氣瓶充裝介質變更安全性探討

駱 輝黃強華薄 柯李 桐柴 森

（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 100013）

氣瓶充裝介質變更安全性探討

駱 輝1黃強華2薄 柯1李 桐1柴 森1

（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 100013）

介紹我國法規中對于氣瓶充裝介質方面規定，氣瓶充裝介質不可以更改，增加企業運行成本。介紹國際上關于氣瓶充裝介質規定，可以參照CGA C-10以及ISO 11621的規定進行氣瓶充裝介質變更。詳細介紹了CGA C-10以及ISO 11621中關于氣瓶介質變更程序以及要求，只要采用規范的處理方法，氣瓶介質變更后可以安全運行。在目前情況下，根據我國氣體企業管理水平，可以有條件的開展氣瓶介質變更。

氣瓶 充裝介質 充裝介質變更

氣瓶應于壓縮氣體介質的運輸和存儲，氣瓶充裝的介質通常為高壓氣體、液化氣體等，部分氣體有毒、有害、易燃等，因此氣瓶安全至關重要。為保障氣瓶使用運行，通常根據充裝氣體種類、壓力、純度、使用環境、物理及化學性質等因素選擇合適氣瓶，需要考慮壓力等級匹配、材料相容性等一系列因素。

我國法規規定充裝單一氣體的氣瓶必須專用，只能充裝和制造標志規定一致的氣體，不得更改氣瓶制造標志及用途，不得用于充裝其他氣體[1]。如介質錯裝或者混裝，可能導致充裝的介質和氣瓶材料不相容或者原充裝介質殘留和新充裝介質發生化學反應，導致事故發生。當然，并不是所有氣體之間的氣瓶混裝都會引起事故，例如CrMo鋼制造的無縫氣瓶，即適合壓縮N2的充裝，只要壓力等級匹配，也適合空氣、He、H2、CNG等氣體充裝，并不會引起材料相容性問題，氣體殘留或者腐蝕產物也可以通過物理或者化學方法進行清洗去除，不會發生化學反應，從而發生安全事故。

我國對氣瓶充裝介質的規定，雖然有效避免了氣瓶因錯裝、混裝而引起安全事故，但是也給企業氣瓶運行增加成本，由于市場變化、氣體技術發展、采購周期等原因，常會造成企業儲備、購買的氣瓶和企業實際充裝所需氣瓶不相符，一方面造成企業某種氣體氣瓶大量閑置，而同時另外某種氣體氣瓶數量不能滿足生產需要，不得不投入大量資金用于對應介質氣瓶購買，增加企業運行成本，造成社會資源閑置浪費。

1 國內氣瓶充裝介質規定以及運行狀況

根據《氣瓶安全技術監察規程》規定，氣瓶只允許充裝和制造標志規定一致的氣體，且不得更改制造標志，因此按照國內氣瓶制造標準制造的氣瓶，氣瓶標志信息中除標明該氣瓶主要技術參數外，還必須明確規定了充裝介質，如圖1所示N2氣瓶，氣瓶標志中有明確的“N2”標志，其他氣體氣瓶也需要有對應的充裝介質名稱標志，該標志由氣瓶制造廠在出廠前完成。

圖1 氣瓶鋼印標志

該項規定，很大程度避免了因氣體混裝、錯裝造成的事故，但是也增加了氣體公司運行成本。之前我國的氣瓶主要為80L以下的無縫氣瓶以及1000L以下的焊接氣瓶，單只氣瓶制造成本低廉，且氣瓶主要充裝工業氣體，氣體對氣瓶腐蝕較為嚴重，氣瓶使用壽命較短，因此該項規定和氣瓶運行成本之間矛盾并不非常突出。然而，隨著工業技術發展，市場出現運輸工業氣體、電子氣體的大容積無縫氣瓶以及大容積焊接氣瓶，單只氣瓶價值近十萬元，國際上同類型氣瓶通常使用壽命30年以上。由于市場變化、技術發展、訂貨周期等原因，常會造成氣體公司充裝某種氣體的氣瓶大量閑置，又需要投入大量資金購買相同規格、類型的氣瓶充裝其他氣體。據統計，液化空氣、林德氣體等公司，閑置數百只容積為440L公稱工作壓力為16.6MPa材料為CrMo鋼的NH3氣瓶，價值數千萬元，而同時又需要購買相同類型氣瓶用于NO2充裝，上海一私營氣體運輸公司，擁有數量H2長管拖車，由于業務發展原因，開始經營運輸He，按照規定，必須停運H2長管拖車，投入數百萬元購置結構基本相同的長管拖車用于He運輸。

基于該項規定，一部分企業嚴格執行該項規定，增加了我國工業氣體成本，降低我國工業產品市場競爭力，同時也造成社會資源浪費，無謂增加能源消耗，也不符合當前倡導的降低能耗基本原則，因此說該項規定和運行之間矛盾越來越突出。另一部分企業，為節約成本，采用閑置的某種氣瓶充裝另外一種介質，例如圖2，氣瓶標志中充裝氣體為Ar，而實際充裝介質為He，實際充裝氣體和氣瓶鋼印標志不符，這樣會在氣體使用、運行中造成生產事故，對于某些氣體，甚至造成重大安全事故。在長管拖車定期檢驗過程中，有些公司使用鋼印標志為H2的長管拖車大容積無縫氣瓶充裝He。

圖2 氣瓶實際充裝氣體和充裝氣體鋼印標志

2 國外氣瓶充裝介質規定以及運行狀況

國外氣瓶制造標準關于氣瓶鋼印標志規定中，并未要求標示充裝介質。在DOT標準中，只有按照特許令制造的氣瓶制造完成后必須標示充裝介質，如“CNG”氣瓶，其他氣瓶充裝介質根據用戶要求，可以在氣瓶制中進行介質標志，也可以由用戶在充裝之前進行充裝介質標志。在ISO 13769關于氣瓶鋼印標志中，也未規定所有氣瓶必須標志充裝介質，乙炔氣瓶可以標志“C2H2”，但氣瓶在充裝之前必須標志充裝介質。

國外氣體公司氣瓶運行中，可以對充裝介質進行更改，CGA C-10對哪些氣瓶可以進行介質變更[2]，以及不同類別氣體氣瓶在介質變更過程中如何進行處理進行了詳細規定，ISO 11621也對介質變更程序進行了類似規定[3]。基于這些標準規定，一些國際化氣體公司，參照標準制定了氣體介質變更內部操作程序，并且有多年運行和實際操作經驗，也并未因此發生安全事故。采用科學的方法對氣瓶充裝介質進行變更，如圖3所示原充裝N2氣瓶，更改為充裝SiH4氣瓶，使用單位將提高了氣瓶運行效率，方便氣體公司運行，節省運行成本，提高產品國際市場競爭力。

圖3 國外氣瓶介質變更后鋼印標志

3 CGA-C10關于氣瓶介質變更方法及程序

CGA C-10對氣瓶介質變更氣瓶范圍，根據充裝介質進行的氣瓶分類，不同類別之間充裝介質變更需要進行的處理措施，以及氣瓶內部處理方式進行了規定。

3.1 充裝介質變更氣瓶范圍

根據該標準，并不是所有氣瓶都可以進行充裝介質變更，一些特定設計、制造的氣瓶不得進行充裝介質變更，如乙炔氣瓶、低溫氣瓶、非重復充裝氣瓶、帶村里氣瓶不得進行充裝介質變更，充裝特殊介質的氣瓶，如充裝CO以及可能發生應力腐蝕的氣瓶，需要經過嚴格檢驗才可以進行介質變更，否則不允許介質變更，此外，充裝HF的氣瓶也不允許進行介質變更。

3.2 氣瓶進行介質變更程序

如對氣瓶進行介質變更，首先確認氣瓶、閥門、安全裝置等材料適應于新充裝介質，其次確認原氣瓶壓力等級適用于新充裝介質，還要檢查氣瓶是否在檢驗有效期內，最后要確認瓶閥、接頭是否滿足新充裝介質。

確認完成后，介質變更首先排放源瓶內殘氣，拆卸瓶閥，其次去除原標簽、油漆并進行外部檢查，然后進行氣瓶內部檢查，根據充裝介質以及內部污染物、腐蝕情況，采用相應化學或機械手段進行清理，并進行相應檢測，再根據充裝介質類型，重新進行閥門安裝，最后重新進行油漆、更改標志等。

3.3 氣瓶介質變更內部處理程序及清洗要求

對于氣瓶進行介質變更，由于充裝介質，會在氣瓶內部形成污染物或者殘留，如清理不干凈，殘留物會對新充裝介質造成污染，甚至產生化學反應，造成安全事故，因此，氣瓶內部清洗、檢測對氣瓶介質變更安全性影響非常大。

●3.3.1 氣瓶充裝介質分類

根據所充裝介質的兼容性和污染物與更改后充裝氣體發生反應的可能性，以及原充裝介質對氣瓶可能產生的損傷，CGA C-10中將氣瓶充裝氣體分為七個類別。

Ⅰ 氧化性氣體，包括O2、N2O和含氧量超過23.5%的混合氣體；

Ⅱ 氧化性混合氣體，包括空氣以及含氧量低于23.5%的混合氣體；

Ⅲ 不可燃氣體和惰性氣體，包括惰性氣體、N2、CO2等；

Ⅳ 可燃氣體，包括CO、C3H6、C2H4、H2、LPG、CH4等；

Ⅴ 乙炔，溶解乙炔；

Ⅵ 低溫氣體氣瓶，包括LO2、LN2、LAr、LHe、LH2等；

Ⅶ 腐蝕性氣體、有毒氣體、自燃氣體、放射性氣體等，該類別氣體包含幾十種氣體，如NH3、Cl2、HCl、PH3、SiH4、SF6等。

●3.3.2 氣瓶介質變更中常用檢測手段以及清洗方法

氣瓶進行介質變更過程中，需要判定氣瓶內部是否有污染物或者殘留，并需要采用相應方法進行清洗。常用的檢測方法有氣味檢測、錘擊檢測、油脂檢測以及內部宏觀檢查等。常用的清洗方法包括有機溶劑清洗，加熱處理，機械方式清理，如鋼絲刷打磨、打磨片打磨、噴砂等，水溶液清洗，堿性溶液清洗，清水沖洗等。

●3.3.3 不同類別氣體氣瓶介質變更檢測及清洗措施

根據CGA C-10要求，不同類別氣體氣瓶之間介質變更需要的程序和處理措施也不同，CGA C-10中對不同類別氣體氣瓶之間轉換所需的處理以及檢測方法進行了規定。例如充裝Ⅱ類介質氣瓶之間相互轉換，需要進行氣味檢測和錘擊檢測，合格氣瓶可以不進行任何內部清洗，例如充裝Ⅰ介質氣瓶變更為充裝Ⅳ介質，氣瓶首先應進行排空，使用無油惰性氣體進行吹掃清理，也可使用水溶液進行清洗，例如充裝Ⅲ類別氣體氣瓶變更為充裝Ⅳ介質，需要進行內部宏觀檢查，如有腐蝕產物等，需要進行內部清洗，關于充裝Ⅶ介質氣瓶變更，由于該類型氣體比較危險，進行介質變更需要有豐富的相關知識，并遵循制造廠相關程序進行。

4 ISO 11621關于氣瓶介質變更方法及程序

和CGA C-10類似，ISO 11621對氣瓶介質變更氣瓶范圍，氣瓶介質變更通用程序，充裝氣體類別劃分，以及不同類別之間充裝介質變更需要進行的處理措施等進行了規定。

4.1 充裝介質變更氣瓶范圍

ISO 11621適應于無縫氣瓶、鋁合金氣瓶以及焊接氣瓶進行介質變更，不適應于乙炔氣瓶變更，也不適應于毒性、腐蝕性、自燃、放射性介質氣瓶進行變更，如對該類型氣體氣瓶進行介質變更，需要遵循更專業的操作程序。

4.2 氣瓶進行介質變更通用程序

根據ISO 11621，氣瓶進行介質變更，共分十個步驟來完成，并不是所有氣瓶進行介質變更都需要完成全部步驟。

Ⅰ 外部檢查和準備工作，包括確認瓶內充裝介質，氣瓶外部檢查，閥門檢查，確認氣瓶壓力等級，檢驗日期，內部介質排放至大氣壓，去除表面油漆、標簽、標示等，根變更后充裝介質類型，重新進行油漆、粘貼標簽等；

Ⅱ 氣瓶內水分含量檢查，氣瓶內部有無可見液體水；

Ⅲ 氣瓶內部積液檢查，特別是更改后用于充裝氧化性介質，內部有無積液以及碳氫類物質；

Ⅳ 確認材料相容性；

Ⅴ 水分含量檢測，該項檢查比Ⅲ項要求較高，確保氣瓶在使用壓力和溫度下不出現液態水；

Ⅵ 內表面缺陷狀況檢查；

Ⅶ 內表面腐蝕狀況檢查；

Ⅷ 氣瓶內部清洗及吹掃；

Ⅸ 確認氣瓶之前充裝介質和材料是否相容，必要時增加無損檢測或水壓試驗；

Ⅹ 如懷疑氣瓶內部出現過水，應進行無損檢測和水壓試驗。

4.3 氣瓶介質變更程序確定

氣瓶充裝不同種類氣體，氣體對氣瓶產生的影響不一樣，部分氣瓶可能產生腐蝕也可能產生應力腐蝕裂紋，充裝介質變更以后，充裝介質性質不一樣，對氣瓶要求也不一樣，ISO 11621根據氣瓶原充裝介質以及更改后充裝介質，在十個程序步驟中選取不同步驟組合。

●4.3.1 氣瓶充裝介質分類

跟CGA C 10類似，ISO 11621首先將氣瓶充裝氣體分為七個類別。

A 非活性氣體，包括惰性氣體、N2等，以及FTSC編號為01X0的氣體，X=0～6；

B 非活性氣體但可能產生腐蝕，包括CO2、CO2混合氣體以及FTSC編號為01X0或11X0且含氧量低于21%的混合氣體；

C 氧化性氣體，包括O2、N2O、空氣，含氧量大于21%的混合氣體，以及FTSC編號為41X0且N2O含量大于60%的混合氣體；

D 可燃氣體，包括C2H4、CH4、C3H6、碳氫化合物、LPG，以及FTSC編號為21X0的氣體、氣體混合物等；

E 脆化性氣體，H2，以及ISO 11114-1中易產生氫脆且無毒氣體等；

F 產生應力腐蝕類氣體，包括CO以及CO混合氣體等；

G有毒氣體、腐蝕性氣體、自燃氣體等，包含毒性、劇毒氣體。

●4.3.2 氣瓶介質變更中常用清洗方法

ISO 11621中規定的氣瓶清洗方法和CGA C-10中規定的方法基本類似，包括水溶液清洗，有機溶劑清洗，機械方法清洗等。

●4.3.3 不同類型氣體氣瓶介質變更采用的程序

根據ISO 11621要求，不同類型類別氣體氣瓶之間介質變更需要的程序和處理措施也不同，處理程序步驟見表 1。

表 1 不同類別氣體氣瓶之間變更采用程序步驟

5 結論和展望

只要方法得當，處理科學，氣瓶介質變更后可以安全運行。我國目前對氣瓶充裝介質方面的規定，氣瓶不能進行介質變更，給氣體企業氣瓶運行帶來不便。特別是近些年出現的大容積無縫氣瓶以及電子氣體氣瓶，氣瓶造價較高，造成氣體企業積壓大量氣瓶，造成運行成本增加，以及社會資源浪費。而國外氣體公司，建議盡快完善我國法規標準，采用科學處理方法，提高氣瓶使用效率，降低運行成本。

但是，我國目前氣體企業總體管理水平不高，個別企業存在氣瓶運行不規范，氣體品質參差不齊，如參照國外氣瓶運行經驗，會帶來更多安全問題。在現階段，可以有條件開展氣瓶介質變更，可以對管理水平較為規范企業擁有的價值較高的氣瓶進行介質變更，由氣瓶使用單位提出申請，氣瓶制造企業參照相關標準以及氣瓶使用情況制定介質變更方案及處理工藝，由檢驗單位對介質變更處理過程進行監督，共同保障氣瓶安全運行，同時為企業節省運行成本。

[1] TSG R0006—2014 氣瓶安全技術監察規程[S].

[2] CGA C-10—2005 Recommended Procedure for Changes of Gas Service for Compressed Gas Cylinders[S].

[3] ISO 11621—1997 Gas cylinders-Procedure for Change of Gas Service[S].

Discussion for Change of Filled Gas for Cylinders

Luo Hui1Huang Qianghua2Bo Ke1Li Tong1Chai Sen1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100013)

This paper introduces the items on filled gas of Chinese regulation, the filled gas is not allowed to be changed for specified cylinder, so the operation cost is increased. The items on filled gas of international regulation is introduced, in which the filled gas can be changed according to CGA C-10 or ISO 11621. This article details the procedure and requirements for change of filled gas, if the specified procedure is carried out, the changed cylinder can run without hazard. Based on the current management level of Chinese company, the filled gas can be changed on certain conditions.

Cylinder Filled gas Change of filled gas

X933.4

B

1673-257X(2016)11-0013-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.004

駱輝(1980～)，男，碩士，氣瓶室主任助理，中級工程師，從事特種設備安全研究工作。

2016-01-12）