气瓶充装介质变更安全性探讨

骆 辉黄强华薄 柯李 桐柴 森

（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 100013）

气瓶充装介质变更安全性探讨

骆 辉1黄强华2薄 柯1李 桐1柴 森1

（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 100013）

介绍我国法规中对于气瓶充装介质方面规定，气瓶充装介质不可以更改，增加企业运行成本。介绍国际上关于气瓶充装介质规定，可以参照CGA C-10以及ISO 11621的规定进行气瓶充装介质变更。详细介绍了CGA C-10以及ISO 11621中关于气瓶介质变更程序以及要求，只要采用规范的处理方法，气瓶介质变更后可以安全运行。在目前情况下，根据我国气体企业管理水平，可以有条件的开展气瓶介质变更。

气瓶 充装介质 充装介质变更

气瓶应于压缩气体介质的运输和存储，气瓶充装的介质通常为高压气体、液化气体等，部分气体有毒、有害、易燃等，因此气瓶安全至关重要。为保障气瓶使用运行，通常根据充装气体种类、压力、纯度、使用环境、物理及化学性质等因素选择合适气瓶，需要考虑压力等级匹配、材料相容性等一系列因素。

我国法规规定充装单一气体的气瓶必须专用，只能充装和制造标志规定一致的气体，不得更改气瓶制造标志及用途，不得用于充装其他气体[1]。如介质错装或者混装，可能导致充装的介质和气瓶材料不相容或者原充装介质残留和新充装介质发生化学反应，导致事故发生。当然，并不是所有气体之间的气瓶混装都会引起事故，例如CrMo钢制造的无缝气瓶，即适合压缩N2的充装，只要压力等级匹配，也适合空气、He、H2、CNG等气体充装，并不会引起材料相容性问题，气体残留或者腐蚀产物也可以通过物理或者化学方法进行清洗去除，不会发生化学反应，从而发生安全事故。

我国对气瓶充装介质的规定，虽然有效避免了气瓶因错装、混装而引起安全事故，但是也给企业气瓶运行增加成本，由于市场变化、气体技术发展、采购周期等原因，常会造成企业储备、购买的气瓶和企业实际充装所需气瓶不相符，一方面造成企业某种气体气瓶大量闲置，而同时另外某种气体气瓶数量不能满足生产需要，不得不投入大量资金用于对应介质气瓶购买，增加企业运行成本，造成社会资源闲置浪费。

1 国内气瓶充装介质规定以及运行状况

根据《气瓶安全技术监察规程》规定，气瓶只允许充装和制造标志规定一致的气体，且不得更改制造标志，因此按照国内气瓶制造标准制造的气瓶，气瓶标志信息中除标明该气瓶主要技术参数外，还必须明确规定了充装介质，如图1所示N2气瓶，气瓶标志中有明确的“N2”标志，其他气体气瓶也需要有对应的充装介质名称标志，该标志由气瓶制造厂在出厂前完成。

图1 气瓶钢印标志

该项规定，很大程度避免了因气体混装、错装造成的事故，但是也增加了气体公司运行成本。之前我国的气瓶主要为80L以下的无缝气瓶以及1000L以下的焊接气瓶，单只气瓶制造成本低廉，且气瓶主要充装工业气体，气体对气瓶腐蚀较为严重，气瓶使用寿命较短，因此该项规定和气瓶运行成本之间矛盾并不非常突出。然而，随着工业技术发展，市场出现运输工业气体、电子气体的大容积无缝气瓶以及大容积焊接气瓶，单只气瓶价值近十万元，国际上同类型气瓶通常使用寿命30年以上。由于市场变化、技术发展、订货周期等原因，常会造成气体公司充装某种气体的气瓶大量闲置，又需要投入大量资金购买相同规格、类型的气瓶充装其他气体。据统计，液化空气、林德气体等公司，闲置数百只容积为440L公称工作压力为16.6MPa材料为CrMo钢的NH3气瓶，价值数千万元，而同时又需要购买相同类型气瓶用于NO2充装，上海一私营气体运输公司，拥有数量H2长管拖车，由于业务发展原因，开始经营运输He，按照规定，必须停运H2长管拖车，投入数百万元购置结构基本相同的长管拖车用于He运输。

基于该项规定，一部分企业严格执行该项规定，增加了我国工业气体成本，降低我国工业产品市场竞争力，同时也造成社会资源浪费，无谓增加能源消耗，也不符合当前倡导的降低能耗基本原则，因此说该项规定和运行之间矛盾越来越突出。另一部分企业，为节约成本，采用闲置的某种气瓶充装另外一种介质，例如图2，气瓶标志中充装气体为Ar，而实际充装介质为He，实际充装气体和气瓶钢印标志不符，这样会在气体使用、运行中造成生产事故，对于某些气体，甚至造成重大安全事故。在长管拖车定期检验过程中，有些公司使用钢印标志为H2的长管拖车大容积无缝气瓶充装He。

图2 气瓶实际充装气体和充装气体钢印标志

2 国外气瓶充装介质规定以及运行状况

国外气瓶制造标准关于气瓶钢印标志规定中，并未要求标示充装介质。在DOT标准中，只有按照特许令制造的气瓶制造完成后必须标示充装介质，如“CNG”气瓶，其他气瓶充装介质根据用户要求，可以在气瓶制中进行介质标志，也可以由用户在充装之前进行充装介质标志。在ISO 13769关于气瓶钢印标志中，也未规定所有气瓶必须标志充装介质，乙炔气瓶可以标志“C2H2”，但气瓶在充装之前必须标志充装介质。

国外气体公司气瓶运行中，可以对充装介质进行更改，CGA C-10对哪些气瓶可以进行介质变更[2]，以及不同类别气体气瓶在介质变更过程中如何进行处理进行了详细规定，ISO 11621也对介质变更程序进行了类似规定[3]。基于这些标准规定，一些国际化气体公司，参照标准制定了气体介质变更内部操作程序，并且有多年运行和实际操作经验，也并未因此发生安全事故。采用科学的方法对气瓶充装介质进行变更，如图3所示原充装N2气瓶，更改为充装SiH4气瓶，使用单位将提高了气瓶运行效率，方便气体公司运行，节省运行成本，提高产品国际市场竞争力。

图3 国外气瓶介质变更后钢印标志

3 CGA-C10关于气瓶介质变更方法及程序

CGA C-10对气瓶介质变更气瓶范围，根据充装介质进行的气瓶分类，不同类别之间充装介质变更需要进行的处理措施，以及气瓶内部处理方式进行了规定。

3.1 充装介质变更气瓶范围

根据该标准，并不是所有气瓶都可以进行充装介质变更，一些特定设计、制造的气瓶不得进行充装介质变更，如乙炔气瓶、低温气瓶、非重复充装气瓶、带村里气瓶不得进行充装介质变更，充装特殊介质的气瓶，如充装CO以及可能发生应力腐蚀的气瓶，需要经过严格检验才可以进行介质变更，否则不允许介质变更，此外，充装HF的气瓶也不允许进行介质变更。

3.2 气瓶进行介质变更程序

如对气瓶进行介质变更，首先确认气瓶、阀门、安全装置等材料适应于新充装介质，其次确认原气瓶压力等级适用于新充装介质，还要检查气瓶是否在检验有效期内，最后要确认瓶阀、接头是否满足新充装介质。

确认完成后，介质变更首先排放源瓶内残气，拆卸瓶阀，其次去除原标签、油漆并进行外部检查，然后进行气瓶内部检查，根据充装介质以及内部污染物、腐蚀情况，采用相应化学或机械手段进行清理，并进行相应检测，再根据充装介质类型，重新进行阀门安装，最后重新进行油漆、更改标志等。

3.3 气瓶介质变更内部处理程序及清洗要求

对于气瓶进行介质变更，由于充装介质，会在气瓶内部形成污染物或者残留，如清理不干净，残留物会对新充装介质造成污染，甚至产生化学反应，造成安全事故，因此，气瓶内部清洗、检测对气瓶介质变更安全性影响非常大。

●3.3.1 气瓶充装介质分类

根据所充装介质的兼容性和污染物与更改后充装气体发生反应的可能性，以及原充装介质对气瓶可能产生的损伤，CGA C-10中将气瓶充装气体分为七个类别。

Ⅰ 氧化性气体，包括O2、N2O和含氧量超过23.5%的混合气体；

Ⅱ 氧化性混合气体，包括空气以及含氧量低于23.5%的混合气体；

Ⅲ 不可燃气体和惰性气体，包括惰性气体、N2、CO2等；

Ⅳ 可燃气体，包括CO、C3H6、C2H4、H2、LPG、CH4等；

Ⅴ 乙炔，溶解乙炔；

Ⅵ 低温气体气瓶，包括LO2、LN2、LAr、LHe、LH2等；

Ⅶ 腐蚀性气体、有毒气体、自燃气体、放射性气体等，该类别气体包含几十种气体，如NH3、Cl2、HCl、PH3、SiH4、SF6等。

●3.3.2 气瓶介质变更中常用检测手段以及清洗方法

气瓶进行介质变更过程中，需要判定气瓶内部是否有污染物或者残留，并需要采用相应方法进行清洗。常用的检测方法有气味检测、锤击检测、油脂检测以及内部宏观检查等。常用的清洗方法包括有机溶剂清洗，加热处理，机械方式清理，如钢丝刷打磨、打磨片打磨、喷砂等，水溶液清洗，碱性溶液清洗，清水冲洗等。

●3.3.3 不同类别气体气瓶介质变更检测及清洗措施

根据CGA C-10要求，不同类别气体气瓶之间介质变更需要的程序和处理措施也不同，CGA C-10中对不同类别气体气瓶之间转换所需的处理以及检测方法进行了规定。例如充装Ⅱ类介质气瓶之间相互转换，需要进行气味检测和锤击检测，合格气瓶可以不进行任何内部清洗，例如充装Ⅰ介质气瓶变更为充装Ⅳ介质，气瓶首先应进行排空，使用无油惰性气体进行吹扫清理，也可使用水溶液进行清洗，例如充装Ⅲ类别气体气瓶变更为充装Ⅳ介质，需要进行内部宏观检查，如有腐蚀产物等，需要进行内部清洗，关于充装Ⅶ介质气瓶变更，由于该类型气体比较危险，进行介质变更需要有丰富的相关知识，并遵循制造厂相关程序进行。

4 ISO 11621关于气瓶介质变更方法及程序

和CGA C-10类似，ISO 11621对气瓶介质变更气瓶范围，气瓶介质变更通用程序，充装气体类别划分，以及不同类别之间充装介质变更需要进行的处理措施等进行了规定。

4.1 充装介质变更气瓶范围

ISO 11621适应于无缝气瓶、铝合金气瓶以及焊接气瓶进行介质变更，不适应于乙炔气瓶变更，也不适应于毒性、腐蚀性、自燃、放射性介质气瓶进行变更，如对该类型气体气瓶进行介质变更，需要遵循更专业的操作程序。

4.2 气瓶进行介质变更通用程序

根据ISO 11621，气瓶进行介质变更，共分十个步骤来完成，并不是所有气瓶进行介质变更都需要完成全部步骤。

Ⅰ 外部检查和准备工作，包括确认瓶内充装介质，气瓶外部检查，阀门检查，确认气瓶压力等级，检验日期，内部介质排放至大气压，去除表面油漆、标签、标示等，根变更后充装介质类型，重新进行油漆、粘贴标签等；

Ⅱ 气瓶内水分含量检查，气瓶内部有无可见液体水；

Ⅲ 气瓶内部积液检查，特别是更改后用于充装氧化性介质，内部有无积液以及碳氢类物质；

Ⅳ 确认材料相容性；

Ⅴ 水分含量检测，该项检查比Ⅲ项要求较高，确保气瓶在使用压力和温度下不出现液态水；

Ⅵ 内表面缺陷状况检查；

Ⅶ 内表面腐蚀状况检查；

Ⅷ 气瓶内部清洗及吹扫；

Ⅸ 确认气瓶之前充装介质和材料是否相容，必要时增加无损检测或水压试验；

Ⅹ 如怀疑气瓶内部出现过水，应进行无损检测和水压试验。

4.3 气瓶介质变更程序确定

气瓶充装不同种类气体，气体对气瓶产生的影响不一样，部分气瓶可能产生腐蚀也可能产生应力腐蚀裂纹，充装介质变更以后，充装介质性质不一样，对气瓶要求也不一样，ISO 11621根据气瓶原充装介质以及更改后充装介质，在十个程序步骤中选取不同步骤组合。

●4.3.1 气瓶充装介质分类

跟CGA C 10类似，ISO 11621首先将气瓶充装气体分为七个类别。

A 非活性气体，包括惰性气体、N2等，以及FTSC编号为01X0的气体，X=0～6；

B 非活性气体但可能产生腐蚀，包括CO2、CO2混合气体以及FTSC编号为01X0或11X0且含氧量低于21%的混合气体；

C 氧化性气体，包括O2、N2O、空气，含氧量大于21%的混合气体，以及FTSC编号为41X0且N2O含量大于60%的混合气体；

D 可燃气体，包括C2H4、CH4、C3H6、碳氢化合物、LPG，以及FTSC编号为21X0的气体、气体混合物等；

E 脆化性气体，H2，以及ISO 11114-1中易产生氢脆且无毒气体等；

F 产生应力腐蚀类气体，包括CO以及CO混合气体等；

G有毒气体、腐蚀性气体、自燃气体等，包含毒性、剧毒气体。

●4.3.2 气瓶介质变更中常用清洗方法

ISO 11621中规定的气瓶清洗方法和CGA C-10中规定的方法基本类似，包括水溶液清洗，有机溶剂清洗，机械方法清洗等。

●4.3.3 不同类型气体气瓶介质变更采用的程序

根据ISO 11621要求，不同类型类别气体气瓶之间介质变更需要的程序和处理措施也不同，处理程序步骤见表 1。

表 1 不同类别气体气瓶之间变更采用程序步骤

5 结论和展望

只要方法得当，处理科学，气瓶介质变更后可以安全运行。我国目前对气瓶充装介质方面的规定，气瓶不能进行介质变更，给气体企业气瓶运行带来不便。特别是近些年出现的大容积无缝气瓶以及电子气体气瓶，气瓶造价较高，造成气体企业积压大量气瓶，造成运行成本增加，以及社会资源浪费。而国外气体公司，建议尽快完善我国法规标准，采用科学处理方法，提高气瓶使用效率，降低运行成本。

但是，我国目前气体企业总体管理水平不高，个别企业存在气瓶运行不规范，气体品质参差不齐，如参照国外气瓶运行经验，会带来更多安全问题。在现阶段，可以有条件开展气瓶介质变更，可以对管理水平较为规范企业拥有的价值较高的气瓶进行介质变更，由气瓶使用单位提出申请，气瓶制造企业参照相关标准以及气瓶使用情况制定介质变更方案及处理工艺，由检验单位对介质变更处理过程进行监督，共同保障气瓶安全运行，同时为企业节省运行成本。

[1] TSG R0006—2014 气瓶安全技术监察规程[S].

[2] CGA C-10—2005 Recommended Procedure for Changes of Gas Service for Compressed Gas Cylinders[S].

[3] ISO 11621—1997 Gas cylinders-Procedure for Change of Gas Service[S].

Discussion for Change of Filled Gas for Cylinders

Luo Hui1Huang Qianghua2Bo Ke1Li Tong1Chai Sen1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100013)

This paper introduces the items on filled gas of Chinese regulation, the filled gas is not allowed to be changed for specified cylinder, so the operation cost is increased. The items on filled gas of international regulation is introduced, in which the filled gas can be changed according to CGA C-10 or ISO 11621. This article details the procedure and requirements for change of filled gas, if the specified procedure is carried out, the changed cylinder can run without hazard. Based on the current management level of Chinese company, the filled gas can be changed on certain conditions.

Cylinder Filled gas Change of filled gas

X933.4

B

1673-257X(2016)11-0013-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.004

骆辉(1980～)，男，硕士，气瓶室主任助理，中级工程师，从事特种设备安全研究工作。

2016-01-12）