壓縮天然氣(CNG)氣瓶使用及安全分析

壓縮天然氣(CNG)氣瓶使用及安全分析前言

隨著我國經濟的不斷進展，我國的汽車產量和汽車保有量在不斷增加，燃油供需沖突以及汽車尾氣帶來的城市環(huán)境污染問題日益突出，因此，查找替代能源，開發(fā)和進展替代石油的氣體燃料汽車對全世界乃至我國都是關系到社會經濟，尤其是支柱產業(yè)—汽車工業(yè)進展的重大戰(zhàn)略問題，因而樂觀探究和進展自然?氣汽車是解決這些問題的一舉兩得的有力措施。其中，進展壓縮自然?氣汽車技術是最為現(xiàn)實并且可行的。自然?氣作為一種優(yōu)質車用燃料，不但價格低廉，運行經濟性好，而且發(fā)動機的排放污染小、噪聲低、磨損小、使用壽命長。因此，樂觀進展壓縮自然?氣汽車的推廣運用能獲得較大的社會經濟和環(huán)境效益。一、壓縮自然?氣氣瓶的生產平安壓縮自然?氣氣瓶（CNG-1鋼質氣瓶、CNG-2鋼質內膽環(huán)向纏繞氣瓶）的生產目前主要采納兩種生產工藝進行，一種是沖拔成型，另一種是采納無縫鋼管旋壓封口封底成型，無論采納何種方式進行生產，整個生產過程中都應嚴格根據(jù)工藝要求進行生產加工，防止和杜絕有缺陷的產品流入市場使用。對于這兩種成型生產方式，本文就其中的無縫鋼管旋壓成型進行說明，旋壓成型主要是對鋼管端部進行加熱，然后熱旋壓加工成型，因而產生的主要問題也在瓶體底部和口部，底部缺陷主要為底部夾雜、壁厚不足、或有微裂紋產生等缺陷，避開此類缺陷的產生主要為生產工藝的成熟，不斷改進封底生產工藝以達到最優(yōu)，對底部缺陷的檢查主要為超聲波測厚儀以及超聲波探傷儀，由先進的檢測手段檢測瓶體底部，防止有缺陷問題的半成品流入下一工序，從源頭上掌握產品質量，才能保證氣瓶的使用平安?？诓咳毕葜饕獮榱鸭y的產生，同樣與生產工藝的穩(wěn)定性有著重要的聯(lián)系，因此，從生產工藝的改進和優(yōu)化是提高產品使用平安的首要條件。對氣瓶生產中關鍵工序的檢驗也是造就高質量產品的重要手段，如瓶體壁厚檢測、超聲波探傷、磁粉探傷、熱處理、水壓試驗、氣密性試驗以及疲憊試驗、爆破試驗等，嚴格做好每一工序的生產和檢驗，由專人進行檢測，同時每一生產過程有工序見證記錄資料，檢驗結果準時打印并出具報告，氣瓶敲打移植號，保證產品的可追溯性，確保產品質量始終處于可受控的檢驗狀態(tài)。壓縮自然?氣氣瓶作為壓力容器，如同一個定時炸彈隨時可能引發(fā)，因此，保證對用戶放心的要求，對于產品的生產和檢驗，我們不容忽視，在生產中保證平安，才能在使用中讓用戶平安。二、壓縮自然?氣氣瓶的使用平安壓縮自然?氣氣瓶的使用平安，這里面涉及的平安問題就著實太多了，主要為存儲介質、瓶體材料、瓶閥、使用環(huán)境、定期檢驗，人為因素等方面，下面就這些問題逐一進行說明。1、存儲介質的平安問題壓縮自然?氣氣瓶的主要存儲介質為自然?氣，自然?氣的主要成份為甲烷CH4，無色無臭，常溫常壓下成氣態(tài)，比空氣輕，易燃易爆。沸點為-161.℃（1atm下），其可燃混合氣著火范圍較寬，熱值和自燃溫度較高，在封閉環(huán)境中集中系統(tǒng)小，因此泄漏的自然?氣易形成可燃混合氣，遇明火易爆炸燃燒。未經處理的自然?氣含少量的SO2、H2S，有臭味和毒性，另外還含有硫、水份，這些硫份和水份會對壓縮自然?氣裝置造成腐蝕，引起各種閥門和管路連接處腐蝕并影響密封性，甚至使減壓器功能失效，燃料供應系統(tǒng)布置不合理等問題，最終導致內外泄漏，成為擔心全的火災或爆炸氣源，所以壓縮自然?氣汽車所用的燃料自然?氣肯定要進行充分的脫硫脫水，保證氣質達到要求。[1]目前，大多數(shù)壓縮自然?氣氣源中都含有硫化氫等酸性物質，特殊是四川、重慶等氣源質量不佳的地方。硫化氫溶于水后，會造成鋼材的電化學腐蝕，產生氫鼓包現(xiàn)象。即使沒有水分，壓縮自然?氣中的硫化氫在高壓力作用下，也會對氣瓶造成腐蝕破壞。在SY0092-98《汽車用壓縮自然?氣加氣站設計規(guī)范》中，對壓縮自然?氣的硫化氫、水分等雜質含量都有嚴格限定，但假如壓縮自然?氣生產工藝中脫硫、脫水裝置失效，或加氣站經營者對硫化氫、水分指標把關不嚴，就可能導致壓縮自然?氣中硫化氫、水分含量超標。硫含量超標對于汽車用壓縮自然?氣鋼瓶、鋼內膽車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶的破壞作用尤為嚴峻。[2]國際標準ISO11439：2000《車用自然?氣高壓氣瓶》中4.5氣體成分對自然?氣的要求有詳細規(guī)定，我國標準GB17820-1999《自然?氣》對自然?氣的使用也有相應要求，因此充裝壓縮自然?氣的氣瓶應充裝技術要求達標的自然?氣，削減對氣瓶的腐蝕，延長氣瓶使用周期。2、瓶體材料的平安問題壓縮自然?氣氣瓶材料的選擇參照GB18248-2008《氣瓶中無縫鋼管》，氣瓶原材料主要選擇鉻鉬鋼無縫鋼管，采納調質熱處理。壓縮自然?氣鋼質氣瓶的工作壓力較高，自然?氣中又含有肯定量的H2S和水分，因而鋼瓶的氫腐蝕傾向較大。據(jù)有關資料，高強度鋼在高壓下，在干燥的H2S氣體中有裂紋的擴展傾向。當鋼瓶硬度較高時(HBC34)即使氣體中H2S濃度為0.1mg/L，長時間(1948h)可發(fā)生斷裂。大量討論表明，材料屈服強度在900～1000MPa以上，材料對氫腐蝕極為敏感，材料抗H2S腐蝕力量隨材料強度上升而變壞。假如金屬表面存在缺口引起應力集中，簡單誘發(fā)裂紋。鋼的屈服強度越高，其材料斷裂臨界應力強度因子越低，裂紋擴展速率隨鋼的強度增加而快速增大，同時由于車用瓶存在較頻繁的振動，因而也是加快裂紋擴展的一個緣由。另外，氣瓶表面質量也值得重視。由于氫對缺口極為敏感，哪怕特別細小的尖銳缺口也會導致應力集中，加速氫腐蝕進程，最終導致氣瓶爆炸。對于鋼質氣瓶，要求鋼的純潔度好，韌性高，延長性能好，鋼的表面質量好。假如選用的鋼斷裂韌性很高，臨界裂紋尺寸大于壁厚，使用中，即使發(fā)生裂紋擴展，裂紋穿透壁厚仍達不到臨界裂紋尺寸，只會發(fā)生泄漏而不會發(fā)生因裂紋達到臨界尺寸引起的爆炸，即“只漏不爆”。因此氣瓶制造廠不單對鋼廠提出用于鋼質氣瓶的鋼號和相應制造、驗收技術標準要求，而且還應對鋼中有害雜質元素(如S、P、O)含量、鋼的表面質量和力學性能指標提出嚴格掌握要求。如將硫、磷含量限制在0.01%；提高鋼交貨時的δ5和Akv指標，將δ5提高到不小于18%;要求鋼表面不得有任何氣泡、裂紋、結疤、折疊、分層、夾雜；表面光滑,不得有任何麻點和凹坑，表面不得進行修補；適當降低含碳量，如選用30CrMo等材料，將材料熱處理后的實際最大抗拉強度值掌握在不大于880MPa,對于經調質處理的材料，屈服應力的最大保證值不得大于最小抗拉強度的85%，屈服應力實測值和抗拉強度實測值之比不得大于92%。[3]3、瓶閥的平安問題在車用壓縮自然?氣氣瓶的定期檢驗中經常會發(fā)覺氣瓶有泄漏現(xiàn)象。檢驗中發(fā)覺，有相當一部分氣瓶存在瓶閥結構不夠合理、與瓶身連接處密封不好等現(xiàn)象。這樣的狀況在車用壓縮自然?氣全復合材料氣瓶中尤為普遍。帶有泄漏問題的車用壓縮自然?氣氣瓶一旦進入實際運營中，屬于帶病工作，在肯定的條件下必定會發(fā)生爆炸等事故。4、使用環(huán)境的平安問題(1)化學品侵蝕車用壓縮自然?氣氣瓶在實際運行環(huán)境中，可能患病酸雨等化學物質的侵蝕。這些物質會與氣瓶表面的材料發(fā)生化學反應，即會對有纏繞層的車用壓縮自然?氣氣瓶造成纏繞層纖維的斷裂、溶解、松動或者產生應力腐蝕裂紋等，對于鋼瓶則直接造成壁厚減薄、產生凹坑等后果。(2)大氣侵蝕車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶的纖維纏繞層假如長期暴露在陽光及大氣中，其外表面涂層的狀況會變化，可能導致纏繞纖維松動、斷裂，從而降低車用壓縮自然?氣氣瓶的強度，影響其平安性能。(3)外力作用車用壓縮自然?氣氣瓶在使用、搬運等過程中，由于操作不當或者汽車本身發(fā)生事故等影響，可能造成車用壓縮自然?氣氣瓶受到沖擊、碰撞、磨損、過熱等損傷，導致車用壓縮自然?氣鋼瓶表面受損，或造成車用壓縮自然?氣纏繞氣瓶表面纖維層松動、斷裂、樹脂破裂等后果，會降低車用壓縮自然?氣氣瓶的平安性能。5、定期檢驗的平安問題建立壓縮自然?氣氣瓶檢查的完善體系，嚴格執(zhí)行GB19533—2004《汽車用壓縮自然?氣鋼瓶定期檢驗與評定》的規(guī)定。鋼瓶的首次檢驗和其次次檢驗為每三年進行一次，其次次檢驗后每兩年進行一次；對出租車用鋼瓶的檢驗每兩年進行一次，其次次檢驗