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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 壓縮天然氣汽車(chē)氣瓶的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其安全可靠性（轉(zhuǎn)） [打印本頁(yè)]

作者: rlnde 時(shí)間: 2008-7-2 14:39
標(biāo)題: 壓縮天然氣汽車(chē)氣瓶的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其安全可靠性（轉(zhuǎn)）
一、概述
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界的汽車(chē)產(chǎn)量和汽車(chē)保有量都在不斷增加；目前全世界的汽車(chē)產(chǎn)量已超過(guò)5000萬(wàn)輛，汽車(chē)保有量已達(dá)7億輛，汽車(chē)運(yùn)行消耗石油量占全世界石油產(chǎn)量的一半以上；依據(jù)國(guó)外1994年的研究報(bào)告及世界上石油的蘊(yùn)藏資源和消耗量的預(yù)測(cè)，全世界的石油資源僅能夠供人類(lèi)使用約50年；即到21世紀(jì)中葉，汽車(chē)以石油作燃料的時(shí)代將會(huì)結(jié)束。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)量和保有量也在迅速增加；1995年我國(guó)汽車(chē)保有量為1100萬(wàn)輛，1998年達(dá)到1300萬(wàn)輛，到2000年我國(guó)汽車(chē)保有量將達(dá)2000萬(wàn)輛；屆時(shí)我國(guó)的石油消耗量的1/4—1/3需國(guó)外進(jìn)口；到2010年，當(dāng)我國(guó)的汽車(chē)保有量達(dá)到4400—5000萬(wàn)輛時(shí)，我國(guó)的石油資源短缺會(huì)更加嚴(yán)重。我國(guó)現(xiàn)已探明的石油資源僅能夠開(kāi)采30年，因此石油資源的短缺會(huì)制約我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
可以看出：尋找替代能源，開(kāi)發(fā)和發(fā)展替代石油的氣體燃料汽車(chē)對(duì)全世界尤其是對(duì)我國(guó)都是關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)，尤其是支柱產(chǎn)業(yè)—汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。
我國(guó)的天然氣資源十分豐富，四川、重慶、新疆、陜北、大港及近海油囚都有豐富的天然氣資源。僅以重慶為例，2000年規(guī)劃和累計(jì)探明儲(chǔ)量為4787億m2，現(xiàn)年開(kāi)采能力為50億m2，豐富的天然氣資源為研制推廣天然氣汽車(chē)提供了極好的前提條件。
汽車(chē)保有量增多的另一嚴(yán)重問(wèn)題是排放帶來(lái)的大氣環(huán)境污染。以石油為燃料的汽車(chē)排放的污染物達(dá)140多種，占大氣環(huán)境污染的60%一70%；燃油汽車(chē)排出的一氧化碳可使人缺氧中毒，乃至窒息死亡；碳?xì)浠衔飳?duì)人體有麻醉作用，同時(shí)與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致化學(xué)煙霧污染；氮氧化物對(duì)人體呼吸系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的刺激作用，侵害肺部，使生命陷入危險(xiǎn)狀態(tài)；同時(shí)汽車(chē)排出的碳?xì)浠衔?、一氧化碳還危及人類(lèi)生存的地球上空的臭氧層；燃油汽車(chē)的排放污染已成為世界上的主要公害之一；是造成酸雨，光化學(xué)反應(yīng)，臭氧層破壞，溫室效應(yīng)以及使人類(lèi)致癌、心血管、神經(jīng)性等疾病的嚴(yán)重污染源。
1998年世界衛(wèi)生組織公布的全世界污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中，中國(guó)的北京、蘭州、重慶等都在其中，并且蘭州處污染之冠。其中北京市的汽車(chē)排放對(duì)大氣污染物CO、HC、NOx的分擔(dān)率分別為80．3%、79．1%、54．8%，重慶市汽車(chē)排放對(duì)大氣的污染物CO、HC、Nox的分擔(dān)率為79．5%、34%、44%，廣州、天津、南京等城市的大氣污染情況也基本相同。全國(guó)640座大中城市大氣質(zhì)量符合國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不到1%，所以發(fā)展低污染的燃?xì)馄?chē)，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善我國(guó)城市大氣質(zhì)量和人們生活條件的迫切需要。也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然。
天然氣、液化氣等氣體燃料，不僅資源豐富，價(jià)格僅為汽柴油的50%一60%；更主要是天然氣是一種清潔燃料，其排放污染物比汽油、柴油等石油燃料低得多；與燃油車(chē)相比，其排放污染物中CO2可降低24．0%，CO可降低90%一97%，NOx可降低30%一40%，HC可降低70%一80%，SO可降低70%一80%，SO2可降低99．9%，微粒排放可減少40%；無(wú)Pb及鉛化物的微粒污染。
此外，采用天然氣作燃料的汽車(chē)，還可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)積碳和磨損，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的維修費(fèi)用；天然氣的密度是空氣的0．58—0．62，一旦發(fā)生泄漏，在空氣中擴(kuò)散較快；天然氣的燃點(diǎn)和爆炸極限比燃油高，點(diǎn)火能量亦高于汽油，這些因素使燃?xì)馄?chē)比燃油汽車(chē)更加安全。
人類(lèi)對(duì)能源的選擇主要取決于成本、儲(chǔ)量和環(huán)境保護(hù)三個(gè)方面；天然氣儲(chǔ)量豐富，燃?xì)馄?chē)具有安全、經(jīng)濟(jì)、減少污染等一系列優(yōu)點(diǎn)；所以發(fā)展燃?xì)馄?chē)是提高我國(guó)公路運(yùn)輸效率，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)形成一系列新的產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)綜合工業(yè)；這正是世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展天然氣汽車(chē)(NGV)的原因所在。
二、燃?xì)馄?chē)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)況
目前，世界各國(guó)都十分重視壓縮天然氣(CNG)作為汽車(chē)新能源的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。美國(guó)UPS(聯(lián)合物資運(yùn)輸服務(wù)公司)于1987年開(kāi)始研制CNG作代用燃料的汽車(chē)，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：天然氣作為汽車(chē)燃料是一種燃燒干凈、價(jià)格便宜而又使用安全的氣體。同時(shí)UPS公司認(rèn)為，CNG用作汽車(chē)燃料可產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)效益，目前該公司已改裝CNG汽車(chē)將近1萬(wàn)輛。美國(guó)現(xiàn)已有500多個(gè)加氣站，有近500萬(wàn)輛汽車(chē)使用CNG作燃料，1994年在美國(guó)的運(yùn)輸系統(tǒng)中，CNG的消耗量占總能源的消耗量的0．2%，但預(yù)期到2000年其CNG的使用量將比現(xiàn)在增加71倍；1994年，其CNG氣瓶的市場(chǎng)銷(xiāo)售額為：鋼質(zhì)氣瓶為5千萬(wàn)美元，復(fù)合材料氣瓶為7千萬(wàn)美元；1997年復(fù)合材料氣瓶銷(xiāo)售額已上升到2億美元。美國(guó)為了鼓勵(lì)天然氣汽車(chē)的發(fā)展，從1990年開(kāi)始各州相繼制定了一系列政策法規(guī)，并出臺(tái)一些優(yōu)惠政策，促進(jìn)燃?xì)馄?chē)的發(fā)展，目前美國(guó)已有加氣站近600座，正在運(yùn)行的CNG汽車(chē)超過(guò)15萬(wàn)輛。
為解決城市環(huán)境污染和石油替代能源問(wèn)題，日本正大力發(fā)展天然氣汽車(chē)；從60年代初，日本豐田等公司就開(kāi)始研究燃?xì)馄?chē)。90年代初，其技術(shù)日漸成熟，迄今己生產(chǎn)CNG和LPG汽車(chē)近萬(wàn)輛。近5年來(lái)，以日本燃?xì)鈪f(xié)會(huì)為中心全力推進(jìn)天然氣汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)；1992年日本通產(chǎn)省資源能源廳又制定了作為環(huán)境對(duì)策的普通天然氣汽車(chē)的基礎(chǔ)建設(shè)計(jì)劃(生態(tài)站2000計(jì)劃)，計(jì)劃到2000年，建立加氣站2000個(gè)，普及天然氣汽車(chē)2萬(wàn)輛。
俄羅斯是研究和應(yīng)用天然氣汽車(chē)的較早的國(guó)家之一，不論是供氣裝置的研究成果，還是鋼內(nèi)襯環(huán)向復(fù)合材料增強(qiáng)的氣瓶開(kāi)發(fā)，都有獨(dú)到之處?；A(chǔ)部件的研究成果和豐富的天然氣資源極大地促進(jìn)了俄羅斯燃?xì)馄?chē)的發(fā)展，目前在俄羅斯有800多個(gè)加氣站，運(yùn)行的燃?xì)馄?chē)己近40萬(wàn)輛
石油資源十分貧缺而天然氣十分豐富的意大利，從本世紀(jì)30年代就開(kāi)始研究發(fā)展燃?xì)馄?chē)；目前不僅形成了生產(chǎn)出口燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的著名的Lavato公司；同時(shí)有280個(gè)加氣站，25萬(wàn)多輛燃?xì)馄?chē)在運(yùn)行。和意大利情況類(lèi)似即貧油富氣的新西蘭、阿限廷等國(guó)的燃?xì)馄?chē)發(fā)展也較快，目前新西蘭已建成380多個(gè)加氣站，15萬(wàn)輛燃?xì)馄?chē)在運(yùn)行；阿根廷已建成260個(gè)加氣站，1．5萬(wàn)輛燃?xì)馄?chē)在運(yùn)行；加拿大已建成180個(gè)加氣站，3萬(wàn)多輛燃?xì)馄?chē)在運(yùn)行。
中國(guó)同樣是貧油富氣，因此我國(guó)政府十分重視燃?xì)馄?chē)的發(fā)展，國(guó)家科技部已召開(kāi)過(guò)兩次清潔燃料汽車(chē)研討會(huì)和展覽會(huì)；1999年4月又召開(kāi)了清潔燃料汽車(chē)行動(dòng)會(huì)，會(huì)上進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：無(wú)論是從改善空氣質(zhì)量的需要，還是從能源的合理利用上，大力推廣燃?xì)馄?chē)都具有十分重要的意義。并強(qiáng)調(diào)苔先在占城市汽車(chē)保有量約10%，卻占城市汽車(chē)總運(yùn)行里程40%一50%的公共汽車(chē)和出租汽車(chē)行業(yè)，大力推廣燃?xì)馄?chē)，以期取得一定的環(huán)保效果。并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)的燃?xì)馄?chē)產(chǎn)品，充實(shí)公交和出租汽車(chē)行業(yè)，充分發(fā)揮其環(huán)保效益。目前已確定全國(guó)12個(gè)燃?xì)馄?chē)的試點(diǎn)城市，現(xiàn)已有近100個(gè)加氣站，6000多輛燃?xì)馄?chē)在運(yùn)行。到2000年，燃?xì)馄?chē)會(huì)有長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。
發(fā)展燃?xì)馄?chē)的重要和關(guān)鍵零部件之一是加氣站的高壓氣瓶和燃?xì)馄?chē)用的壓縮天然氣(CNG)氣瓶，氣瓶的性能和質(zhì)量高低不僅會(huì)影響到燃?xì)馄?chē)的發(fā)展，而且直接影響到燃?xì)馄?chē)的使用安全，必須做到萬(wàn)無(wú)一失。
三、壓縮天然氣汽車(chē)（CNGV）氣瓶的研究和發(fā)展概況
國(guó)外對(duì)CNGV鋼瓶的研制工作起步較早；無(wú)縫鋼質(zhì)氣瓶的生產(chǎn)始于1897年美國(guó)的CPI公司；這種元縫鋼質(zhì)氣瓶不僅用于CNG汽車(chē)的加氣站和載貨車(chē)上，作為氣體燃料容器，鋼質(zhì)容器的制造工藝和性能也日漸完善，規(guī)格尺寸也較齊備。容積從10L到400L的各種規(guī)格的氣瓶都在生產(chǎn)，以適合于各種用途的需要，大規(guī)格的氣瓶多用于站用瓶，使用壓力為25MPa，超大規(guī)格氣瓶多用于流動(dòng)加氣站上的安裝氣瓶。最近幾年來(lái)，對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶的研究主要集中在熱處理工藝上，包括加熱方法、加熱爐、淬火入液方式和淬火介質(zhì)的選擇，以及為增加氣瓶工作的可靠性而采用的附加強(qiáng)化方法等。德國(guó)、日本、意大利等均有類(lèi)似的鋼瓶生產(chǎn)公司；這類(lèi)鋼質(zhì)瓶，當(dāng)其工作壓力為20MPa，水容積為50L時(shí)，其瓶子的重量為58—62kg。鋼質(zhì)氣瓶具有價(jià)格便宜、工作可靠、疲勞壽命高、密封性好等特點(diǎn)，目前仍得到了廣泛應(yīng)用；而重量大、耐蝕性不足是鋼質(zhì)瓶的缺點(diǎn)；這一不足影響了鋼質(zhì)氣瓶在橋主和輕型客車(chē)上的應(yīng)用。
為了提高氣瓶的容重比，減輕同樣容積下氣瓶的重量，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了不同內(nèi)襯的復(fù)合材料氣瓶的研究。這類(lèi)氣瓶綜合了復(fù)合材料的高比強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)性以及內(nèi)襯的良好氣密性、優(yōu)良的耐蝕性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其達(dá)到高承壓能力、高疲勞壽命、質(zhì)輕、耐腐等優(yōu)良性能的完美結(jié)合，這也使得對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶的研制開(kāi)發(fā)成為國(guó)內(nèi)外的一大熱點(diǎn)。
在同樣容積和壓力下，依其內(nèi)襯的種類(lèi)和外層復(fù)合材料的選材不同，復(fù)合材料CNG氣瓶比鋼質(zhì)氣瓶的重量可減輕1/3—2/3；二者相比較，顯然復(fù)合材料CNG氣瓶在汽車(chē)運(yùn)行節(jié)能上更具有優(yōu)勢(shì)；同時(shí)復(fù)合材料在受到撞擊或高速?zèng)_擊發(fā)生破壞時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生具有危險(xiǎn)性的碎片，從而降低或避免了對(duì)人員和車(chē)輛的損害。近年來(lái)，隨著復(fù)合材料正材料成本的降低，成型工藝的不斷改進(jìn)，使得復(fù)合材料CNG氣瓶在國(guó)內(nèi)外倍受青睞，尤其在轎車(chē)和輕型車(chē)上的應(yīng)用極具競(jìng)爭(zhēng)力。
在復(fù)合材料CNG氣瓶的研制和開(kāi)發(fā)方面，美國(guó)的SCI公司、I*incoln公司和HydrosPin公司走在世界的前列，他們已開(kāi)發(fā)出10余種不同規(guī)格的復(fù)合材料氣瓶。Lincoln公司的全塑復(fù)合材料氣瓶(內(nèi)襯采用高密度聚乙烯)是世界一流的；在這類(lèi)氣瓶上Linclon公司采用了名為T(mén)UFFSHELL系統(tǒng)的專(zhuān)利技術(shù)，這一系統(tǒng)能吸收氣瓶拱部(或稱(chēng)弧形肩部位)的震動(dòng)與沖擊，該系統(tǒng)是采用了能抗損傷的玻纖和可吸收沖擊能的聚氨酯塑料組合制成，使氣瓶有可能適用于各種更惡劣的使用條件。但是由于性能和價(jià)格等方面的原因，國(guó)外金屬內(nèi)襯復(fù)合材料CNGV氣瓶的生產(chǎn)和銷(xiāo)售量遠(yuǎn)大于全塑復(fù)合材料CNGV氣汽。
中國(guó)汽車(chē)工業(yè)總公司重慶汽車(chē)研究所對(duì)CNGV鋼瓶的熱處理工藝、力學(xué)性能、斷裂韌性、內(nèi)外表面的強(qiáng)化方法及其它影響鋼質(zhì)氣瓶的因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了一些有意義的、有應(yīng)用價(jià)值的成果。同時(shí)對(duì)鋼質(zhì)內(nèi)襯環(huán)向復(fù)合材料增強(qiáng)的氣瓶進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對(duì)氣瓶設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行了有限元分析；對(duì)氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)氣瓶的制造工藝進(jìn)行了全面分析，提出了優(yōu)化制造工藝；對(duì)鋼內(nèi)襯和復(fù)合材料層在疲勞試驗(yàn)中的模量匹配問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，綜合考慮了表面的壓應(yīng)力、疲勞應(yīng)力、鋼和玻纖的彈性模量及其在疲勞中的應(yīng)變量和變形匹配，提出和完善復(fù)合材料層的張力纏繞工藝。
國(guó)家建材局北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院曾開(kāi)展了無(wú)焊縫鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料CNG氣瓶的研制工作。對(duì)鋁合金內(nèi)襯的選材、成型方法及復(fù)合材料的選材、性能及成型工藝等做了大量的試驗(yàn)工作，取得了初步的進(jìn)展，并獲得了勞動(dòng)部職業(yè)安全衛(wèi)生與鍋爐壓力容器監(jiān)察局頒發(fā)的壓力容器試制許可證。鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料CNG氣瓶采用旋壓力工藝成形的鋁合金內(nèi)襯，外部纏繞復(fù)合材料增強(qiáng)層；鋁合金內(nèi)襯采用變壁厚設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)更加合理；并可有效減少應(yīng)力腐蝕和氫損傷，提高氣瓶的疲勞壽命。鋁內(nèi)襯與外層輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料層相結(jié)合的輕質(zhì)氣瓶和同種規(guī)格的鋼瓶相比重量減少40%一50%，生產(chǎn)這類(lèi)氣瓶的技術(shù)關(guān)鍵包括：鋁合金內(nèi)襯的成形工藝、熱處理工藝及強(qiáng)化工藝方法與參量；鋁合金內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，張力纏繞工藝及其與內(nèi)襯的變形匹配等。
西安向陽(yáng)氣瓶公司正在從事全塑復(fù)合材料CNG氣瓶的研制與開(kāi)發(fā)，其內(nèi)襯材料選用高密度聚乙烯(HDPE)。該公司已進(jìn)行了較多的前期工作，目前試制的全塑復(fù)合材料氣瓶的壽命已達(dá)7500次，但氣密性尚需改進(jìn)；對(duì)全塑復(fù)合材料氣瓶的研制中的下列問(wèn)題尚需進(jìn)一步探討。首先是金屬瓶口的材料和設(shè)計(jì)形狀，；其次是瓶口與非金屬內(nèi)襯的結(jié)合及氣密可靠性；第三是低溫下內(nèi)襯與復(fù)合材料的剝離、老化等；第四是非金屬內(nèi)襯要求所選用的樹(shù)脂體系只能是中、低溫固化體系，而這類(lèi)樹(shù)脂體系將不利于材料性能的發(fā)揮，導(dǎo)致水爆壓力和疲勞壽命的穩(wěn)定性較差。雖然上述問(wèn)題已由美國(guó)Lincoln公司解決，但這類(lèi)氣瓶?jī)r(jià)格偏高仍然是制約其大量應(yīng)用的重要因素。
從上述可看出，金屬內(nèi)襯復(fù)合材料CNGV氣瓶和塑料內(nèi)襯復(fù)合材料CNGV氣瓶相比，雖然各有千秋，但由于前者金屬的內(nèi)襯具有承載能力和良好密封性，故其外部增強(qiáng)材料有較大的選擇余地，因此金屬內(nèi)襯復(fù)合材料CNGV氣瓶與全塑復(fù)合材料氣瓶相比無(wú)論從成型工藝還是從價(jià)格上部具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)水平，研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)金屬內(nèi)襯復(fù)合材料CNGV氣瓶是更可靠、更現(xiàn)實(shí)的一個(gè)技術(shù)路線，也是中汽總公司重慶汽車(chē)研究所有關(guān)技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)這一產(chǎn)品的原因所在。
四、CNGV氣瓶的重要標(biāo)準(zhǔn)體系
標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范一個(gè)產(chǎn)品的性能、檢測(cè)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用的重要依據(jù)，也是該產(chǎn)品成熟的表現(xiàn)。關(guān)于CNGV氣瓶的重要標(biāo)準(zhǔn)有：ANSI/AGA，NGV2—1，NGV2—2，NGV2—3，NGV2—45這些標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局認(rèn)定和批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。1997年年底進(jìn)行了進(jìn)一步修訂和完善。
FMVSS304是美國(guó)運(yùn)輸部、國(guó)家高速公路運(yùn)輸管理局制定的法規(guī)(DOT NHTSA)，這一法規(guī)與NGV2基本一致，但檢驗(yàn)項(xiàng)次遠(yuǎn)少于NGV2。在1997年NGV2重新修訂后，F(xiàn)MVSS304也進(jìn)行了修正和擴(kuò)展，使其與NGV2相一致。
CSAB51-95于1995年元月批準(zhǔn)實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)原系加拿大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，后由加拿大的地方當(dāng)局用于認(rèn)證NGV燃料容器。
由日本氣體協(xié)會(huì)于1998年公布的“汽車(chē)用壓縮天然氣容器公告(JGA)”是一個(gè)關(guān)于汽車(chē)用壓縮天然氣容器設(shè)計(jì)、制造檢驗(yàn)、認(rèn)證和使用的十分全面而詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。
ISO/DIS 11439國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“儲(chǔ)存汽車(chē)天然氣燃料的高壓氣瓶”于1997年6月通過(guò)并向世界公布，該標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際天然氣汽車(chē)協(xié)會(huì)在ISO/SC3/WGl7的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展完善的。
ISO/DIS11439、NGV2、B51等標(biāo)準(zhǔn)起草委員會(huì)已經(jīng)協(xié)調(diào)了各標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，尤其是試驗(yàn)方法和材料要求，以便各標(biāo)準(zhǔn)之間的要求和檢驗(yàn)結(jié)果能夠相互通用。
韓國(guó)所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與NGV2一致。此外，俄羅斯、德國(guó)(DIN571304)、新西蘭(NIS5454—1989)也制定了汽車(chē)用壓縮天然氣儲(chǔ)藏容器的標(biāo)準(zhǔn)。
在上述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，所規(guī)定的CNGV的氣瓶使用條件、質(zhì)量保證條件、材料、材料試驗(yàn)、批量生產(chǎn)試驗(yàn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)認(rèn)證試驗(yàn)是保證氣瓶安全使用的必要的條件。
五、對(duì)CNGV氣瓶的主要性能要求
5．1 CNGV氣瓶的設(shè)計(jì)要求(略)
5．2 氣瓶的開(kāi)口(略)
5．3 對(duì)氣瓶材料的要求(略)
5．4 CNGV氣瓶的種類(lèi)、工藝和比較(略)
5．5 CNGV氣瓶的使用條件
CNGV氣瓶的使用條件在CNGV容器的標(biāo)準(zhǔn)中都有明確規(guī)定。作為容器設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和容器安全使用的基礎(chǔ)，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定CNGV的氣瓶使用壽命不超過(guò)20年；CNGV氣瓶的工作壓力：作為車(chē)用氣瓶為20MPa，站用瓶為25MPa。設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2．25—3．0。其設(shè)計(jì)的使用溫度為15℃。由于環(huán)境溫度的變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，允許其工作壓力達(dá)到125%；氣體壓力循環(huán)的最大數(shù)目為750—1000次/年。汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的外部環(huán)境溫度可在一40℃～十82℃之間變化，容器內(nèi)所包含的氣體溫度不超過(guò)57℃。
按NGV2的要求，壓縮天然氣的雜質(zhì)和其它有害氣體含量的規(guī)定為：
H2S和硫化物的分壓最大為344．5Pa，或者H2S的含量小于20Ppm，不合有甲醇；水蒸氣含量為：在車(chē)輛工作的特定的地理位置，壓縮天然氣的氣體壓力下，燃料罐內(nèi)元水蒸氣冷凝發(fā)生。水的露點(diǎn)隨壓力的升高而升高；例如當(dāng)水含量為0．112g/m3(0℃，101．3kPa)，相當(dāng)于常壓下的水露點(diǎn)為一42．78C；如果將其壓縮到25．0MPa時(shí)，水的露點(diǎn)升高到18．8℃；而在25．0MPa的壓力下，甲烷的水合物生成溫度為18．8℃。美國(guó)消防協(xié)會(huì)規(guī)定，在站用瓶的儲(chǔ)氣條件下，水蒸氣含量為16mg/m3(15℃，15MPa)，并規(guī)定CO2的分壓為0．048MPa。以免和水生成酸性物，導(dǎo)致儲(chǔ)氣瓶腐蝕。O!的最大含量為0．5%(體積分?jǐn)?shù))；CO2的增高會(huì)降低CNG的發(fā)熱值。同時(shí)當(dāng)有水分存在時(shí)，還會(huì)使鋼瓶產(chǎn)生腐蝕。
硫化氫溶解于水中形成酸溶液，對(duì)金屬發(fā)生腐蝕，尤其是在水存在的條件下，即使很少量的硫化氫都可能對(duì)鋼造成硫化氫致脆裂紋(SSC)。而且在通常情況下，高壓氣體鋼瓶底部積存一定數(shù)量水是完全可能的。硫化氫致脆(SSC)實(shí)際上是氫脆反應(yīng)的一種結(jié)果，腐蝕反應(yīng)提供了氫原子，SSC是硫化氫引起氫脆反應(yīng)的一種表現(xiàn)。
為避免SSC發(fā)生，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)規(guī)定：在24．8MPa的氣體中，硫化氫的分壓應(yīng)低于0．3kPa，相當(dāng)于40Ppm，我國(guó)則規(guī)定H2S含量小于20pPm，或≤20mg/cm3(20℃，101．3kPa狀態(tài)下)，而美國(guó)消防協(xié)會(huì)則規(guī)定在儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)條件下，H2S和可溶性硫化物的分壓≤0．00035MPa。
作為燃?xì)馄?chē)用的壓縮天然氣的氣質(zhì)對(duì)可凝結(jié)烴、惰性氣體、水銀、氫氣等均有一定要求，以確保安全使用，并且這些氣體中的雜質(zhì)含量也急待一步規(guī)范和制定標(biāo)準(zhǔn)。
CNGV氣瓶應(yīng)當(dāng)每3年檢測(cè)1次，如果氣瓶被重新安裝，且處在腐蝕環(huán)境，或被火燒過(guò)，則氣瓶必須經(jīng)重新檢測(cè)后才可使用。
5．6 CNGV氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)
CNGV氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)用于證明氣瓶的設(shè)計(jì)在其使用壽命范圍內(nèi)是否是安全的。對(duì)于每個(gè)新設(shè)計(jì)的氣瓶要求進(jìn)行內(nèi)容廣泛的試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)項(xiàng)目；但是為了修正已有的氣瓶設(shè)計(jì)，則可采用簡(jiǎn)化的試驗(yàn)運(yùn)行。資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)的具體試驗(yàn)項(xiàng)目如下：
1)水爆試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于驗(yàn)證各類(lèi)容器的設(shè)計(jì)是否基本正確，對(duì)于鋼質(zhì)氣瓶，試驗(yàn)其安全系數(shù)的大小是否與設(shè)計(jì)的一致；對(duì)于纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的各類(lèi)氣瓶，還將驗(yàn)證其增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)力比。
2)室溫循環(huán)試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于證實(shí)CNGV容器或內(nèi)襯滿(mǎn)足其使用壽命要求而不發(fā)生泄漏，同時(shí)也為了證實(shí)氣瓶是否具有安全破壞的特征，即在破裂前發(fā)生泄漏(leak—before—rupture)。
3)環(huán)境循環(huán)試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)CNGV容器或內(nèi)襯是否可以承受在使用條件下可能遇到的各種流體如酸、堿等溶液的侵害；酸性溶液對(duì)玻璃纖維和芳綸纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料性能具有明顯的影響，其它液體也會(huì)侵蝕增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂基體；壓力循環(huán)將會(huì)促進(jìn)基體樹(shù)脂的裂紋張開(kāi)：從而有助于流體溶入復(fù)合材料層內(nèi)。在環(huán)境循環(huán)試驗(yàn)中，還使氣瓶承受一系列的模擬砂子沖擊的低能沖擊，以檢驗(yàn)在流體中暴露之前氣瓶保護(hù)涂層的耐久性。
4)火燒試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于證實(shí)燃料容器系統(tǒng)包括氣瓶、壓力釋放裝置在經(jīng)受火燒或極限溫度時(shí)，燃料容器內(nèi)的氣體會(huì)泄放；壓力釋放裝置在壓力、溫度或壓力與溫度的綜合作用下會(huì)發(fā)生作用，也就是說(shuō)不管氣瓶是在完全充氣還是部分充氣，燃料容器系統(tǒng)在火中都必須是安全的。
5)裂紋容限試驗(yàn)：這一試驗(yàn)主要用于模擬刀割、刨削等使用中可能出現(xiàn)的損傷或缺陷，證明容器不會(huì)因存在適當(dāng)?shù)膿p傷而發(fā)生泄漏或破裂。
6)墜落試驗(yàn)：墜落試驗(yàn)用于模擬燃料容器在安裝使用之前的搬運(yùn)、裝卸中可能引入的損傷或缺陷。并通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)：這些損傷和缺陷，在容器的使用壽命中不會(huì)發(fā)生泄漏和破裂。墜落時(shí)容器可呈水平、垂直和45°方向落下。
7)穿透試驗(yàn)：正如眾所周知的槍擊試驗(yàn)?zāi)菢?，本試?yàn)在于證實(shí)，即使一個(gè)高能的沖擊物使氣瓶簡(jiǎn)體復(fù)合材料增強(qiáng)體穿透，燃料容器也不會(huì)發(fā)生碎狀破裂。
8)滲透試驗(yàn)：本試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)以非金屬內(nèi)襯或焊接非金屬內(nèi)襯所制成的全塑復(fù)合材料燃料容器不允許存在有超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所限制的天然氣滲漏損失。
9)天然氣循環(huán)試驗(yàn)：本試驗(yàn)主要用于證實(shí)由于天然氣氣流所產(chǎn)生的靜電或者由于天然氣的迅速壓縮和膨脹所引起的溫度瞬變，不會(huì)引起氣瓶的損傷。
10)加速應(yīng)力破裂試驗(yàn)：本試驗(yàn)主要用于證實(shí)氣瓶的增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂體系可以持續(xù)暴露在高溫高壓下而無(wú)衰變。
11)關(guān)于斷裂性能的要求，及非破壞檢驗(yàn)方法進(jìn)行確定缺陷大小的有關(guān)試驗(yàn)：其目的在于尋找在金屬容器和內(nèi)襯中的裂紋、缺陷，包括疲勞敏感位置的鑒別，在破裂前的泄漏性能(1eak—beforc－break：LBB)和臨界裂縫的大小(critical flaw sizes)。
Lincoln公司的經(jīng)驗(yàn)表明：完成上述設(shè)計(jì)認(rèn)證試驗(yàn)和產(chǎn)品實(shí)物檢驗(yàn)，有650多個(gè)氣瓶承受上述各種檢驗(yàn)；可見(jiàn)完成一個(gè)新的CNGV燃料容器的設(shè)計(jì)認(rèn)證的復(fù)雜、嚴(yán)肅與認(rèn)真。并以此來(lái)確保燃料容器在CNGV上使用的安全性。
5．7 全塑復(fù)臺(tái)材料容器的性能試驗(yàn)結(jié)果(略)
5．8 CNGV復(fù)合材料高壓氣瓶的應(yīng)用實(shí)踐
作為壓縮天然氣汽車(chē)的燃料容器，其鋼質(zhì)氣瓶的應(yīng)用始于60年代末，迄今為止已有近40年的應(yīng)用歷史和150多萬(wàn)只的應(yīng)用量：多年的應(yīng)用實(shí)踐和廣泛的應(yīng)用量證明：只要鋼瓶生產(chǎn)符合給定標(biāo)準(zhǔn)且質(zhì)量保證體系完善，鋼瓶的使用性能是可靠的。
鋼內(nèi)襯環(huán)向增強(qiáng)復(fù)合材料氣瓶的應(yīng)用始于80年代初；迄今為止，其應(yīng)用量已超過(guò)10萬(wàn)只；而金屬內(nèi)襯全纏繞氣瓶和塑料內(nèi)襯全纏繞氣瓶的應(yīng)用于則始于90年代初，迄今的應(yīng)用量近5萬(wàn)只，其中Lincoln公司的復(fù)合材料氣瓶用量超過(guò)1．3萬(wàn)只，用戶(hù)超過(guò)150個(gè)，目前已經(jīng)得到15個(gè)國(guó)家完全認(rèn)證或有條件認(rèn)證和許可，這些國(guó)家包括加拿大、埃及、德國(guó)、日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、墨西哥、荷蘭、比利時(shí)、新西蘭、南非、瑞典、英國(guó)和美國(guó)。
Linc01n公司的全塑復(fù)合材料氣瓶主要有兩個(gè)方面的應(yīng)用；首先是應(yīng)用于各類(lèi)雙燃料汽車(chē)，其次是應(yīng)用于中學(xué)生公共汽車(chē)、運(yùn)輸客車(chē)、機(jī)場(chǎng)和市區(qū)的交通車(chē)。在美國(guó)已有1/4—1/2的公共汽車(chē)用CNG作燃料。全塑復(fù)合材料氣瓶由于重量輕、使用安全而受到青睞。這類(lèi)氣瓶也應(yīng)用于輕型貨車(chē)和中型運(yùn)輸車(chē)。
采用Linc01n公司的復(fù)合材料容器的制造廠包括：NeW Flyer，Metrotrans，Eidofado，Northrop Grum—man，Champion和Norican Transit。在這些公共汽車(chē)上氣瓶的安裝方式包括車(chē)頂和車(chē)底安裝的兩種形式。
應(yīng)用復(fù)合材料氣瓶時(shí)，正確的安裝方法非常重要，否則可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的事故。例如：如果安裝方法不當(dāng)，不僅會(huì)導(dǎo)致容器與載貨車(chē)分離，也可能使天然氣釋放到封閉區(qū)內(nèi)，同時(shí)也會(huì)由于汽車(chē)上其它構(gòu)件的干擾而在沖撞時(shí)發(fā)生不必要的危險(xiǎn)。
正確的安裝不僅是采用的方法正確，而且正確設(shè)計(jì)氣瓶的安裝支架和準(zhǔn)確計(jì)算支架的承載要求亦十分重要。氣瓶的安裝支架應(yīng)該依據(jù)氣瓶制造者提出的要求和提供的指南及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)如：NFPAS2和CGA B149．4在載貨車(chē)和公共汽車(chē)上進(jìn)行安裝和裝配。
正確地選用瓶閥和PRD(壓力釋放裝置)以及O型環(huán)是保證容器安全使用的另一重要方面。PRD的泄漏線應(yīng)該由容器制造者標(biāo)定，并符合NFPAS2和CGAB149．4標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。水的存在可能加速容器的腐蝕。冷凍可能引起PRD失效和氣體泄漏。
氣瓶應(yīng)盡可能安裝在汽車(chē)上相對(duì)安全的區(qū)域，如公共汽車(chē)頂部，汽車(chē)的本體上；也可安放在公共汽車(chē)或汽車(chē)的下層或底部；即安裝的位置應(yīng)使氣瓶、支架、導(dǎo)管和其它有關(guān)構(gòu)件，其處在載貨車(chē)、汽車(chē)發(fā)生撞擊時(shí)和道路砂石沖擊所產(chǎn)生的危害最小的地方。顯然公共汽車(chē)頂部較為合理。安裝在汽車(chē)底部時(shí)，道路碎石和泥沙等危害較大，就應(yīng)采用屏蔽設(shè)計(jì)。顯然正確的安裝也是保證氣瓶安全使用的重要方面。
綜上所述，全塑料復(fù)合材料氣瓶已經(jīng)過(guò)廣泛的設(shè)計(jì)和資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)的使用試驗(yàn)結(jié)果也已證實(shí)；這種容器設(shè)計(jì)可以在汽車(chē)運(yùn)行的環(huán)境和條件下安全地工作。全塑料復(fù)合材料氣瓶是安全的、耐疲勞的，其重量輕和價(jià)格之間是相匹配的；目前，這類(lèi)氣瓶己得到世界上廣泛的承認(rèn)和接受，在許多領(lǐng)域內(nèi)市場(chǎng)正在迅速增加，特別是在各類(lèi)公共汽車(chē)上的應(yīng)用，分外受到人們的重視和歡迎。
六、CNGV氣瓶的失效與預(yù)防
產(chǎn)品喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象稱(chēng)為失效，通常機(jī)械產(chǎn)品的失效可以歸納為3種情況：完全不能工作者；性能惡化，超過(guò)規(guī)定的失效判據(jù)者；失去安全工作能力者。CNGV氣瓶是一種特殊的機(jī)械產(chǎn)品——高壓容器；而它又比普通高壓容器有更為惡劣的工況和條件，同時(shí)這種高壓容器安放在運(yùn)動(dòng)車(chē)輛(多為城市中的公共汽車(chē)、乘用車(chē))上，因此對(duì)氣瓶的可靠性提出了更高的要求，或者說(shuō)在氣瓶服役期限內(nèi)，不允許發(fā)生失去安全工作能力的失效。
氣瓶的失效模式有多種；常見(jiàn)的為：
間斷漏氣(intermittent leak)－－與氣瓶反復(fù)充、放氣相關(guān)的壓力循環(huán)使疲勞裂紋長(zhǎng)大通過(guò)氣瓶側(cè)壁。只有當(dāng)氣瓶充到最大壓力時(shí)，裂紋受張力張開(kāi)，裂紋才發(fā)生漏氣。由于疲勞裂紋長(zhǎng)大通過(guò)鋼質(zhì)氣瓶所產(chǎn)生的漏氣就是例子。
連續(xù)漏氣(continuous leEtk)－－一種貫穿氣瓶壁的裂紋產(chǎn)生了一種連續(xù)的針孔漏氣，這種失效模式造成的壓力損失速率非常緩慢。依據(jù)透入臺(tái)量的大小，在一個(gè)封閉區(qū)域內(nèi)的天然氣氣量的積聚就會(huì)比較明顯。塑料內(nèi)襯氣瓶的塑料內(nèi)襯的熔焊漏隙或針孔就是這類(lèi)失效模式的例子。
斷裂開(kāi)口(fracture)—比連續(xù)泄漏縫隙張開(kāi)口的裂口更大，以致于壓力降比較快，亦比較明顯。在封閉區(qū)內(nèi)燃?xì)夥e聚也迅速出現(xiàn)，在全金屬氣瓶口一個(gè)大的疲勞裂紋穿透?jìng)?cè)壁長(zhǎng)大就是例子。
破裂開(kāi)口(rupture)——失效的氣瓶仍是一個(gè)整體，但是由于高速逸出的氣體推動(dòng)外部粒子會(huì)使氣瓶等構(gòu)件出現(xiàn)物理?yè)p傷，當(dāng)粒子碎片撞擊到外部金屬零件上可能會(huì)引起著火。1994年一輛通用汽車(chē)公司載貨車(chē)土氣瓶失效就是環(huán)境誘發(fā)開(kāi)裂的例子。
碎片狀破裂(fragmentation rupture)——?dú)馄科屏殉伤槠?，并且由于飛起的金屬片的撞擊發(fā)生火災(zāi)。1993年在美國(guó)發(fā)生的機(jī)械損傷誘發(fā)氣瓶失效就是這種失效的例子。
從失效模式可以看出：幾乎所有的CNGV氣瓶都是由于發(fā)生漏氣(leak)或破裂(rupture)而失效的。
除了暴露在嚴(yán)重的著火條件中氣瓶發(fā)生失效外，所有在使用中失效的CNGV氣瓶幾乎全都是在充氣中或剛剛充氣完成之后出現(xiàn)的。此時(shí)氣瓶?jī)?nèi)的壓力處于最大值；自1976年以來(lái)，已先后有20多起氣瓶發(fā)生破裂，20多起氣瓶泄漏事件發(fā)生；全金屬氣瓶，由于引入有效完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，在制造中采用的非破壞和質(zhì)量控制，以及合理的壓力釋放裝置(PRD)的應(yīng)用，其鋼瓶在國(guó)外的失效幾率已大大地下降，但在國(guó)內(nèi)，由于熱處理質(zhì)量、旋壓收口質(zhì)量以及天然氣中的硫及硫化氫含量偏高原因，其鋼瓶的失效幾率仍遠(yuǎn)較國(guó)外為高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)氣瓶性能、材料與熱處理工藝研究所取得的進(jìn)展和成果，己將鋼瓶的內(nèi)在質(zhì)量提高到一個(gè)新的水平，鋼瓶的可靠性已經(jīng)大大提高，基本滿(mǎn)足了使用要求。
復(fù)合材料纏繞的氣瓶破裂，主要是由于外部的機(jī)械損傷引起；這可以通過(guò)正確的選材，復(fù)合材料層的防護(hù)，合理的安裝方法，嚴(yán)格的工藝方法以改進(jìn)塑料內(nèi)襯的漏氣，以及目測(cè)檢驗(yàn)而改進(jìn)和避免。
全金屬CNGV氣瓶在使用中的失效有以下幾種情況：
1)由于著火使氣瓶壓力升高，加之PRD失效或安裝存在問(wèn)題，引起氣瓶發(fā)生4片破裂。
2)由于熱處理質(zhì)量差，加之疲勞、應(yīng)力腐蝕、和/或氫脆而使氣瓶出現(xiàn)碎片狀破裂。
3)氣瓶表面預(yù)先存在有裂縫或分層，在使用中反復(fù)充、放氣產(chǎn)生疲勞，使裂縫疲勞擴(kuò)展穿透氣瓶側(cè)壁而使氣瓶產(chǎn)生破裂。
上述問(wèn)題通過(guò)氣瓶生產(chǎn)廠的嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，對(duì)每個(gè)生產(chǎn)的氣瓶都進(jìn)行硬度、超聲和水壓試驗(yàn)，并在使用的每個(gè)氣瓶上配裝PRD等安全措施而得以避免。
金屬內(nèi)襯復(fù)合材料纏繞的氣瓶在使用中的失效有以下幾種情況：
1)鋁內(nèi)襯環(huán)向纏繞的復(fù)合材料氣瓶，由于預(yù)先存在玻纖復(fù)合材料層的嚴(yán)重的機(jī)械損傷，致使金屬內(nèi)襯得不到復(fù)合材料層的支撐，加之氣瓶過(guò)壓而導(dǎo)致氣瓶碎片狀破裂。外逸的天然氣并不會(huì)著火，但破碎片之間的沖擊，可能會(huì)引起天然氣或汽油著火。
2)環(huán)向復(fù)合材料增強(qiáng)的鋁內(nèi)襯氣瓶，其復(fù)合材料部分己嚴(yán)重破壞，且氣瓶在慢速充氣中產(chǎn)生過(guò)壓，使氣瓶發(fā)生破裂。
3)復(fù)合材料層由于環(huán)境因素發(fā)生損傷，使復(fù)合材料層失去承壓能力，而導(dǎo)致玻纖全纏繞的氣瓶發(fā)生破裂。不正確的安裝會(huì)產(chǎn)生玻纖層的機(jī)械誘發(fā)損傷，環(huán)境因素會(huì)引起應(yīng)力腐蝕斷裂，尤其是環(huán)向增強(qiáng)的復(fù)合材料層，一旦發(fā)生損傷，其氣瓶承壓能力將明顯下降，而在充壓時(shí)發(fā)生破裂。正確的安裝和合理的防護(hù)涂層，可以避免或減少這類(lèi)失效。
復(fù)合材料全纏繞的塑料內(nèi)襯氣瓶的失效情況主要是漏氣，造成這類(lèi)氣瓶漏氣的原因是：
1)塑料內(nèi)襯中預(yù)先存在裂縫，這種裂縫可能產(chǎn)生于塑料內(nèi)襯的熔焊工藝不當(dāng)，也可能產(chǎn)生于塑料內(nèi)襯和端部金屬瓶口的組合工藝不良。當(dāng)在較低的環(huán)境溫度下，快速充氣之后，氣瓶產(chǎn)生瞬間負(fù)壓，導(dǎo)致塑料內(nèi)襯起皺和開(kāi)裂。
2)塑料內(nèi)襯全纏繞碳纖的氣瓶，在運(yùn)輸、安裝、使用中出現(xiàn)的沖擊損傷，也可能會(huì)導(dǎo)致氣瓶充壓時(shí)發(fā)生破裂。因此，合理地選擇氣瓶的制造材料，采用優(yōu)良的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確地制定和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理和工藝過(guò)程以及質(zhì)量認(rèn)證試驗(yàn)，認(rèn)真執(zhí)行運(yùn)輸、安裝、使用要求是預(yù)防氣瓶失效的重要措施和保證。
七、氣瓶安全分類(lèi)
所有各類(lèi)氣瓶的設(shè)計(jì)，都考慮了在使用條件下的氣瓶的使用安全和符合NGV的最新氣瓶標(biāo)準(zhǔn)；然而，在一些例外情況下，如火燒、碰撞以及嚴(yán)重的安裝使用不當(dāng)，某些氣瓶設(shè)計(jì)可能會(huì)表現(xiàn)出更為優(yōu)良的性能。總結(jié)了各種NGV使用條件下，各類(lèi)氣瓶可能出現(xiàn)的相對(duì)危險(xiǎn)和失效模式，其相對(duì)危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)是基于失效歷史，所觀察到的某些材料在使用中的衰減，以及在缺乏嚴(yán)格的NGV標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的使用條件下可能出現(xiàn)的一些現(xiàn)象和問(wèn)題等方面所作出的。例如：“中等”危險(xiǎn)是指金屬氣瓶和金屬內(nèi)襯在制造中沒(méi)有正確進(jìn)行非破壞檢驗(yàn)而在使用中要承受疲勞應(yīng)力、發(fā)生開(kāi)裂，這種情況：對(duì)于類(lèi)型1的全鋁合金內(nèi)襯所產(chǎn)生的后果可能是“連續(xù)的泄漏氣”或斷裂(fracture)；而對(duì)于類(lèi)型3的全纏繞設(shè)計(jì)的氣瓶，內(nèi)襯的開(kāi)裂將可能發(fā)生“間斷漏氣”，并且由于全纏繞復(fù)合材料所采用的張力纏繞工藝而改變了氣瓶實(shí)際承壓的尺度；類(lèi)型4的塑料內(nèi)襯氣瓶只可能出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，因?yàn)檫@一設(shè)計(jì)對(duì)塑料內(nèi)襯的疲勞開(kāi)裂有阻礙作用，因此這只是一種“低的危險(xiǎn)”類(lèi)型。
相對(duì)危險(xiǎn)的信息指出了各種普通氣瓶的固有的強(qiáng)度和不足，沒(méi)有一種氣瓶是元危險(xiǎn)的。對(duì)于相對(duì)危險(xiǎn)較高的氣瓶，例如：在類(lèi)型4的氣瓶設(shè)計(jì)中在氣瓶的肩部采用了吸能材料，這種特殊設(shè)計(jì)可以降低搬運(yùn)和載貨車(chē)撞擊時(shí)的沖擊部位的設(shè)計(jì)危險(xiǎn)因子。此外，載貨車(chē)的OEM可以找出某些危險(xiǎn)區(qū)域，通過(guò)工程設(shè)計(jì)使氣瓶承受沖擊的危險(xiǎn)減至最小(例如：通過(guò)利用載貨車(chē)車(chē)架和遮敝系統(tǒng)等)。
關(guān)于相對(duì)危險(xiǎn)的這些數(shù)據(jù)并不完全表明氣瓶是安全或者不安全的，當(dāng)使用者定制氣瓶時(shí)，除了考慮價(jià)格之外，還應(yīng)考慮其相對(duì)危險(xiǎn)的水平，并且將這些多重危險(xiǎn)因素考慮到整個(gè)載貨車(chē)設(shè)計(jì)中去。雖然在相對(duì)危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果和所料測(cè)的失效率之間并沒(méi)有必然的直接聯(lián)系，但經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明：實(shí)際所統(tǒng)計(jì)的歷年的失效率和相對(duì)危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果之間有一個(gè)總體的對(duì)應(yīng)。
破裂率是氣瓶的破裂數(shù)和正在使用的氣瓶總數(shù)之比，這一值可進(jìn)一步考慮到每個(gè)氣瓶的總的使用年數(shù)而重新定義，一般來(lái)說(shuō)氣瓶的類(lèi)型1和類(lèi)型2比類(lèi)型3和類(lèi)型4有更長(zhǎng)的使用周期，基于使用性能、材料性能中數(shù)據(jù)，在GNV氣瓶設(shè)計(jì)尚存在嚴(yán)重不規(guī)范的條件下，按可靠性降低順序排列如下：
1)全金屬氣瓶：①鋼質(zhì)氣瓶；②鋁質(zhì)氣瓶。
2)環(huán)向纏繞氣瓶：①鋼內(nèi)襯碳纖維環(huán)向纏繞氣瓶；②鋁內(nèi)襯碳纖維環(huán)向纏繞氣瓶；②鋼內(nèi)襯玻纖環(huán)向纏繞氣瓶；④鋁內(nèi)襯玻纖環(huán)向纏繞氣瓶。
3)碳纖維整體纏繞氣瓶：①鋁內(nèi)襯碳纖維整體纏繞氣瓶；②塑料內(nèi)襯碳纖維和玻纖混合纏繞氣瓶；②塑料內(nèi)襯碳纖維整體纏繞氣瓶。
4)玻纖整體纏繞氣瓶：①鋁內(nèi)襯玻纖整體纏繞氣瓶；②塑料內(nèi)襯玻纖整體纏繞氣瓶。
八、總結(jié)
1)尋求新的汽車(chē)能源。降低汽車(chē)排放污染是燃?xì)馄?chē)發(fā)展的動(dòng)力。中國(guó)某些地區(qū)貧泊富氣，發(fā)展燃?xì)馄?chē)已是勢(shì)在必行，而燃?xì)馄?chē)的發(fā)展還可帶動(dòng)氣站壓縮機(jī)、氣瓶、供氣系統(tǒng)和改裝汽車(chē)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此我國(guó)目前十分重視燃?xì)馄?chē)的發(fā)展。
2)燃?xì)馄?chē)的發(fā)展的重要部件是儲(chǔ)存燃料的氣瓶。這類(lèi)氣瓶屬高壓容器，制造用材、工藝與技術(shù)均要求十分嚴(yán)格，以保證其使用的安全性和可靠性。
3)燃?xì)馄?chē)的儲(chǔ)氣瓶可分為全金屬氣瓶、金屬內(nèi)襯環(huán)向復(fù)合材料增強(qiáng)氣瓶、金屬內(nèi)襯整體復(fù)合材料增強(qiáng)氣瓶和塑料內(nèi)襯整體復(fù)合材料增強(qiáng)氣瓶。其增強(qiáng)纖維可分為玻纖，以及玻纖和碳纖混合纖維。每種氣瓶都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求(如美國(guó)的NGV2一l、2、3、4等)。我國(guó)目前只有鋼質(zhì)氣瓶生產(chǎn)，相應(yīng)的只有鋼質(zhì)氣瓶標(biāo)準(zhǔn)；輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶正在研制和開(kāi)發(fā)中，不久即可批量生產(chǎn)和供應(yīng)市場(chǎng)。
4)輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)屬高新技術(shù)，這類(lèi)氣瓶是融各類(lèi)內(nèi)襯的密封性和復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性、高強(qiáng)度、輕重量的特點(diǎn)為一體，大幅度減輕了氣瓶重量，又保證承壓能力以及使用期間的疲勞壽命。國(guó)際上只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家才具有研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力。這類(lèi)輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶不僅用于燃?xì)馄?chē)的燃料容器，而且還廣泛用于消防，以及宇航、井下作業(yè)人員的呼吸器，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。
5)氣瓶的失效模式為間斷漏氣、連續(xù)漏氣、斷裂和破裂開(kāi)口以及碎片狀破裂5種；為保證氣瓶使用中的安全性，一系列的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氣瓶失效時(shí)不允許山現(xiàn)脆性斷裂，而應(yīng)采用在破裂前泄漏的失效模式即leak before rupture(簡(jiǎn)稱(chēng)：LBR)。
6)燃?xì)馄?chē)氣瓶的安全性自高向低的排序?yàn)椋喝饘贇馄?；金屬?nèi)襯環(huán)向復(fù)合材料增強(qiáng)氣瓶；金屬內(nèi)襯整體復(fù)合材料增強(qiáng)氣瓶，其碳纖維增強(qiáng)氣瓶?jī)?yōu)于玻纖和芳綸纖維增強(qiáng)氣瓶，但價(jià)格高于玻纖增強(qiáng)氣瓶。
7)已進(jìn)行的廣泛的使用試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)續(xù)果表明：只要合理地選擇氣瓶制造材料，采用優(yōu)良的結(jié)構(gòu)設(shè)討，正確地制定和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理和工藝控制過(guò)程以及質(zhì)量認(rèn)證試驗(yàn)，認(rèn)真執(zhí)行運(yùn)輸、安裝、檢驗(yàn)、使用要求，燃?xì)馄?chē)的氣瓶是十分安全的。
8)目前生產(chǎn)的各類(lèi)氣瓶，都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量認(rèn)證的，究競(jìng)選用哪種氣瓶取決于使用者對(duì)氣瓶的價(jià)格、重量和使用的車(chē)型與條件的要求。

作者: chh6050529 時(shí)間: 2009-3-12 22:52
學(xué)習(xí)了，頂一下！

作者: sinofea 時(shí)間: 2009-3-21 20:30
我正從事這一方面的工作，深有體會(huì)呀。執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)感覺(jué)比相應(yīng)的軍標(biāo)還要嚴(yán)格。

作者: zk0332 時(shí)間: 2009-7-14 11:20
xuexile!!!!!!!!!

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