汽车用液化天然气钢瓶定期检验工艺及评定方法

'汽车用液化天然气钢瓶定期检验工艺及评定方法摘要：介绍了国内车用液化天然气（LNG）气瓶的发展和使用现状，根据其结构和制造原理，以及目前的使用现状，对定期检验工艺和检验项目进行了探讨，并根据相关技术要求和标准，结合多年气瓶检验经验，提出了具体的检验方法和评定标准。关键词：车用液化天然气瓶检验工艺评定方法液化天然气（LiquifiedNaturalGas,简称LNG）,主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600,液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经压缩、冷却至其沸点（-161.5摄氏度）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.IMPa左右的低温储存罐内［1］。低温贮存容器技术的发展，拓宽了液化天然气在多种领域的应用，并为之提供了广阔的发展前景。液化天然气作为汽车燃料，是未来一段时间内车用清洁燃料重要的发展方向，各压力容器生产企业顺应市场需求，积极开展研发工作，生产盛装液化天然气的低温绝热气瓶，这种气瓶的出现，又推动了液化天然气在城市公交车上的广泛应用，并已逐步走入人们的日常生活。盛装液化天然气的低温绝热气瓶已在市场上广泛流通。然而，对这种气瓶的相应管理无论是政府还是企业，都 没有一套统一的国家或行业技术标准，尤其对这种气瓶的定期检验技术工艺，更是空白，企业标准都没有。为此，笔者所在企业应当地技术监督部门要求，筹建检验站，拟定定期检验技术标准。根据本地液化天然气瓶的使用现状，参照现有的相关车用气瓶检验标准，笔者依据其制造原理和各生产企业的生产技术标准，结合多年气瓶检验的经验，提出液化天然气瓶定期检验工艺和方法及相应控制参数和评定标准，以作为相关方管理决策的参考。一、LNG气瓶界定范围和气瓶结构原理汽车用液化天然气（LNG）气瓶及配套系统是指在正常环境温度-40-60°C下使用，盛装车用液化天然气低温液体介质，作为汽车燃料箱，瓶体为钢制且有真空夹层（含多层、多屏）绝热结构，其设计温度不低于-162°C,公称工作压力的下限为0.6MPa〜3.5MPa,公称容积在150L〜500L可重复充装的低温焊接绝热气瓶，包括气瓶本体、附件（支座、护圈、截止阀、管路降压调节装置、缓冲罐、汽化器等）、安全附件等部件［2］。汽车用液化天然气（LNG）气瓶作为一种低温绝热压力容器，设计有双层（真空）结构。内胆用来储存低温液态的液化天然气，在其外壁缠有多层绝热材料，具有超强的隔热性能，同时夹套（两层容器之间的空间）被抽成高真空，共同形成良好的绝热系统。外壳和支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时所产生的相关外力。内胆设计有两级安全阀在超压时起到保护作用。在超压情况下首先打开的是主安全阀 （开启压力为1.59MPa,230psi）,其作用放散由于绝热层和支撑正常的漏热损失导致的压力上升、或真空遭破坏后以及在失火条件下的加速漏热导致的压力上升。副安全阀（开启压力为2.41MPa,350psi）的压力设定点较主安全阀高，在主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀启动。外壳在内部超压条件下的保护是通过一个环形的抽空塞来实现的。如果内胆发生泄漏（导致夹套压力超高），当压力达到0.1〜0.2MPa抽空塞将打开泄压。万一抽空塞发生泄漏将导致真空破坏，这时可以发现外壳出现“冒汗”（大面积结水珠）甚或结霜现象。所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用护环或保护罩进行防护。二、检验机构、检验周期与检验项目检验机构。进行气瓶检验的检验机构，必须符合GB12135E3］的要求，并经国家规定的锅炉压力容器安全监察机构批准。检验机构必须配备测试天然气气瓶性能指标的专用试验仪器和设备，并应取得气瓶安装相应资质。检验周期。目前，这种设备出厂时，各厂家的质量保证期一般为两年，因此，气瓶的首次检验周期应为两年。气瓶使用条件较为复杂，以后为每年检验一次。库存或停用时间超过一个检验周期的气瓶，重新使用前应进行检验。对气瓶出现异常情况的应提前送检。在使用过程中发现气瓶有严重腐蚀、严重损伤、发生事故以及其他可能影响安全使用的缺陷时，气瓶业主应及时将气瓶送交检验单位，由检验单位进 行检验或确定未到期的气瓶是否需要提前进行检验。气瓶的拆卸工作须由检验单位承担，业主不得自行拆卸气瓶。在发生交通事故中受到损伤的汽车所用的气瓶和附件，如需重新使用，应对气瓶进行检验，检验合格后方可重新使用。检验项目。根据气瓶的结构，气瓶定期检验的项目至少应包括以下内容：资料审查、供气系统外观检查、管路检查、安全附件及阀门检验、耐压试验、气密性试验、日静态蒸发率测试、真空夹层漏率测量。三、检验工艺的确定四、气瓶检验和评定方法以及判断标准1.检验前的准备工作拆卸并接收气瓶后，逐只检查、核对并登记气瓶制造标记和检验标志。登记内容包括制造国别、制造厂名或代号、出厂编号、出厂年月、公称压力、试验压力、充装介质、容积、净重、最大充液重量、正常蒸发率、上次检验日期，气瓶对应的汽车牌号。未经质监部门认可的厂商制造的气瓶、制造标志模糊不清或关键项目不全又无据可查的气瓶、无对应车牌号的气瓶登记后不予检验按报废处理。了解气瓶的使用状况，对于未到检验期限的气瓶，查清原因。按照相关要求在专属区域进行余气处理，余气处理后的气瓶还必须进行充氮置换处理，置换方法和要求应符合TSGR7001-2004[4]的规定执行。用不损伤瓶体金属的适当方法将气瓶表面的污垢、沾染物等 有碍表面检查的杂物清除干净。瓶阀无法开启的气瓶、安全附件失效的气瓶，应与待检瓶分别存放以待另行妥善处理。确认瓶内压力与大气压力一致时，用不损伤瓶壁金属的器械卸下瓶阀，同时卸下安全阀、压力表、爆破片、液位计和调节阀等可拆卸的附件。并对附件按照瓶号进行编号，以防混淆。1.资料审查首次定期检查时，检查产品合格证、质量证明书、监检证书、强度计算书等出厂技术文件；无上述技术文件的气瓶应予报废。历次定期检验日期，使用年限。超过使用年限的应予报废。改造、维修资料。由未取得相应资质的单位改造或维修过的气瓶应予报废。运行状况资料审查，检查气瓶表面是否有冒汗、结霜等不正常现象。3•外观检查清除气瓶外表面沾有妨碍检查的灰尘及污物；应逐只对气瓶进行外观目测检查，检查其外表面是否存在凹坑、鼓包、磕伤、划伤、裂纹、等机械性损伤及凹陷、热损伤、腐蚀等缺陷。应重点检查瓶体与瓶底过度处、瓶肩、瓶颈及气瓶固定装置与瓶体接触处。金属机械性损伤的检查。瓶体存在裂纹、鼓包、夹层等缺陷的气瓶应报废。瓶体外壁磕伤、划伤、凹坑处的剩余壁厚小于设计壁厚的气瓶应报废。检查气瓶外表面有无碰撞凹陷及瓶体异常变形等缺陷。凹陷的深度不大于长径的1/10,并小于10mm,且瓶体焊缝处的凹陷深度不大于6mm,超出上 述范围的气瓶应报废。测试要求参照GB13075《钢制焊接气瓶定期检验与评定》［5］的有关规定。热损伤的检查。瓶体存在弧疤、焊迹或明火烧烤等热损伤而使金属受损的气瓶应报废。腐蚀的检查。对瓶体上孤立的点腐蚀、线状腐蚀、局部腐蚀及普遍腐蚀处的剩余壁厚小于设计壁厚的气瓶应报废。因腐蚀严重，无法判断腐蚀程度的气瓶应报废。裂纹的检查。以目测或辅用5〜10倍的放大镜进行检查焊缝和热影响区及瓶体外表面是否有裂纹，对有怀疑的部位，可进行磁粉无损检测检查，检测方法和合格标准应符合JB/T4730.4[6]的规定。防爆膜的检查。检查夹层防爆膜是否有碰伤、划痕、变形等缺陷，有缺陷的应做相应处理。护圈、底部支座的检查。检查护圈、底部支座有无变形及松脱，底座的附件应完好无损，底座与瓶体连接后不能有异常倾侧现象。护罩、底部支座焊缝有无裂纹、变形、腐蚀或其他机械损伤。护罩、底部支座因裂纹、变形、腐蚀或其他机械损伤而失去作用的低温气瓶应对产生的缺陷进行修复。筒体变形的检查。筒体的圆度，在同一截面上测量其最大与最小外径之差，应不超过该截面平均外径的2.0%o筒体的直线度超过瓶体直线段长度的4%。，且弯曲深度应不大于5mmo4.螺纹的检查与评定用直接目测或借助低倍放大镜目测，逐只检查螺纹有无 裂纹、变形、磨损、腐蚀或其他机械损伤。瓶口螺纹不得有裂纹性缺陷，但允许瓶口螺纹有不影响使用的轻微损伤，允许有不超过一牙缺口，且缺口长度不超过圆周的1/6,缺口深度不超过牙高的1/3。检验结果应符合GB8335《气瓶专用螺纹》［7］的要求。严禁金属铁屑掉入内、外胆。5•安全附件和用气管路上汽化器、缓冲罐等附件的检验液化天然气气瓶安全附件包括：安全阀、压力表、爆破片、液位计。安全附件应实行定期检验制度，安全阀每年校验一次，压力表每半年校验一次，爆破片每3年至少更换一次，液位计不准时，与制造厂家联系更换。压力表必须采用禁油压力表，其精度不低于1.5级，量程为公称工作压力的1.5〜3.0倍。如发现压力表指示失灵、 刻度不清、表盘玻璃破裂。卸压后指针不回零位、铅封损坏等现象，应立即更换。检查压力表的选型、量程、精度是否与所用气瓶的压力级别相适应。目测检查压力表的外壳及指针是否有损坏,表盘刻度指示值是否清晰，若有损坏,则更换。检查压力表检定有效期是否过期。安全阀必须符合国家标准或专业标准，必须选用有制造许可证单位生产的产品，其型号、规格及技术参数应明确、清晰。检查阀体（或合格证）上标注的开启压力是否与所使用的气瓶压力级别相适应；检查阀的连接螺纹是否完好；检查校验有效期是否过期；进行阀的性能试验：开启压力：一般为气瓶的公称工作压力，同时要求回座压力不低于开启压力的0.8倍，密封压力不低于开启压力的0.9倍。爆破片（内罐）必须选用取得国家特种设备安全检查机构颁发制造许可证的厂家产品，爆破片应符合相关技术要求，且爆破片的爆破压力应符合设计要求。检查爆破塞上（或合格证）标注的爆破压力是否与所用气瓶的压力级别相适应；检查爆破片是否超过产品说明书的规定的使用条件；检查连接螺纹是否完好；外观检查爆破膜是否有变形、划伤或其他机械损伤，若有则应更换；按送检气瓶的数量抽取10%的爆破片作爆破试验，若出现超过最大爆破压力而未爆破的爆破片,则需增试20%的数量，若仍不合格，则该批气瓶的爆破片应全部更换。 管路各部件检查采用目测或5〜10倍放大镜检查管路接头、对接焊缝，汽化器、缓冲罐对接焊缝、角焊缝、焊缝等进行表面裂纹检查，同时对汽化器、缓冲罐、管件本体表面进行检查，不得有裂纹、损伤、堵塞等缺陷。必要时可进行磁粉无损检测，，检测方法和合格标准应符合JB/T4730.4[6]的规定。阀门检验采用目测或5〜10倍放大镜检查阀体和螺纹有无裂纹、变形其它机械损伤。阀体不允许有严重变形，螺纹不得有裂纹或裂纹性缺陷；正常工作中，气液阀门保证启闭自如，不允许泄漏。如发现阀门内零部件损坏，更换阀门内零部件。检查液位计是否与充装介质相适合；检查液位计外观及附件。必要时拆卸液位计，检查液位计的浮杆是否变形，组件是否齐全、完好，检查液面指示环（或表头）；对于液位计出现假液位、表盘模糊不清、泄漏等情况必须进行校正或更换；液位计重新安装时应注意更换指示器基座的密封垫圈。调压器是指低温绝热气瓶的增压回路和节气回路上所使用的增压器和节气调压器，或合并式（增压/节气）调压器。解体清洗及外观检查。检查调整螺杆、调节螺母（或锁定螺母）的螺纹是否完好,检查弹簧是否存在变形和裂纹及疲软等缺陷，检查鼓膜片及阀头是否完好；上述零部件如有 异常均应修理或更换，同时阀头应更换密封垫；修理组装后进行调压器的设定点调试。一般要求：节约调压器比增压调压器的设定压力高出O.IMPa,合并式增压/节气调压器只作增压设定点调试；设定点的调整方法：拧松调整螺杆的锁紧螺母，顺时针方向转动螺杆是增加压力设定值，反时针转动螺杆是降低压力设定值。手动阀的检查。必须确认阀门处于开启状态方可进行拆卸零件的工作；按顺序依次将各元件拆卸，检查弹簧、垫圈、手轮、阀杆、阀帽、阀头衬套是否完好；检查阀体的密封口是否干净，有无划痕或损伤；更换密封垫和易损件；依次序将各元件进行组装，应注意阀门手轮的分类，一般情况液体阀为蓝色，气相阀为绿色，放空阀为银色，增压阀为绿色。6.气压试验基于气瓶采用奥氏体不锈钢制造，且LNG基本无腐蚀作用，所以一般情况下，每3年对内胆进行强度试验，但当检验机构对气瓶内胆强度有怀疑时，可以在气密性之前对内胆进行压力试验，压力试验采用气压试验［2］。气瓶的介质为低温液体，温度较低，如采用水压试验后如排除不尽容易堵塞气瓶；气瓶内、外容器均采用奥氏体不锈钢材料制造，如采用水压试验容易发生氯离子应力腐蚀；气瓶公称压力一般在4Mpa以下，与常温气瓶相比较其压力较小，危险性更低。试验场地应是专用区域，必须有安全防护措施和标志，试验介质采用干燥洁净的氮气或其他惰性气体，纯度应达到99.99%以上，温度不低于5°C,气压试验必须在所有零部件、附 件合格并组装后进行；气瓶的气压试验压力必须按照待试气瓶上标记的试验压力或按照待试瓶上标记的公称工作压力的5/3倍确定待试瓶的试验压力。试验时先缓慢升压至规定压力的10%,保压3分钟，对所有焊缝及连接部位进行初次检查。无泄漏后升压到规定压力的50%,如无异常在按每次10%逐级升压，直到试验压力，保压时间3分钟。然后降至试验压力的87%,保压并检查。如阀门出现泄漏允许消除漏气后重新进行气压试验，其重复次数不超过三次。气压试验后卸压速度应缓慢；在试验过程中，如出现内泄漏、明显变形、或保压期间有压力回降现象的气瓶应报废。7.气密性试验气密性试验在钢瓶所有阀门、安全附件、管路系统、汽化器、缓冲罐组装完成后进行，试验前气瓶及低温部分管路经液氮充分预冷。试验用气体采用干燥的氮气。气瓶的气密性试验压力应为待试瓶上标记的公称工作压力。气压试验过程按检验站制定的操作规程进行。气密性试验按GB/T12137《气瓶气密性试验方法》［8］进行。在试验过程中，如出现泄漏、明显变形、或保压期间有压力回降现象的气瓶应报废。试验过程中若试验装置或瓶阀、放空阀等发生泄漏时，应立即停止试验，待维修或更换后再重新试验。&静态日蒸发率测试10.检验结论和气瓶维修与报废 综合以上各项检验结果，给出综合检验结论，综合检验结论为合格和不合格两种。各项检验结果满足上述各项评定标准不存在影响安全使用的缺陷，或者经过修理，或者经过更换后，确认影响安全使用的缺陷已经消除，综合检验结论为合格。各项检验结果有不满足上述评定标准，存在影响安全使用的缺陷，综合检验结论为不合格。不允许使用的气瓶,经修理或更换后，确认无法消除影响安全使用的缺陷，应报废。定期检验过程中，气瓶的维修工作应由具有气瓶制造或者改造、维修资格的单位进行。五、结论通过以上检验工艺和评定标准，在按相应技术标准正确操作的前提下，可以保证LNG绝热气瓶的安全使用。当然，关于检验要求和合格标准的制定还需要长期的实践来总结和验证。LNG绝热气瓶已广泛进入市场，政府相关管理部门应尽早制定相关国家标准和行业标准，以规范市场，确保LNG绝热气瓶的安全使用，杜绝人员伤亡事故和财产损失事故。参考文献[1]诸林•天然气加工工程（第二版）•北京：石油工业出版社，2008.7：273.[2]Q/JBTHB018-2010《机动车用液化天然气焊接绝热气瓶》北京天海工业有限公司企业标准，全国气瓶标准化技术委员会备案，编号：178-2010.[31GB12135-1999《气瓶定期检验站技术条件》. [4]TSGR7001-2004《压力容器定期检验规程》.[51GB13075-1999《钢制焊接气瓶定期检验与评定》.[61JB/T4730.4-2005《承压设备无损检测》・[71GB8335-2011《气瓶专用螺纹》・[81GB/T12137-2002《气瓶气密性试验方法》.[91GB/T18443.1〜5-2001《低温绝热压力容器试验方法》・'