车用LNG气瓶定期检验技术探讨

 骆辉1  薄柯1李桐1  黄强华2

 （1．中国特种设备检测研究院北京  100029）（2．全国气瓶标准化委员会  北京  100029）

摘要：介绍车用LNG气瓶检验现状以及存在的问题，说明目前检验方法不适应车用LNG气瓶检验。分析该类型气瓶常见问题和失效情况，提出应根据气瓶可能存在的失效类型以及总体状况制定不同检验方案，宜采用在线检验和拆瓶检验相结合的方法，首次检验以在线检验为主，状况不好的气瓶以及第二检验周期气瓶采用拆瓶检验。该检验方法可以保障气瓶安全运行，同时降低检验对气瓶运行时间及成本造成的不利影响，具有科学性和经济性。

 关键词：车用LNG气瓶定期检验在线检验拆卸检验  中图分类号：X924.2  

文章编号：1673-257X(2016)04-0042-05 DOI：10. 3969/j  .issn．1673-257X．2016. 04. 007

 随着我国大气污染问题日益突出，LNG作为一种清洁、高效能源在我国能源结构中占有越来越重要地位，因此各地积极推广LNG汽车应用，据中国燃气网报道，到2014年为止，我国LNG汽车已达到18.4万辆，并且每年以30%左右速度在增长，据此推算，我国车用LNG气瓶保有量在20万只以上，主要安装在公交车以及运输卡车上。LNG气瓶作为LNG汽车燃料存储设备，通常安装在公交车后部或侧面，以及卡车车头后部，如图1所示。

 LNG气瓶用于低温介质存储，且存储介质易燃易爆，危险性极大，特别是作为基础公共交通工具的LNG公交车，如发生事故，将会造成极大社会影响。LNG气瓶安全关系到LNG汽车安全，保障LNG气瓶安全运行至关重要，因此TSG R0009-2009《车用气瓶安全技术监察规程》要求对气瓶进行定期检验，TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》中也对车用焊接绝热气瓶定期检验提出要求。

 目前国内早期投入运行的车用LNG气瓶使用年限已达到3～4年，按照目前法规规定，已经达到首次定检周期，据推算和市场调查，我国每年需要进行定期检验的该类型气瓶数量在6万只以上，但国内还没有该类型气瓶定期检验国家标准，一些检验机构以及各地气瓶检验站按照各自备案的企业标准或者地方标准进行检验，这些标准中规定的检验方法、评价标准基本相同，而这些检验标准对于车用LNG气瓶检验存在不适应、不科学地方，难以推广应用，导致车用LNG气瓶定检率较低，因此应根据车用LNG气瓶主要问题及失效模式，结合气瓶使用特点，制定科学、合理的检验标准。

1车用LNG气瓶检验现状

1.1车用LNG气瓶检验方法

 目前，由于车用LNG气瓶定期检验尚无国家标准．部分省市特种设备检验机构以及民营气瓶检验站按照各自企标开展检验工作，部分省市质检系统也出台了地方标准，对气瓶检验提出要求。这些企标及地方标准，检验项目基本包括资料审查，气瓶和管路宏观检查，安全附件检查，阀门检验，气密性试验，体现气瓶绝热性能的静态蒸发率检测(LN2)，必要时增加无损检测、真空度、漏放气速率等检测手段。为完成这些检验项目，需要将气瓶从安装位置拆卸下来，且需要将气瓶管路、附件等拆解，该类型检验方法可统称为拆瓶检验。

 部分检验机构开发了在线检验技术，其他检验项目基本相同，不同之处在于气瓶绝热性能检测方法上，通常检验方法通过静态蒸发率反应气瓶绝热性能，在线检验通过红外成像技术来反应气瓶绝热性能，绝热性能不好的气瓶，气瓶存在温度较低区域，从图像上可以进行识别，对待检气瓶进行逐只红外成像检测，然后对有怀疑气瓶进行静态蒸发率检测，不必对每只气瓶进行静态蒸发率检测，提高检测效率。部分检验机构开发通过气瓶气象空间升压速度来判定气瓶绝热性能，如气瓶绝热性能好，外界向气瓶内部介质传递的热量少，因此内部介质蒸发较少，气瓶气象空间升压速度慢，否则升压速度快。

1.2车用LNG气瓶目前检验方法存在的问题

 目前检验普遍采用拆瓶检验方法，为完成检验项目，首先将这些气瓶从所在车辆拆卸下来，并且将气瓶部分附件拆除，并将气瓶内部LNG放空，静态蒸发率检测时候，需要充入液氮(LN2)，检验完成后，重新安装气瓶。按照该检验方法，整个检验过程需要8天以上时间，且气瓶重新安装过程，需要进行监督检验，气瓶检验完成重新安装后，因气瓶LNG已经被放空，车辆无法正常启动工作，通常气瓶检验场所无法对检验气瓶充装LNG。因此，目前检验方法，一方面检验效率低，另一方面由检验引起的附加成本高，附加成本是检验成本数倍甚至十几倍。此外，公交车用LNG气瓶在车用LNG气瓶中占有绝大比例，由于该类型气瓶数量巨大，单批次需要进行几十只气瓶检验，意味单批次需要停驶大量公交车，而公交车是城市基本交通工具，对检验效率要求较高，由于拆瓶检验效率较低，将大面积影响城市公交的正常运营。

 对于车用LNG气瓶检验，绝热性能检测是比较重要也是对检验效率影响最大的项目，目前按照GB／T 18443.5-2010《真空绝热深冷设备性能试验方法第5部分：静态蒸发率测量》进行静态蒸发率检测，检测通常需要4天以上时间，且需要对LNG气瓶进行放空、充装液氮，为提高检验效率，一些机构开发新型检验技术来提高检验效率，开发的新型检验技术中，以红外成像技术来反应气瓶绝热性能，但是，由于车用气瓶安装位置各异，有的气瓶瓶体被包围，仅气瓶操作端敞开，有的气瓶瓶体极少部分敞开，且前、后端封头部位和挡板距离在10cm以内，因此无法在线完成红外成像检测操作，为完成该项检测，仍需要将部分安装位置不合适的气瓶拆卸，影响检验效率。还有一些机构开发以气瓶气象空间升压速度来反应气瓶绝热性能检测方法，气瓶升压过程，也是气瓶内部发生复杂的热力学变化过程，气瓶升压速度除受到气瓶绝热性能影响外，还受到外界环境、起始压力、介质热力学状态等影响，对于同一只气瓶，在不同环境温度以及不同起始压力下，升压速度如图2所示，该方法目前缺少理论分析及足够的试验数据，尚未形成标准。

2车用LNG气瓶常见问题及失效类型

 通过对数百只车用LNG气瓶检验，以及生产厂家调查，气瓶常见问题和失效类型包括资料审查问题，安全附件问题，接管部位、阀门本体泄漏问题，接管、阀门、附件开裂问题，以及气瓶绝热性能超标问题。

 资料审查，审查气瓶出厂技术资料，气瓶制造监检证书，气瓶安装监检，以及气瓶注册登记信息等，目前气瓶技术资料基本齐全，最突出问题为部分气瓶未进行注册登记，此外还有气瓶资料和现场气瓶不对应，主要原因是由于在使用中气瓶存在质量问题，进行气瓶更换，使用单位未及时更新气瓶技术资料，导致气瓶资料和现场不符。

 安全附件问题，包含安全阀、压力表超期未校验，安全阀整定压力不满足要求，压力表精度不满足要求，超期未校验问题是安全附件主要问题，由于更换压力表、安全阀，需要放空气瓶压力，很多使用单位都不能按时校验安全附件，安全阀整定压力及压力表精度不满足要求问题较少，主要是由于使用单位在安全附件更换过程中附件错装。在安全附件检验方面，目前各检验标准将液位计也列为安全附件，在实际检验中也发现一定量液位计失效，主要是由于液位计线路及数字仪表显示故障，从气瓶结构及使用情况考虑，该问题不会引起气瓶安全问题，另一方面，《气瓶安全技术监察规程》及《压力容器定期检验规则》中，也未将液位计列入安全附件，因此建议车用LNG气瓶检验中不进行液位计检验。

 接管部位、阀门本体泄漏是车用LNG气瓶比较常见问题，一方面由于接管间的密封件失效，另一方面由于车载气瓶一直处于运动状态，引起接管松动，因此气瓶接管中发生泄漏点较多，对于气瓶中阀门，由于密封件受到低温介质影响，阀门本体也会发生泄漏。此外，由于阀门经常开、关，造成密封件磨损，阀门也可能发生内漏。

 接管、阀体开裂是车用LNG气瓶另一比较常见问题，在LNG气瓶中，很多接管为黄铜和不锈钢通过螺纹连接，气瓶附件处于冷、热变化状态，由于黄铜和不锈钢的膨胀系数不一致，又由于铜的强度较低，因此气瓶中很多接管开裂，如图3所示。对于气瓶阀门，部分阀门也是黄铜和不锈钢部件连接，容易产生内应力，导致阀体开裂，如图4所示。

 车用LNG气瓶的绝热性能是重要指标之一，不但关系到安全性，也关系到气瓶运行经济性，由于气瓶使用一段时间后，气体分子的缓慢析出，气瓶夹层真空度发生变化，以及在结构方面发生变化，导致气瓶绝热性能降低，反应气瓶绝热性能的静态蒸发率超标。气瓶绝热性能超标，引起安全阀频繁，一方面引起能源浪费，另一方面排出可燃气体积聚，会引起火灾等事故。此外，气瓶绝热性能不好，会引起瓶体跑冷，跑冷部位发生结露或者结霜，如图5所示，通过宏观检查容易发现该问题。

 其他失效类型方面，气瓶固定方面也可能出现问题，车用气瓶靠捆绑带及螺栓固定在车辆鞍座上或者箱体中，气瓶运行中处于震动状态，如捆绑带强度不够，在应力集中部位发生缺陷扩展，最终导致捆绑带断裂，如图6所示。

 经对A、B、C公司气瓶采用在线检验技术检验，本次检验为气瓶第一周期检验，车用气瓶失效情况主要以泄露，接头、阀门开裂，以及绝热性能超标为主，绝热性能失效的气瓶相对比例较低，各种失效类型统计见表1。由于采用在线检验方法，未统计气瓶阀门内漏失效情况。

3车用LNG气瓶检验技术探讨

 根据目前气瓶检验主要存在的问题和失效类型，以及目前车用LNG气瓶所采用的结构形式，根据制造厂调查结果，气瓶使用5～6年后，70%气瓶真空度达不到要求，因此如气瓶投入使用6年左右时间，即第二检验周期，将出现大批量气瓶绝热性能不符合要求，此外，根据低温气瓶阀门运行工况特点，部分气瓶阀门开关次数增加，阀门密封件磨损或者损坏，部分阀门可能发生内漏，阀门出现无法完全实现开启和关闭功能，结合气瓶其他常见失效类型，以及《气瓶安全技术监察规程》规定低温绝热气瓶检验周期要求，因此车用LNG气瓶宜采用在线检验和拆瓶检验相结合的检验方法。根据不同使用时间可能出现的失效模式，采用不同检验方法，检验项目应具有科学性和针对性，兼顾气瓶安全性和检验经济性。

3.1在线检验技术探讨

 对于首次检验气瓶，投入使用时间在3年左右，根据之前检验情况总结，气瓶总体状况较好，气瓶问题以资料问题、安全附件问题、泄漏问题、开裂问题为主，还可能出现小部分气瓶绝热性能超标，这些问题及缺陷可以通过在线检验发现，并且大部分问题通过在线维修来解决，在线检验减少气瓶检验带来的附加成本，同时降低气瓶检验对车辆运输造成的影响，因此首次检验应该以在线检验为主。

 采用在线检验，首先进行资料审查以及安全附件检查，检查气瓶是否为符合法规要求的产品，是否存在未登记注册、私自安装、私自更换等问题，安全附件检查主要检查安全附件是否超期以及参数是否符合要求等，其次进行宏观检查，检查气瓶是否存在结露、结霜，以及接头、附件是否存在开裂等，其次进行气密性检查，目前车用气瓶普遍带有自增压装置，可以通过自增压将瓶内压力升高到公称工作压力，进行气密检查，一方面可以检查接头密封性，另一方面可以帮助检查接头、阀门、附件是否存在开裂问题。

 对于在线检验，目的是为了提高气瓶检验效率，降低检验引起的不必要成本，对于车用LNG气瓶检验，应改进气瓶绝热性能检测方法，目前普遍采用以液氮为介质进行静态蒸发率检测，各法规、标准均采用该指标对气瓶绝热性能进行评价，对于在用气瓶，瓶内充装LNG，为避免介质置换方便检验，应建立以LNG为介质的检测评价标准，因为LNG为多组分介质，组分不同，对检测结果有一定影响，应通过理论分析以及试验验证，得出组分对检测结果影响程度，建立能满足需要的检测评定准则。还应开发方便且高效的在线检验的绝热性能检测方法，通过气瓶升压速度来在线反应绝热性能，还需要进一步从理论和试验上完善该方法，形成标准，能够满足在线检测需要。对于通过气瓶静态蒸发率来反应气瓶绝热性能，可以缩短检测时间，参照GB 18443.5-2010进行近似测量，将气瓶充满介质静置12h，然后连续测量12h内介质蒸发量，将12h内测量结果按比例放大到24h的蒸发量，由于气瓶单位时间内介质蒸发量是随时间减小直至平衡稳定的过程，因此该方法测量结果应大于标准方法测量结果，试验表明，该方法和测量结果是按照标准规范方法测量结果的1.09～1.20倍，部分试验结果见表2。因此可采用该方法进行测量，将测量结果除以1.09作为气瓶近似静态蒸发率，该方法极大缩短了检测时间，提高检测效率，同时该方法具有保守性，能满足现场检验需要。对于气瓶绝热性能检测，红外成像技术也是比较可靠、快捷的检测技术，一些检验机构对红外成像技术在低温容器检验方面应用做了大量研究工作，但该方法只能对安装位置合适的气瓶进行测量。

 在线检验技术设置的检验项目，可以检出气瓶存在的问题及缺陷，具有科学性和针对性，同时降低了因检验而造成对气瓶运行的影响。对于总体状况不好的气瓶．应采用拆瓶检验方法进行检验，保障气瓶安全。

3.2拆瓶检验技术探讨

 对于投入使用时间较长的气瓶，如达到第二检验周期气瓶，同样会出现3.1中描述的缺陷类型，但出现的缺陷类型又具有以下特点。首先，由于大规模气瓶真空度丧失，导致大量检验气瓶绝热性能超标，需进行抽真空、真空度测量等维修处理，其次，随着阀门开关次数增加，阀门可能出现内漏，最后，由于使用时间较长，各管路接头部位密封失效，气瓶可能出现较多泄漏点，需要重新组装。如采用在线检验，现场无法完成对气瓶所有缺陷维修及处理，因此宜采用拆瓶检验。此外，对于长时间未投入使用以及总体状态不好的气瓶，检验时需要对气瓶进行大量维修和处理工作，采用拆瓶检验方法比较科学合理。

 拆瓶检验方法，在气瓶检验站完成，首先将气瓶管路、附件拆卸，逐一检查各气瓶管路附件，气瓶阀门进行气密性试验和外观检查，更换接头密封件，重新进行组装。组装完成后，进行抽真空处理和真空度测量，真空度指标达到出厂技术要求。

 气瓶完成组装后，充入液氮，进行宏观检查及气密性试验，检验内容及方法与在线检验基本相同。最后进行静态蒸发率检测，拆瓶检验静态蒸发率检测采用的介质为液氮，检验方法按照GB/T 18443.5-2010进行，静态蒸发率评价标准按照气瓶出厂技术要求。

 拆瓶检验对气瓶运行影响较大，成本较高，可以全面检验气瓶各项技术指标，并可以对气瓶重新组装及进行提高绝热性能处理，经检验及处理后的气瓶安全状况较好，主要技术参数基本上可恢复到出厂时指标，保障气瓶安全。

4结论与探讨

 对于车用LNG气瓶检验，根据该类型气瓶可能出现的失效类型以及该类型气瓶使用特点，采用在线检验和拆瓶检验相结合的检验方法。在线检验方便、快捷、成本低，能够检出该周期内气瓶的各类型缺陷，且能够实现绝大部分缺陷的在线维修。拆瓶检验，成本较高，且对气瓶运行影响较大，经过检验后，气瓶某些技术指标等达到出厂要求，极大保障了气瓶安全。因此采用两种方法相结合的检验，结合了气瓶安全性和经济性，检验方法具有科学性。