.

［5］ 鄧明基，陳樹軍.車用LNG氣瓶定期檢驗與思考［J］.中國特種設備安全，2013，29（3）：23-25.

［6］王芳.車用LNG焊接絕熱氣瓶在線檢驗常見問題探究［J］.科技風，2014，（7）：79-81.

Discussion on Periodic Inspection Technology of LNG Cylinder for Vehicles

Luo Hui1Bo Ke1Li Tong1Huang Qianghua2
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100029)

AbstractThis paper introduces the present situation and problems of periodic inspection for LNG cylinder on vehicles. It is found that the present regulation is not suitable for LNG cylinder periodic inspection. With the analysis of the problems and failure model of LNG cylinder, it is concluded that the inspection regulation should based on failure model and the integrity of cylinder, the combining of inspection on line and inspection on site should be considered. Inspection on line can be used for frst period， and inspection on site can be used for second period or the cylinder with bad integrity. The inspection regulation could keep safety for cylinder operation, and decrease the negative effects on cylinder operation because of periodic inspection， so the regulation is scientifc and economical.

KeywordsLNG cylinder for vehicles Periodic inspection Inspection on line Inspection on site

中圖分類號：X924.2

文獻標識碼：B

文章編號：1673-257X（2016）04-0042-05

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.007

作者簡介：駱輝（1981～），男，碩士，主任助理，中級工程師，從事壓力容器檢驗檢測以及安全性能研究工作。

收稿日期：（2015-10-07）