車用超低溫液化氣瓶研制技術(shù)報(bào)告

1、車用超低溫液化氣瓶研制技術(shù)報(bào)告車用超低溫液化氣瓶作為一種替代汽車油箱盛裝、儲(chǔ)存、供給燃料（液化天然氣），并且可以多次重復(fù)充裝的低溫絕熱壓力容器，其作用是儲(chǔ)存并供給燃料。當(dāng)液化天然氣汽車工作時(shí), 燃料氣瓶中的液態(tài)天然氣在自身壓力的作用下, 從液體排出管路中流出lng燃料氣瓶,經(jīng)燃料切斷閥和過流閥進(jìn)入汽化器內(nèi)被加熱汽化, 供汽車使用。車用超低溫液化氣瓶主要由奧氏體不銹鋼內(nèi)膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。山東鑫昊特種裝備股份有限公司開發(fā)、生產(chǎn)的車用超低溫液化氣瓶設(shè)計(jì)為雙層（真空）結(jié)構(gòu)。內(nèi)膽承受一定的壓力用來貯存和供給低溫狀態(tài)下的液化天然氣，在其外壁纏繞有玻璃纖維紙和光潔鋁箔組

2、成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導(dǎo)率低、隔熱性能高、重量輕的特點(diǎn)。外殼主要用來與內(nèi)膽形成夾層空間（兩層容器之間的空間）和把內(nèi)膽支撐起來的作用。夾層空間被抽成高真空與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)，用以延長(zhǎng)液化天然氣的貯存時(shí)間。外殼和內(nèi)膽之間設(shè)置支撐系統(tǒng)將內(nèi)膽外殼合理固定。支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠承受車輛在行駛時(shí)所產(chǎn)生的加速、減速，運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)以及補(bǔ)償內(nèi)膽低溫狀態(tài)下長(zhǎng)度方向的冷縮。該液化氣瓶主要適用于公交車、載重車、出租車等領(lǐng)域。產(chǎn)品具有真空度高、保溫性能好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、使用操作方便、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的替代汽車油箱盛裝、儲(chǔ)存、供給燃料（液化天然氣）設(shè)備。一、我國(guó)車用超低溫

3、液化氣瓶現(xiàn)狀的概述液化天然氣（lng）汽車是繼壓縮天然氣（cng）和液化石油氣（lpg）汽車之后才開始發(fā)展起來的一種新型環(huán)保汽車，從本質(zhì)上講也是天然氣汽車，但由于汽車攜帶的lng比cng具有更高的燃料密度，壓力低，所需氣瓶自重輕，汽車一次充氣的行駛里程（300800km）較cng遠(yuǎn)得多，lng同時(shí)又能象油品一樣運(yùn)輸，同時(shí)具有cng汽車和lpg汽車的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的不足，因此具有更強(qiáng)的實(shí)用性，被認(rèn)為是燃?xì)馄嚨陌l(fā)展方向，從推廣車型來看，lng不但適用于城市公交車，也適用于大型貨運(yùn)車輛和城市大巴，尤其是長(zhǎng)途車輛。lng汽車和加氣站技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于lng的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和計(jì)量銷售，因?yàn)?162的ln

4、g對(duì)儲(chǔ)罐、管閥及控制系統(tǒng)都有一些特殊要求，因此其技術(shù)難度較cng和lpg都大，但現(xiàn)在我國(guó)已完全掌握其應(yīng)用技術(shù)并實(shí)用化，相關(guān)設(shè)備和部件都已成為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，系列化生產(chǎn)，美國(guó)消防防火協(xié)會(huì)（nfpa）還制定了專門的加氣站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和車輛改裝標(biāo)準(zhǔn)，近年來全世界lng汽車保有量的迅速增加也說明此項(xiàng)技術(shù)是完全成熟的。從發(fā)展趨勢(shì)看，一些完全掌握該技術(shù)并已成熟化的國(guó)家，如美國(guó)等正在抓緊lngv的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；茝V，擬在一些重點(diǎn)城市和交通干道網(wǎng)絡(luò)化布點(diǎn)建站，形成區(qū)域性lng汽車應(yīng)用區(qū)。而一些在技術(shù)上沒有完全成熟或起步較晚的國(guó)家，如日本、德國(guó)等正在加緊該技術(shù)的開發(fā)和示范，均有意把lng技術(shù)全面產(chǎn)業(yè)化并大規(guī)模發(fā)展。國(guó)內(nèi)

5、lng產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但在lng汽車技術(shù)方面發(fā)展很快，隨著國(guó)外技術(shù)信息的傳入和近年來清潔汽車行動(dòng)的實(shí)施，lng汽車已為業(yè)內(nèi)人士所熟知，并已有一些企業(yè)擬著手這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)lng產(chǎn)業(yè)的起步增強(qiáng)了人們對(duì)發(fā)展lng汽車的信心，而且速度和規(guī)模也越來越快、越來越大；同時(shí)伴隨著lng汽車及加氣站系統(tǒng)的研發(fā)、制造的不斷深入，lng汽車技術(shù)很快會(huì)象cng汽車技術(shù)一樣在國(guó)內(nèi)興起。目前我國(guó)從事超低溫研究的大專院校主要有：上海交通大學(xué)、蘭州理工大學(xué)、大連理工大學(xué)。各合作院校都設(shè)立有自己的研發(fā)研究機(jī)構(gòu)，并在研發(fā)水平上都具有國(guó)家一流水平。目前我國(guó)從事超低溫設(shè)備生產(chǎn)的企業(yè)主要有：查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有

6、限公司、北京天海工業(yè)有限公司、張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司以及張家港富瑞特種裝備有限公司等。山東鑫昊特種裝備股份有限公司審時(shí)度勢(shì)，投入了較大的人力、物力并結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)低溫裝備先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行車用超低溫液化氣瓶研制開發(fā)，目前已經(jīng)開發(fā)成功并投入試生產(chǎn)及應(yīng)用。二、車用超低溫液化氣瓶基本原理及主要結(jié)構(gòu)（一）基本原理車用超低溫液化氣瓶作為一種替代汽車油箱盛裝、儲(chǔ)存、供給燃料（液化天然氣），并且可以多次重復(fù)充裝的低溫絕熱壓力容器，其作用是儲(chǔ)存并供給燃料。當(dāng)液化天然氣汽車工作時(shí), 燃料氣瓶中的液態(tài)天然氣在自身壓力的作用下, 從液體排出管路中流出lng燃料氣瓶,經(jīng)燃料切斷閥和過流閥進(jìn)入汽化器內(nèi)被加熱汽化,

7、供汽車使用。（二）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)車用超低溫液化氣瓶主要由由奧氏體不銹鋼內(nèi)膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。其氣瓶的結(jié)構(gòu)圖和外形圖如下圖一、二： 圖一、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖 圖二、產(chǎn)品外形圖三、技術(shù)路線及生產(chǎn)工藝流程（一）技術(shù)方案和說明1、總體技術(shù)路線車用超低溫液化氣瓶采用雙層（真空）結(jié)構(gòu)，主要由奧氏體不銹鋼內(nèi)膽、外殼、高真空多層絕熱夾層、閥門管路、安全系統(tǒng)等組成。內(nèi)膽采用奧氏體型不銹鋼材料焊接而成，在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，絕熱材料采用阻燃材料，以降低熱導(dǎo)率，提高隔熱性能；外殼采用采用奧氏體不銹鋼或碳鋼材料焊接而成，并使外殼與內(nèi)膽形成夾層空間，把內(nèi)膽支撐起來；

8、夾層空間被抽成高真空，并與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)；內(nèi)膽設(shè)計(jì)兩級(jí)安全閥，在內(nèi)膽超壓時(shí)起到保護(hù)作用。2、主要結(jié)構(gòu)和部件采用的技術(shù)措施（1）在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導(dǎo)率低、隔熱性能高、重量輕的特點(diǎn)。（2）外殼與內(nèi)膽形成夾層空間，夾層空間被抽成高真空，并與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統(tǒng)，用以延長(zhǎng)液化天然氣的儲(chǔ)存時(shí)間。（3）外殼與內(nèi)膽之間設(shè)置支撐系統(tǒng)將內(nèi)膽外殼合理固定。支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠承受車輛在行駛時(shí)所產(chǎn)生的加速、減速、運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)。（4）氣瓶所有的外部管路、閥件都設(shè)置在氣瓶一端，并用保護(hù)環(huán)或保護(hù)罩進(jìn)行防護(hù)。（5）內(nèi)膽設(shè)置兩級(jí)安全

9、閥（管路系統(tǒng)中），在內(nèi)膽超壓時(shí)起到保護(hù)作用。（6）在夾層超壓條件下，外殼的保護(hù)通過一個(gè)環(huán)形的真空塞來實(shí)現(xiàn)。（7）設(shè)置了經(jīng)濟(jì)閥和過流閥。當(dāng)外部管路發(fā)生破裂時(shí)，可通過過流閥的自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到有效避免次生危險(xiǎn)的發(fā)生。（8）在整套系統(tǒng)中設(shè)置了自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括：增壓截止閥、升壓調(diào)節(jié)閥、自增壓盤管及相應(yīng)的管路。該系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進(jìn)行熱交換，而不需要額外的能源。（二）生產(chǎn)工藝流程車用超低溫液化氣瓶生產(chǎn)工藝流程如下： 1、材料控制焊接材料材料復(fù)驗(yàn)確認(rèn)入庫原材料待檢材料復(fù)驗(yàn)確認(rèn)入庫外協(xié)（購）件待檢復(fù)驗(yàn)確認(rèn)入庫2、內(nèi)膽控制筒體及試板下料卷筒縱縫焊接筒

10、體校圓縱縫探傷清洗烘干內(nèi)筒體組件焊接內(nèi)膽組件縱縫焊接內(nèi)膽環(huán)縫焊接內(nèi)膽環(huán)縫探傷內(nèi)膽氣壓試驗(yàn)內(nèi)膽氦質(zhì)譜檢漏絕熱材料包扎安裝分子篩、氧化鈀（外膽套裝閥封口焊接）3、外膽控制外膽筒體下料卷筒縱縫焊接筒體校圓清洗烘干外膽套裝閥封口焊接4、內(nèi)外膽組合、檢驗(yàn)（內(nèi)膽安裝分子篩、氧化鈀）（外膽套裝閥封口焊接）外膽環(huán)縫焊接整體拋光保護(hù)圈組件焊接真空夾層氦質(zhì)譜檢漏抽真空夾層真空漏放氣速率檢測(cè)閥門管路組焊及裝配氣密試驗(yàn)靜態(tài)蒸發(fā)率檢驗(yàn)氮?dú)夥獯驺懪瓢惭b及標(biāo)示張貼外部管路及液化器安裝外部管路氣密最終檢驗(yàn)入庫四、產(chǎn)品規(guī)格、用途、性能特點(diǎn)及主要技術(shù)性能參數(shù)（一）產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)cdpw500-275-1.59cdpw600-375

11、-1.59cdpw600-450-1.59cdpw600-500-1.59公稱容積 l275375450500有效容積 l253345414460（二）產(chǎn)品用途車用氣瓶由不銹鋼內(nèi)、外膽，高真空絕熱夾層，安全裝置,閥門管路系統(tǒng)等組成，用于貯存和使用液化天然氣，并能自動(dòng)提供連續(xù)的氣體，適用于公交車、載重車、出租車等。（三）產(chǎn)品主要性能特點(diǎn)（1）可靠性好、安全性高：采用雙殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外殼與內(nèi)膽之間設(shè)置支撐系統(tǒng)將內(nèi)膽外殼合理固定，支撐系統(tǒng)能夠承受車輛在行駛時(shí)所產(chǎn)生的加速、減速、運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)；內(nèi)膽設(shè)置的兩級(jí)安全閥（管路系統(tǒng)中），在內(nèi)膽超壓時(shí)起到保護(hù)作用；設(shè)置的經(jīng)濟(jì)閥和過流閥；當(dāng)外部管路發(fā)生破裂時(shí)，可通

12、過過流閥的自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到有效避免次生危險(xiǎn)的發(fā)生。這些大大提高了氣瓶的安全可靠性。（2）保溫性能好。在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導(dǎo)率低、隔熱性能高、重量輕的特點(diǎn)。（3）真空度高、氣密性好。由于設(shè)置了抽真空閥體總成（三級(jí)密封，便于封結(jié)真空，便于抽真空），大大提高了氣瓶的真空度和氣密性。（4）節(jié)能。在整套系統(tǒng)中設(shè)置的自增壓系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進(jìn)行熱交換，而不需要額外的能源。（四）主要技術(shù)性能參數(shù)項(xiàng) 目單 位設(shè)計(jì)參數(shù)(指標(biāo))備注內(nèi) 膽外 膽工作壓力mpa1.59-0.1計(jì)算壓力3.18-0.21外殼

13、為外壓氣壓試驗(yàn)壓力3.18日蒸發(fā)率0.21*ln2漏放氣速率試驗(yàn)：漏放氣速率pa·m3/s不低于6×10-7充裝液氮后夾層真空度pa2×10-2五、研制過程中解決的主要技術(shù)關(guān)鍵及項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：（一）研制過程中解決的主要技術(shù)關(guān)鍵在產(chǎn)品的研制過程中，我們圍繞車用超低溫液化氣瓶設(shè)計(jì)和制造過程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行科技攻關(guān)，解決的主要技術(shù)關(guān)鍵有以下幾個(gè)方面：1、超低溫液化氣瓶的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)（包括設(shè)計(jì)參數(shù)和材料的選擇）；2、超低溫液化氣瓶夾套的提高真空度的抽真空技術(shù)；3、內(nèi)膽外壁絕熱材料的選擇與纏繞技術(shù)；4、氣密性試驗(yàn)技術(shù)（二）項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 在研發(fā)車用超低溫液化氣瓶過

14、程中，為了提高車用超低溫液化氣瓶的整體性能，我們組織科研人員進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，并進(jìn)行了以下幾方面的改進(jìn)和創(chuàng)新：1、采用雙層（真空）結(jié)構(gòu)。形成內(nèi)膽、外殼、高真空多層絕熱夾層結(jié)構(gòu)。在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和鋁箔組成的多層絕熱材料，絕熱材料采用阻燃材料，以降低熱導(dǎo)率，提高隔熱性能。2、采用了抽真空閥體總成。該閥體總成設(shè)計(jì)為三級(jí)密封，便于封結(jié)真空，便于抽真空。3、設(shè)置了自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括：增壓截止閥、升壓調(diào)節(jié)閥、自增壓盤管及相應(yīng)的管路。該系統(tǒng)能夠保證且穩(wěn)定地通過氣瓶的正常的供液壓力和流量的要求，僅僅通過與空氣進(jìn)行熱交換，而不需要額外的能源。穩(wěn)定的壓力是通過調(diào)節(jié)升壓調(diào)節(jié)閥來控制的，當(dāng)氣瓶頂部的壓

15、力低于升壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定的壓力時(shí)，液化天然氣通過增壓截止閥和升壓調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入自增壓盤管與空氣進(jìn)行熱交換，液體變成蒸汽回到氣瓶頂部。由于液化天然氣的液氣比較大，因此使得壓力升高。當(dāng)壓力等于升壓調(diào)節(jié)閥的壓力后，升壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉，氣瓶壓力不再繼續(xù)升高。達(dá)到了便于自動(dòng)調(diào)節(jié)瓶?jī)?nèi)壓力，持續(xù)供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃料目的。 4、采用了后端十字架支撐結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)便于縱向、軸向受力，便于運(yùn)行中因突然接受外力引起的斷裂，減少導(dǎo)熱。5、“保溫防護(hù)材料纏繞機(jī)”已申報(bào)實(shí)用新型專利，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01220401489.x。本實(shí)用新型所述的壓力容器保溫防護(hù)材料纏繞機(jī)，包括支架、壓力容器定位裝置和安裝保溫防護(hù)材料的支撐座，壓力容器定

16、位裝置和支撐座對(duì)應(yīng)安裝在支架的兩側(cè)，壓力容器定位裝置包括刻盤和滑動(dòng)尾座，卡盤設(shè)在之間的一邊，卡盤連接驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)應(yīng)卡盤在支架的另一邊攝制滑動(dòng)尾座，配合滑動(dòng)尾座在指甲上設(shè)置滑道，滑動(dòng)尾座上設(shè)有定位銷。解決的技術(shù)問題是：能將保溫防護(hù)材料均勻纏繞到壓力容器的外殼上，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)壓力容器保溫防護(hù)效果更佳，提高了內(nèi)膽外壁纏繞保溫防護(hù)材的效率和質(zhì)量。6、“便于檢測(cè)真空度的抽真空閥”已申報(bào)實(shí)用新型專利，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01220401486.6。包括閥體、閥桿和閥塊，閥體的側(cè)壁上設(shè)置抽氣管，閥桿頂部安裝手柄，底部連接閥塊，閥體的側(cè)壁上連接真空規(guī)管，真空規(guī)管連接真空計(jì)。真空規(guī)管是測(cè)量真空度的傳感

17、器，抽真空閥在工作時(shí)，其側(cè)壁上設(shè)置的真空規(guī)管能夠隨時(shí)將測(cè)量到的真空度信號(hào)傳輸?shù)秸婵沼?jì)上，經(jīng)過放大處理就可以顯示出抽真空閥閥體中的真空度，操作簡(jiǎn)單方便。解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、便于隨時(shí)檢測(cè)真空度的抽真空閥。項(xiàng)目經(jīng)淄博市科技情報(bào)研究所科技查新，查新結(jié)論為：在文獻(xiàn)檢索范圍內(nèi)，國(guó)內(nèi)未見研究?jī)?nèi)容相同的文獻(xiàn)報(bào)道。六、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、用戶使用情況（一）產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)情況產(chǎn)品經(jīng)大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院（國(guó)家氣瓶型式試驗(yàn)結(jié)構(gòu)）檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合q/sxh-js00-2012汽車用液化天然氣氣瓶標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （二）產(chǎn)品用戶使用情況產(chǎn)品已經(jīng)在遼寧、河南、安徽、山東等十多省、市銷售，產(chǎn)品應(yīng)用用戶

18、已發(fā)展到500余家，使用量已達(dá)3500余臺(tái)。博興文浩汽車服務(wù)有限公司、桓臺(tái)縣新城振益汽車修理廠、遼河油田晨宇重卡裝備有限公司、日照穩(wěn)健燃?xì)庥邢薰镜葐挝粦?yīng)用后認(rèn)為：山東鑫昊特種裝備股份有限公司生產(chǎn)的車用超低溫液化氣瓶，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有保溫性好、真空度高、安全、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)要優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類型的車用液化氣瓶。七、項(xiàng)目達(dá)到的技術(shù)水平 我公司研制的車用超低溫液化氣瓶嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求設(shè)計(jì)制造，始終把產(chǎn)品質(zhì)量作為首要目標(biāo)來考慮，因此，該產(chǎn)品具有較高的安全可靠性。我公司從2011年開始研制車用超低溫液化氣瓶，經(jīng)過公司全體人員的共同努力下和反復(fù)試驗(yàn)，解決了多

19、項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵，通過了產(chǎn)品型式試驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)生產(chǎn)車用超低溫液化氣瓶規(guī)模較大的企業(yè)主要有：查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有限公司、北京天海工業(yè)有限公司、張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司以及張家港富瑞特種裝備有限公司等。國(guó)外同行業(yè)著名的公司有：美國(guó)的查特公司和泰來華頓公司等。我公司生產(chǎn)的車用超低溫液化氣瓶產(chǎn)品經(jīng)山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院檢驗(yàn)中心檢測(cè)驗(yàn)證，產(chǎn)品性能及各項(xiàng)指標(biāo)均符合q/sxh-js00-2012汽車用液化天然氣氣瓶標(biāo)準(zhǔn)要求，用戶使用后反映很好。我公司生產(chǎn)的車用超低溫液化氣瓶與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比分析見下表: 與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品主要性能對(duì)比表項(xiàng)目本公司國(guó)內(nèi)國(guó)外靜態(tài)蒸發(fā)率1.8%/dd2.1%/dd1.8%/dd真空度2×10-4pa2