车用LNG气瓶的定期检验现状与思考

刘金良 杨树斌 李 蔚 劳英杰 夏 莉(广东省特种设备检测研究院 广州 510655）

车用LNG气瓶的定期检验现状与思考

刘金良 杨树斌 李 蔚 劳英杰 夏 莉
(广东省特种设备检测研究院 广州 510655）

通过简述车用LNG气瓶的结构特点，分析了国内车用LNG气瓶的定期检验中的检验标准缺少、检验项目及方法岑差不齐和检验关键技术——静态蒸发率测试方法的适用性不强等方面的现状，并针对定期检验工作中存在的问题，从车用LNG气瓶的检验标准制定、检验项目优化及检验装置研发等方面提出了建议。

车用LNG气瓶 结构特点 定期检验 静态蒸发率

天然气作为一种清洁燃料，广泛地应用于汽车、船舶、燃气发电装置等各种动力系统，尤其是液化天然气（LNG）动力汽车，在国家政策的扶持下，发展非常迅速。在LNG汽车的燃料系统中，车用LNG低温绝热气瓶作为燃料的储存容器，它不仅属于低温压力容器类，而且存储的LNG是易燃易爆介质，更重要的是汽车在道路上行驶，存在很多安全方面的不确定性，因此如何保障其使用过程中的安全运行显得尤为重要[1]。就国内而言，较早批量投入使用的车用LNG气瓶已经经历了两个检验周期（投用5～6年），而投入较晚的地区也接近第一个定期检验周期，面对数量巨大的待检设备及国家相关检验标准缺失的现象，国内各个低温绝热气瓶的定期检验机构对于如何确定最优的检验项目、采用何种检验方法及如何处理检验关键技术——静态蒸发率测试方法的适用性等方面的问题陷入了不同的困惑。

1　车用LNG气瓶的结构特点

1.1气瓶结构

车用LNG气瓶是一种储存LNG介质的高真空绝热压力容器，其结构分为气瓶内容器、气瓶外容器、气瓶接口阀门和液位传感器。

车用LNG气瓶瓶体结构示意图如图1所示。

图1　车用LNG气瓶瓶体结构示意图

1.2气瓶安装型式

车用LNG气瓶采用卧式安装，对于客运车辆来说主要有车辆中部横向安装、中部纵向安装、尾部下部安装及尾部顶部安装几种安装型式；货运车辆一般采用上下排列的双气瓶，气瓶轴向与车头前进方向垂直安装于拖头后部。

1.3气瓶结构特点

1）气瓶内、外容器的材料采用奥氏体不锈钢，以满足液化天然气的低温特性。

2）气瓶设计有双层（真空）结构。内容器用来储存低温液态的天然气（一般-162℃），其外壁缠绕由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成的多层绝热材料，具有超强的隔热性能。夹层中配有氧化钯、分子筛等吸附材料以延长气瓶夹层真空保持时间，同时夹层（内、外容器之间的空间）被抽成高真空，共同形成良好的绝热系统。

3）气瓶内容器与外容器采用轴向组合支撑（一端固定、一端滑移），可以保证气瓶在运行中不会因为颠冲而使内、外容器发生相对位移和结构变形，并有效防止内胆因充装了液化天然气后冷缩而拉断支撑及管线的现象发生[2]。

4）与气瓶内容器相通管路经分配台引至气瓶外部，所有的外部管路、管路附件都设置在气瓶的一端，并用环保环或保护罩进行有效防护。

5）普遍采用气瓶内容器内设置缓冲罐的形式防止气瓶因过充而产生的严重安全问题。

6）内容器设置两级安全阀。一级安全阀（也称主安全阀）在内容器压力上升到安全阀设定压力时实现降低气瓶压力的功能。二级安全阀（也称副安全阀）主要是当一级安全阀损坏无法达到预定功能时，起到备用排气的功能。

7）气瓶的液位计量系统一般采用电容式液位计，由电容探测器/极板、信号转换器和显示仪表（安装在汽车驾驶室内）组成。传感器作为气瓶整体的一个组成部分，安装在气瓶内容器内部。其作用是根据气瓶内的LNG高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号转换器，电信号不受天然气状态（液相或气相）和压力的影响，能够精确反映气瓶内LNG余量。

8）气瓶压力表应当安装在便于在充液时观察的位置，前期有些气瓶厂家将压力表通过四通阀与一级安全阀并联，此位置不便于读取压力数值，目前一般安装于充液口附近。

9）在真空夹层超压条件下，外壳的保护是通过一个环形的真空塞来实现。

10）管路系统设置经济阀，在车辆发动机工作时，当气瓶压力高于经济阀设定压力，经济阀自动打开，气瓶内气体优先通过管路输向发动机，将瓶内气体压力快速将至经济阀设定压力之下。同时还设置过流阀，当外部管路发生破裂，管路流量大于设定值时，过流阀自动关闭，实现阻止液体大量泄漏的功能。

11）管路系统中设置自增压系统。自增压系统包括：增压截止阀、增压调压阀、增压盘管及相应的管路。

2　车用LNG的定期检验现状

2.1检验标准

车用LNG气瓶是低温绝热气瓶，属压力容器范畴的特种设备，受《中华人民共和国特种设备安全法》及《特种设备安全监察条例》的管辖，其生产、经营、使用、检验、检测和监管的整个寿命周期都必须遵守法律法规的要求。TSG R0009—2009《车用气瓶安全技术监察规程》规定“车用气瓶的定期检验周期、检验项目和评定要求等，应当符合有关安全技术规范及其相关标准或者地方标准的规定。暂时没有标准时，检验机构可以参照相应气瓶的地方标准或者经过技术评审的企业标准制定检验方案。” 2014年颁布的TSG R0006—2014《气瓶安全技术监察规程》打破了车用LNG气瓶只需进行定期维护保养的传言，明确了车用LNG气瓶必须进行定期检验，但相应检验规则尚未出台。针对法律法规标准规定必须进行定期检验的车用LNG气瓶大批量到期的情况，各地纷纷开展地方标准的申请工作。

目前，在国家检验标准缺失的情况下，各检验机构主要以以下几种形式进行车用LNG气瓶的定期检验。

1）参照低温绝热气瓶的地方检验标准，编制相应的车用LNG气瓶定期检验或在线检验的质保体系，依此作为进行合法定期检验的依据。

2）依托针对性的科研项目成果，以车用LNG气瓶的安全性评价暂代缺失的定期检验规则对到期的车用LNG气瓶进行安全性评估，给出为期一年左右的安全使用期限。

3）与有经验的检验单位合作，借助其检验技术及能力进行当地到期的车用LNG气瓶的定期检验。

2.2检验项目及方法

目前进行定期检验的检验机构通常参照低温绝热气瓶定期检验的地方标准中对于一般低温绝热气瓶的检验项目及方法。通常包括资料审查、外观检查、安全附件及阀门检验、气密性试验及静态蒸发率测试。车用LNG气瓶通常固定安装于车辆上，其检验方法通常采用不拆装气瓶的方式进行，此种方法主要存在以下难点。

1）车用气瓶的安装位置不统一，且气瓶周围未留出足够的检修空间。这些给气瓶的不拆装检验工作带来了诸多不便，特别对外观检查的工具及检验人员的能力提出了更严苛的要求。

2）安全附件及阀门检验中，采用不拆卸的检验方法无法对螺纹、管口等缺陷进行检查，但在实际的检验工作中发现，该阀门部件在车辆运行的震动及LNG的低温特性双重作用下极易损坏，更换频率较高，所以对于安全附件及阀门的检验，正常情况下在前两、三个检验周期中进行不拆装检验可以满足气瓶安全运行的需要。

3）对于静态蒸发率测试项目，前期采用置换的方法，即将液化天然气置换为液氮，采用流量计测量方法进行，需要有专门的场地和资质进行置换，且测试完成后重新充装液化天然气；后期直接用液化天然气进行流量计测量，这对流量计、现场设备及场地的防爆性提出了较高的要求。关于静态蒸发率的测试现状在下文将进行具体的分析。

2.3检验关键技术

车用LNG气瓶的高真空多层缠绕绝热型式决定了必须有足够好的绝热性能来满足其安全运行的需要，而用于描述深冷压力容器绝热性能的参数有：真空度、静态蒸发率、漏热量以及维持时间等[3]。由于气瓶上未设置真空规管，因此不方便在检测现场进行气瓶真空度的测试。而其它三个参数——静态蒸发率、漏热量以及维持时间之间存在相互转换关系，因此考虑到测量时间与可操作性等因素，通常选取气瓶的静态蒸发率来代表它的绝热性能[1]。

对于目前现场采用的静态蒸发率测试方法除了前文所述以流量计测量方法外，还有表面温度测试的定性分析法及压升测量的估算法。

1）流量计测量法普遍采用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》规定的方法用液氮作为测试介质或直接采用液化天然气作为介质然后换算为液氮指标的方法进行。对于前者，存在置换充装方面的限制，对于后者存在操作的安全性及换算指标的准确性方面的问题。同时此两种方法均需要3～4天时间完成测量，对于车用LNG气瓶的主要载体公共交通车辆来讲，测量时间过长，势必影响公共交通的正常运行。

2）表面温度测试的定性分析法没有现行的标准可参考，目前采用该方法的检验机构依托相关的科研项目成果，根据现场瓶体与环境温度的差异进行瓶体绝热性能合格性判定。该方法受环境温度、车辆停放时间及瓶体结构等因素影响较大，而且温差评估指标的准确性有待进一步的确认。

3）虽然理论上可以通过监测一定时间内气瓶压力变化反推气瓶的静态蒸发率，但实际的压升测量中，气瓶内压力、温度的变化受气瓶静置时间、起始压力及周边温度等因素的影响较大，所以该方法只能模糊的评估气瓶的绝热性能。

3　建议与思考

针对目前车用LNG气瓶检验标准的空缺，各检验机构检验方法的一致性、科学性及合理性值得商榷等问题，笔者建议从以下几方面着手，加强对车用LNG气瓶的检验工作，为其安全运行提供更大的保障。

3.1加快制定标准

法律是准绳，标准是依据。虽然各地市在加快地方标准的制定，面对数量庞大的在用车用LNG气瓶，要集中全国检验机构、监管单位、制造单位及使用单位的专业优势，尽快制定合理、有效的国家检验标准，规范定期检验工作。

在加快标准制修订步伐的同时，积极探索适宜的检验方法，比如不拆卸的在线检验方法与拆卸送检方法相结合。精简检验流程，使整个检验过程实现安全、优质、高效的目的。

3.2优化检验项目

相对于一般低温绝热气瓶，车用LNG气瓶有其独特性，所以要针对其特性，设定更加全面合理的检验项目。

1）对于不拆卸的在线检验方法，由于气密性试验的条件要求严格，试验结果判定条件对于夹层真空结构的再用车用LNG气瓶来讲可操作性不强等因素，其进行气密性检验项目的必要性不是很大，所以，在其在线检验中，该项可以不作为必须的检验项目。

2）在表征绝热性能指标方面，可以通过增加设定条件以减少静态蒸发率的测试时间或研发较准确的直接测试液化天然气的流量计装置等方法，实现该气瓶定期检验工作的更加高效、合理。

3.3研发检验装置

由于车用LNG气瓶的主要载体是公共交通车辆，作为民生工程的公交车辆不能大规模停运的条件限制，对于气瓶的检验要以上门检验为主，所以，有必要研发一套高效、集中化的检验装置，该装置可以完成静态蒸发率、安全阀及压力表等关键项目的检验，实现检验工作的智能化、科学化。

4　结束语

随着以天然气为燃料的新能源汽车推广应用日益广泛，车用LNG气瓶的运行状况关系着人民的切身利益，还需要行业专家、学者长期不懈的努力，探求最优的检验方案以保证车用LNG气瓶生命周期内的运行安全。

[1] 夏莉,李蔚等. 车用LNG气瓶的定期检验技术[J].中国特种设备安全，2014，30(2)：41-43.

[2] 简文龙. 汽车用液化天然气气瓶的组成及工作原理[J]. 能源研究与管理，2015，(3):44-46.

[3] GB/T 18443—2010 真空绝热深冷设备性能试验方法[S].

Status and Thinking on Periodic Inspection of Liquefied Natural gas Cylinders for Vehicles

Liu Jinliang Yang Shubin Li Wei Lao Yingjie Xia Li
(Guangdong Institute of Special Equipments Inspection and Research Guangzhou 510655)

By briefly introducing the structure characteristics of liquefied natural gas cylinders for vehicles. The periodic inspection domestic status of liquefied natural gas cylinders for vehicles were analyzed on the lack of inspection standards, irregularity of the inspection items and methods and weak adaptability of key technology, especially the method of static evaporation rate. And the suggestions of the problem on periodic inspection were put forward in term of inspection standard formulation, inspection item optimization and development of inspection equipments.

Liquefied natural gas cylinders for vehicles Structure characteristics Periodic inspection Static evaporation rate

X933．4

B

1673-257X(2016)01-0046-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．011

刘金良(1982～)，男，硕士，工程师，从事医用氧舱、低温压力容器相关设备检验与研究工作。

（2015-10-12 ）