車用超低溫液化氣瓶研制技術報告

1、車用超低溫液化氣瓶研制技術報告車用超低溫液化氣瓶作為一種替代汽車油箱盛裝、儲存、供給燃料（液化天然氣），并且可以多次重復充裝的低溫絕熱壓力容器，其作用是儲存并供給燃料。當液化天然氣汽車工作時, 燃料氣瓶中的液態(tài)天然氣在自身壓力的作用下, 從液體排出管路中流出lng燃料氣瓶,經燃料切斷閥和過流閥進入汽化器內被加熱汽化, 供汽車使用。車用超低溫液化氣瓶主要由奧氏體不銹鋼內膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。山東鑫昊特種裝備股份有限公司開發(fā)、生產的車用超低溫液化氣瓶設計為雙層（真空）結構。內膽承受一定的壓力用來貯存和供給低溫狀態(tài)下的液化天然氣，在其外壁纏繞有玻璃纖維紙和光潔鋁箔組

2、成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導率低、隔熱性能高、重量輕的特點。外殼主要用來與內膽形成夾層空間（兩層容器之間的空間）和把內膽支撐起來的作用。夾層空間被抽成高真空與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)，用以延長液化天然氣的貯存時間。外殼和內膽之間設置支撐系統(tǒng)將內膽外殼合理固定。支撐系統(tǒng)的設計能夠承受車輛在行駛時所產生的加速、減速，運行時的振動以及補償內膽低溫狀態(tài)下長度方向的冷縮。該液化氣瓶主要適用于公交車、載重車、出租車等領域。產品具有真空度高、保溫性能好、結構設計緊湊、使用操作方便、安全性好等優(yōu)點，是一種新型的替代汽車油箱盛裝、儲存、供給燃料（液化天然氣）設備。一、我國車用超低溫

3、液化氣瓶現狀的概述液化天然氣（lng）汽車是繼壓縮天然氣（cng）和液化石油氣（lpg）汽車之后才開始發(fā)展起來的一種新型環(huán)保汽車，從本質上講也是天然氣汽車，但由于汽車攜帶的lng比cng具有更高的燃料密度，壓力低，所需氣瓶自重輕，汽車一次充氣的行駛里程（300800km）較cng遠得多，lng同時又能象油品一樣運輸，同時具有cng汽車和lpg汽車的優(yōu)點，而克服了它們的不足，因此具有更強的實用性，被認為是燃氣汽車的發(fā)展方向，從推廣車型來看，lng不但適用于城市公交車，也適用于大型貨運車輛和城市大巴，尤其是長途車輛。lng汽車和加氣站技術的關鍵點在于lng的儲存、運輸和計量銷售，因為-162的ln

4、g對儲罐、管閥及控制系統(tǒng)都有一些特殊要求，因此其技術難度較cng和lpg都大，但現在我國已完全掌握其應用技術并實用化，相關設備和部件都已成為標準化產品，系列化生產，美國消防防火協(xié)會（nfpa）還制定了專門的加氣站設計標準和車輛改裝標準，近年來全世界lng汽車保有量的迅速增加也說明此項技術是完全成熟的。從發(fā)展趨勢看，一些完全掌握該技術并已成熟化的國家，如美國等正在抓緊lngv的產業(yè)化和規(guī)?；茝V，擬在一些重點城市和交通干道網絡化布點建站，形成區(qū)域性lng汽車應用區(qū)。而一些在技術上沒有完全成熟或起步較晚的國家，如日本、德國等正在加緊該技術的開發(fā)和示范，均有意把lng技術全面產業(yè)化并大規(guī)模發(fā)展。國內

5、lng產業(yè)雖然起步較晚，但在lng汽車技術方面發(fā)展很快，隨著國外技術信息的傳入和近年來清潔汽車行動的實施，lng汽車已為業(yè)內人士所熟知，并已有一些企業(yè)擬著手這項技術的開發(fā)和推廣應用。國內lng產業(yè)的起步增強了人們對發(fā)展lng汽車的信心，而且速度和規(guī)模也越來越快、越來越大；同時伴隨著lng汽車及加氣站系統(tǒng)的研發(fā)、制造的不斷深入，lng汽車技術很快會象cng汽車技術一樣在國內興起。目前我國從事超低溫研究的大專院校主要有：上海交通大學、蘭州理工大學、大連理工大學。各合作院校都設立有自己的研發(fā)研究機構，并在研發(fā)水平上都具有國家一流水平。目前我國從事超低溫設備生產的企業(yè)主要有：查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有

6、限公司、北京天海工業(yè)有限公司、張家港中集圣達因低溫裝備有限公司以及張家港富瑞特種裝備有限公司等。山東鑫昊特種裝備股份有限公司審時度勢，投入了較大的人力、物力并結合國內外有關低溫裝備先進技術進行車用超低溫液化氣瓶研制開發(fā)，目前已經開發(fā)成功并投入試生產及應用。二、車用超低溫液化氣瓶基本原理及主要結構（一）基本原理車用超低溫液化氣瓶作為一種替代汽車油箱盛裝、儲存、供給燃料（液化天然氣），并且可以多次重復充裝的低溫絕熱壓力容器，其作用是儲存并供給燃料。當液化天然氣汽車工作時, 燃料氣瓶中的液態(tài)天然氣在自身壓力的作用下, 從液體排出管路中流出lng燃料氣瓶,經燃料切斷閥和過流閥進入汽化器內被加熱汽化,

7、供汽車使用。（二）產品結構車用超低溫液化氣瓶主要由由奧氏體不銹鋼內膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。其氣瓶的結構圖和外形圖如下圖一、二： 圖一、 產品結構圖 圖二、產品外形圖三、技術路線及生產工藝流程（一）技術方案和說明1、總體技術路線車用超低溫液化氣瓶采用雙層（真空）結構，主要由奧氏體不銹鋼內膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。內膽采用奧氏體型不銹鋼材料焊接而成，在內膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，絕熱材料采用阻燃材料，以降低熱導率，提高隔熱性能；外殼采用采用奧氏體不銹鋼或碳鋼材料焊接而成，并使外殼與內膽形成夾層空間，把內膽支撐起來；

8、夾層空間被抽成高真空，并與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)；內膽設計兩級安全閥，在內膽超壓時起到保護作用。2、主要結構和部件采用的技術措施（1）在內膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導率低、隔熱性能高、重量輕的特點。（2）外殼與內膽形成夾層空間，夾層空間被抽成高真空，并與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)，用以延長液化天然氣的儲存時間。（3）外殼與內膽之間設置支撐系統(tǒng)將內膽外殼合理固定。支撐系統(tǒng)的設計能夠承受車輛在行駛時所產生的加速、減速、運行時的震動。（4）氣瓶所有的外部管路、閥件都設置在氣瓶一端，并用保護環(huán)或保護罩進行防護。（5）內膽設置兩級安全

9、閥（管路系統(tǒng)中），在內膽超壓時起到保護作用。（6）在夾層超壓條件下，外殼的保護通過一個環(huán)形的真空塞來實現。（7）設置了經濟閥和過流閥。當外部管路發(fā)生破裂時，可通過過流閥的自動關閉，達到有效避免次生危險的發(fā)生。（8）在整套系統(tǒng)中設置了自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括：增壓截止閥、升壓調節(jié)閥、自增壓盤管及相應的管路。該系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進行熱交換，而不需要額外的能源。（二）生產工藝流程車用超低溫液化氣瓶生產工藝流程如下： 1、材料控制焊接材料材料復驗確認入庫原材料待檢材料復驗確認入庫外協(xié)（購）件待檢復驗確認入庫2、內膽控制筒體及試板下料卷筒縱縫焊接筒

10、體校圓縱縫探傷清洗烘干內筒體組件焊接內膽組件縱縫焊接內膽環(huán)縫焊接內膽環(huán)縫探傷內膽氣壓試驗內膽氦質譜檢漏絕熱材料包扎安裝分子篩、氧化鈀（外膽套裝閥封口焊接）3、外膽控制外膽筒體下料卷筒縱縫焊接筒體校圓清洗烘干外膽套裝閥封口焊接4、內外膽組合、檢驗（內膽安裝分子篩、氧化鈀）（外膽套裝閥封口焊接）外膽環(huán)縫焊接整體拋光保護圈組件焊接真空夾層氦質譜檢漏抽真空夾層真空漏放氣速率檢測閥門管路組焊及裝配氣密試驗靜態(tài)蒸發(fā)率檢驗氮氣封存銘牌安裝及標示張貼外部管路及液化器安裝外部管路氣密最終檢驗入庫四、產品規(guī)格、用途、性能特點及主要技術性能參數（一）產品規(guī)格型號cdpw500-275-1.59cdpw600-375

11、-1.59cdpw600-450-1.59cdpw600-500-1.59公稱容積 l275375450500有效容積 l253345414460（二）產品用途車用氣瓶由不銹鋼內、外膽，高真空絕熱夾層，安全裝置,閥門管路系統(tǒng)等組成，用于貯存和使用液化天然氣，并能自動提供連續(xù)的氣體，適用于公交車、載重車、出租車等。（三）產品主要性能特點（1）可靠性好、安全性高：采用雙殼體結構設計，外殼與內膽之間設置支撐系統(tǒng)將內膽外殼合理固定，支撐系統(tǒng)能夠承受車輛在行駛時所產生的加速、減速、運行時的震動；內膽設置的兩級安全閥（管路系統(tǒng)中），在內膽超壓時起到保護作用；設置的經濟閥和過流閥；當外部管路發(fā)生破裂時，可通

12、過過流閥的自動關閉，達到有效避免次生危險的發(fā)生。這些大大提高了氣瓶的安全可靠性。（2）保溫性能好。在內膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導率低、隔熱性能高、重量輕的特點。（3）真空度高、氣密性好。由于設置了抽真空閥體總成（三級密封，便于封結真空，便于抽真空），大大提高了氣瓶的真空度和氣密性。（4）節(jié)能。在整套系統(tǒng)中設置的自增壓系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進行熱交換，而不需要額外的能源。（四）主要技術性能參數項 目單 位設計參數(指標)備注內 膽外 膽工作壓力mpa1.59-0.1計算壓力3.18-0.21外殼

13、為外壓氣壓試驗壓力3.18日蒸發(fā)率0.21*ln2漏放氣速率試驗：漏放氣速率pa·m3/s不低于6×10-7充裝液氮后夾層真空度pa2×10-2五、研制過程中解決的主要技術關鍵及項目主要創(chuàng)新點：（一）研制過程中解決的主要技術關鍵在產品的研制過程中，我們圍繞車用超低溫液化氣瓶設計和制造過程中遇到的技術難點進行科技攻關，解決的主要技術關鍵有以下幾個方面：1、超低溫液化氣瓶的雙層結構設計技術（包括設計參數和材料的選擇）；2、超低溫液化氣瓶夾套的提高真空度的抽真空技術；3、內膽外壁絕熱材料的選擇與纏繞技術；4、氣密性試驗技術（二）項目主要創(chuàng)新點 在研發(fā)車用超低溫液化氣瓶過

14、程中，為了提高車用超低溫液化氣瓶的整體性能，我們組織科研人員進行了技術攻關，并進行了以下幾方面的改進和創(chuàng)新：1、采用雙層（真空）結構。形成內膽、外殼、高真空多層絕熱夾層結構。在內膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，絕熱材料采用阻燃材料，以降低熱導率，提高隔熱性能。2、采用了抽真空閥體總成。該閥體總成設計為三級密封，便于封結真空，便于抽真空。3、設置了自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括：增壓截止閥、升壓調節(jié)閥、自增壓盤管及相應的管路。該系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進行熱交換，而不需要額外的能源。穩(wěn)定的壓力是通過調節(jié)升壓調節(jié)閥來控制的，當氣瓶頂部的壓

15、力低于升壓調節(jié)閥設定的壓力時，液化天然氣通過增壓截止閥和升壓調節(jié)閥后進入自增壓盤管與空氣進行熱交換，液體變成蒸汽回到氣瓶頂部。由于液化天然氣的液氣比較大，因此使得壓力升高。當壓力等于升壓調節(jié)閥的壓力后，升壓調節(jié)閥自動關閉，氣瓶壓力不再繼續(xù)升高。達到了便于自動調節(jié)瓶內壓力，持續(xù)供給發(fā)動機燃料目的。 4、采用了后端十字架支撐結構。采用該結構便于縱向、軸向受力，便于運行中因突然接受外力引起的斷裂，減少導熱。5、“保溫防護材料纏繞機”已申報實用新型專利，專利申請?zhí)枺?01220401489.x。本實用新型所述的壓力容器保溫防護材料纏繞機，包括支架、壓力容器定位裝置和安裝保溫防護材料的支撐座，壓力容器定

16、位裝置和支撐座對應安裝在支架的兩側，壓力容器定位裝置包括刻盤和滑動尾座，卡盤設在之間的一邊，卡盤連接驅動裝置，對應卡盤在支架的另一邊攝制滑動尾座，配合滑動尾座在指甲上設置滑道，滑動尾座上設有定位銷。解決的技術問題是：能將保溫防護材料均勻纏繞到壓力容器的外殼上，減少了操作人員的勞動強度，對壓力容器保溫防護效果更佳，提高了內膽外壁纏繞保溫防護材的效率和質量。6、“便于檢測真空度的抽真空閥”已申報實用新型專利，專利申請?zhí)枺?01220401486.6。包括閥體、閥桿和閥塊，閥體的側壁上設置抽氣管，閥桿頂部安裝手柄，底部連接閥塊，閥體的側壁上連接真空規(guī)管，真空規(guī)管連接真空計。真空規(guī)管是測量真空度的傳感

17、器，抽真空閥在工作時，其側壁上設置的真空規(guī)管能夠隨時將測量到的真空度信號傳輸到真空計上，經過放大處理就可以顯示出抽真空閥閥體中的真空度，操作簡單方便。解決的技術問題是：提供一種結構簡單合理、便于隨時檢測真空度的抽真空閥。項目經淄博市科技情報研究所科技查新，查新結論為：在文獻檢索范圍內，國內未見研究內容相同的文獻報道。六、產品質量檢測、用戶使用情況（一）產品質量檢測情況產品經大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院（國家氣瓶型式試驗結構）檢測，各項技術指標均符合q/sxh-js00-2012汽車用液化天然氣氣瓶標準的要求。 （二）產品用戶使用情況產品已經在遼寧、河南、安徽、山東等十多省、市銷售，產品應用用戶

18、已發(fā)展到500余家，使用量已達3500余臺。博興文浩汽車服務有限公司、桓臺縣新城振益汽車修理廠、遼河油田晨宇重卡裝備有限公司、日照穩(wěn)健燃氣有限公司等單位應用后認為：山東鑫昊特種裝備股份有限公司生產的車用超低溫液化氣瓶，產品質量穩(wěn)定，具有保溫性好、真空度高、安全、安裝使用方便等優(yōu)點。其產品的各項性能指標要優(yōu)于國內同類型的車用液化氣瓶。七、項目達到的技術水平 我公司研制的車用超低溫液化氣瓶嚴格按照國家相關標準和企業(yè)標準的技術要求設計制造，始終把產品質量作為首要目標來考慮，因此，該產品具有較高的安全可靠性。我公司從2011年開始研制車用超低溫液化氣瓶，經過公司全體人員的共同努力下和反復試驗，解決了多

19、項技術關鍵，通過了產品型式試驗。目前國內同行業(yè)生產車用超低溫液化氣瓶規(guī)模較大的企業(yè)主要有：查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有限公司、北京天海工業(yè)有限公司、張家港中集圣達因低溫裝備有限公司以及張家港富瑞特種裝備有限公司等。國外同行業(yè)著名的公司有：美國的查特公司和泰來華頓公司等。我公司生產的車用超低溫液化氣瓶產品經山東省特種設備檢驗研究院檢驗中心檢測驗證，產品性能及各項指標均符合q/sxh-js00-2012汽車用液化天然氣氣瓶標準要求，用戶使用后反映很好。我公司生產的車用超低溫液化氣瓶與國內外同類產品對比分析見下表: 與國內外同類產品主要性能對比表項目本公司國內國外靜態(tài)蒸發(fā)率1.8%/dd2.1%/dd1.8%/dd真空度2×10-4pa2