cngv壓縮天然氣汽車

/壓縮天然氣汽車氣瓶的開發(fā)現(xiàn)狀及其安全可靠性作者：凱克咨訊一、概述??隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界的汽車產(chǎn)量和汽車保有量都在不斷增加；目前全世界的汽車產(chǎn)量已超過5000萬輛，汽車保有量已達(dá)7億輛,汽車運(yùn)行消耗石油量占全世界石油產(chǎn)量的一半以上；依據(jù)國外199４年的研究報告及世界上石油的蘊(yùn)藏資源和消耗量的預(yù)測，全世界的石油資源僅能夠供人類使用約50年；即到21世紀(jì)中葉，汽車以石油作燃料的時代將會結(jié)束。?

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國的汽車產(chǎn)量和保有量也在迅速增加；19９5年我國汽車保有量為1100萬輛，１99８年達(dá)到1300萬輛，到2000年我國汽車保有量將達(dá)2000萬輛；屆時我國的石油消耗量的1/4—１／3需國外進(jìn)口;到2０10年,當(dāng)我國的汽車保有量達(dá)到4４00—500０萬輛時，我國的石油資源短缺會更加嚴(yán)重。我國現(xiàn)已探明的石油資源僅能夠開采30年，因此石油資源的短缺會制約我國汽車工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。??可以看出：尋找替代能源，開發(fā)和發(fā)展替代石油的氣體燃料汽車對全世界尤其是對我國都是關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)，尤其是支柱產(chǎn)業(yè)—汽車工業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題.?我國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)劃和累計探明儲量為4７８7億m2，現(xiàn)年開采能力為50億m2，豐富的天然氣資源為研制推廣天然氣汽車提供了極好的前提條件.??汽車保有量增多的另一嚴(yán)重問題是排放帶來的大氣環(huán)境污染。以石油為燃料的汽車排放的污染物達(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θ梭w有麻醉作用,同時與氮氧化物發(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,使生命陷入危險狀態(tài)；同時汽車排出的碳?xì)浠衔?、一氧化碳還危及人類生存的地球上空的臭氧層；燃油汽車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個城市中，中國的北京、蘭州、重慶等都在其中,并且蘭州處污染之冠.其中北京市的汽車排放對大氣污染物ＣＯ、HC、NＯx的分擔(dān)率分別為8０．3％、7９．1％、54。８％，重慶市汽車排放對大氣的污染物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640座大中城市大氣質(zhì)量符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)的不到1％，所以發(fā)展低污染的燃?xì)馄?是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善我國城市大氣質(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Pｂ及鉛化物的微粒污染.

此外,采用天然氣作燃料的汽車，還可以減少發(fā)動機(jī)積碳和磨損,延長發(fā)動機(jī)使用壽命，減少發(fā)動機(jī)的機(jī)油消耗，降低發(fā)動機(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嚤热加推嚫影踩???人類對能源的選擇主要取決于成本、儲量和環(huán)境保護(hù)三個方面；天然氣儲量豐富,燃?xì)馄嚲哂邪踩?、?jīng)濟(jì)、減少污染等一系列優(yōu)點(diǎn)；所以發(fā)展燃?xì)馄囀翘岣呶覈愤\(yùn)輸效率,促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)形成一系列新的產(chǎn)業(yè)的一項綜合工業(yè)；這正是世界各國競相發(fā)展天然氣汽車（NGV)的原因所在。

二、燃?xì)馄嚨膰鴥?nèi)外發(fā)展簡況??目前,世界各國都十分重視壓縮天然氣（ＣＮG）作為汽車新能源的研究、開發(fā)和應(yīng)用。美國UPS(聯(lián)合物資運(yùn)輸服務(wù)公司）于19８7年開始研制ＣNＧ作代用燃料的汽車,初步實(shí)驗結(jié)果表明：天然氣作為汽車燃料是一種燃燒干凈、價格便宜而又使用安全的氣體.同時UPＳ公司認(rèn)為，CＮG用作汽車燃料可產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)效益,目前該公司已改裝CNＧ汽車將近１萬輛。美國現(xiàn)已有5０0多個加氣站，有近500萬輛汽車使用ＣNＧ作燃料，199４年在美國的運(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氣瓶的市場銷售額為：鋼質(zhì)氣瓶為5千萬美元，復(fù)合材料氣瓶為７千萬美元；1９97年復(fù)合材料氣瓶銷售額已上升到2億美元。美國為了鼓勵天然氣汽車的發(fā)展,從１990年開始各州相繼制定了一系列政策法規(guī)，并出臺一些優(yōu)惠政策,促進(jìn)燃?xì)馄嚨陌l(fā)展,目前美國已有加氣站近60０座,正在運(yùn)行的CNＧ汽車超過15萬輛。

為解決城市環(huán)境污染和石油替代能源問題,日本正大力發(fā)展天然氣汽車;從60年代初,日本豐田等公司就開始研究燃?xì)馄嚒?0年代初，其技術(shù)日漸成熟，迄今己生產(chǎn)CＮG和ＬＰG汽車近萬輛.近5年來，以日本燃?xì)鈪f(xié)會為中心全力推進(jìn)天然氣汽車的研究和開發(fā)；１9９2年日本通產(chǎn)省資源能源廳又制定了作為環(huán)境對策的普通天然氣汽車的基礎(chǔ)建設(shè)計劃（生態(tài)站2０00計劃）,計劃到2０00年,建立加氣站２0０0個，普及天然氣汽車2萬輛。

俄羅斯是研究和應(yīng)用天然氣汽車的較早的國家之一,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)的氣瓶開發(fā),都有獨(dú)到之處。基礎(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嚨陌l(fā)展，目前在俄羅斯有8０0多個加氣站,運(yùn)行的燃?xì)馄嚰航?０萬輛?

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年代就開始研究發(fā)展燃?xì)馄?；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;同時有2８0個加氣站，2５萬多輛燃?xì)馄囋谶\(yùn)行。和意大利情況類似即貧油富氣的新西蘭、阿限廷等國的燃?xì)馄嚢l(fā)展也較快,目前新西蘭已建成38０多個加氣站,15萬輛燃?xì)馄囋谶\(yùn)行；阿根廷已建成260個加氣站,１．5萬輛燃?xì)馄囋谶\(yùn)行;加拿大已建成１80個加氣站，3萬多輛燃?xì)馄囋谶\(yùn)行.?

中國同樣是貧油富氣，因此我國政府十分重視燃?xì)馄嚨陌l(fā)展，國家科技部已召開過兩次清潔燃料汽車研討會和展覽會；1999年4月又召開了清潔燃料汽車行動會,會上進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：無論是從改善空氣質(zhì)量的需要，還是從能源的合理利用上，大力推廣燃?xì)馄嚩季哂惺种匾囊饬x。并強(qiáng)調(diào)苔先在占城市汽車保有量約10%，卻占城市汽車總運(yùn)行里程40%一50%的公共汽車和出租汽車行業(yè)，大力推廣燃?xì)馄?以期取得一定的環(huán)保效果。并進(jìn)一步開發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)的燃?xì)馄嚠a(chǎn)品，充實(shí)公交和出租汽車行業(yè)，充分發(fā)揮其環(huán)保效益.目前已確定全國12個燃?xì)馄嚨脑圏c(diǎn)城市,現(xiàn)已有近100個加氣站,6０00多輛燃?xì)馄囋谶\(yùn)行。到2000年,燃?xì)馄嚂虚L足的進(jìn)步和發(fā)展。?

發(fā)展燃?xì)馄嚨闹匾完P(guān)鍵零部件之一是加氣站的高壓氣瓶和燃?xì)馄囉玫膲嚎s天然氣(ＣNG)氣瓶，氣瓶的性能和質(zhì)量高低不僅會影響到燃?xì)馄嚨陌l(fā)展,而且直接影響到燃?xì)馄嚨氖褂冒踩?，必須做到萬無一失。??三、壓縮天然氣汽車（CNGＶ)氣瓶的研究和發(fā)展概況??國外對ＣNGV鋼瓶的研制工作起步較早;無縫鋼質(zhì)氣瓶的生產(chǎn)始于１８97年美國的ＣPI公司;這種元縫鋼質(zhì)氣瓶不僅用于CNG汽車的加氣站和載貨車上,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)格氣瓶多用于流動加氣站上的安裝氣瓶。最近幾年來,對鋼質(zhì)無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、日本、意大利等均有類似的鋼瓶生產(chǎn)公司；這類鋼質(zhì)瓶，當(dāng)其工作壓力為２0ＭPa，水容積為50L時,其瓶子的重量為58—62ｋg.鋼質(zhì)氣瓶具有價格便宜、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.這類氣瓶綜合了復(fù)合材料的高比強(qiáng)度、可設(shè)計性以及內(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,這也使得對復(fù)合材料CＮG氣瓶的研制開發(fā)成為國內(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氣瓶在汽車運(yùn)行節(jié)能上更具有優(yōu)勢；同時復(fù)合材料在受到撞擊或高速沖擊發(fā)生破壞時，不會產(chǎn)生具有危險性的碎片，從而降低或避免了對人員和車輛的損害.近年來,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氣瓶在國內(nèi)外倍受青睞,尤其在轎車和輕型車上的應(yīng)用極具競爭力。

?在復(fù)合材料ＣＮG氣瓶的研制和開發(fā)方面，美國的ＳＣI公司、I*incoln公司和HｙdrosＰin公司走在世界的前列,他們已開發(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；在這類氣瓶上Linclon公司采用了名為ＴUFFＳHＥLL系統(tǒng)的專利技術(shù)，這一系統(tǒng)能吸收氣瓶拱部（或稱弧形肩部位)的震動與沖擊，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。但是由于性能和價格等方面的原因,國外金屬內(nèi)襯復(fù)合材料CNGＶ氣瓶的生產(chǎn)和銷售量遠(yuǎn)大于全塑復(fù)合材料CNGV氣汽。

?中國汽車工業(yè)總公司重慶汽車研究所對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)用價值的成果。同時對鋼質(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,對氣瓶設(shè)計、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行了有限元分析;對氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,對氣瓶的制造工藝進(jìn)行了全面分析，提出了優(yōu)化制造工藝；對鋼內(nèi)襯和復(fù)合材料層在疲勞試驗中的模量匹配問題進(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。

?國家建材局北京玻璃鋼研究設(shè)計院曾開展了無焊縫鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料ＣNG氣瓶的研制工作。對鋁合金內(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工作,取得了初步的進(jìn)展,并獲得了勞動部職業(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、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,張力纏繞工藝及其與內(nèi)襯的變形匹配等。??西安向陽氣瓶公司正在從事全塑復(fù)合材料CNG氣瓶的研制與開發(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)；對全塑復(fù)合材料氣瓶的研制中的下列問題尚需進(jìn)一步探討.首先是金屬瓶口的材料和設(shè)計形狀，;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)襯要求所選用的樹脂體系只能是中、低溫固化體系,而這類樹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。雖然上述問題已由美國Lincolｎ公司解決，但這類氣瓶價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)合材料氣瓶相比無論從成型工藝還是從價格上部具有非常明顯的優(yōu)勢。結(jié)合我國現(xiàn)有技術(shù)水平，研制、開發(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)的一個技術(shù)路線，也是中汽總公司重慶汽車研究所有關(guān)技術(shù)人員致力于開發(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)范一個產(chǎn)品的性能、檢測、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)是美國國家標(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是美國運(yùn)輸部、國家高速公路運(yùn)輸管理局制定的法規(guī)（DOＴNHTＳA）,這一法規(guī)與NGV2基本一致，但檢驗項次遠(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)會于1998年公布的“汽車用壓縮天然氣容器公告(JGA）"是一個關(guān)于汽車用壓縮天然氣容器設(shè)計、制造檢驗、認(rèn)證和使用的十分全面而詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。

?IＳO/DIS11439國際標(biāo)準(zhǔn)“儲存汽車天然氣燃料的高壓氣瓶”于１９９7年6月通過并向世界公布，該標(biāo)準(zhǔn)是國際天然氣汽車協(xié)會在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)起草委員會已經(jīng)協(xié)調(diào)了各標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，尤其是試驗方法和材料要求，以便各標(biāo)準(zhǔn)之間的要求和檢驗結(jié)果能夠相互通用。??韓國所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與NGV2一致。此外，俄羅斯、德國（DＩN５71304）、新西蘭(NIS５45４—1989)也制定了汽車用壓縮天然氣儲藏容器的標(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、批量生產(chǎn)試驗、產(chǎn)品設(shè)計認(rèn)證試驗是保證氣瓶安全使用的必要的條件。??五、對CNGＶ氣瓶的主要性能要求

5．1CNGV氣瓶的設(shè)計要求（略)

5。2氣瓶的開口(略）

５．3對氣瓶材料的要求(略)?５．4ＣＮGＶ氣瓶的種類、工藝和比較（略）

５．5CNＧV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、試驗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2０年；CNGV氣瓶的工作壓力:作為車用氣瓶為20MPa,站用瓶為２5MPa。設(shè)計安全系數(shù)為2。25—3．0。其設(shè)計的使用溫度為１5℃.由于環(huán)境溫度的變化，當(dāng)溫度升高時,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。汽車運(yùn)行時的外部環(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，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℃。美國消防協(xié)會規(guī)定,在站用瓶的儲氣條件下，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)致儲氣瓶腐蝕。Ｏ!的最大含量為0．5%(體積分?jǐn)?shù));ＣO2的增高會降低CＮＧ的發(fā)熱值。同時當(dāng)有水分存在時,還會使鋼瓶產(chǎn)生腐蝕。

?硫化氫溶解于水中形成酸溶液,對金屬發(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,美國腐蝕工程師協(xié)會規(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,我國則規(guī)定H２Ｓ含量小于20pPm，或≤２0ｍg/cm3（20℃,101．3kPa狀態(tài)下），而美國消防協(xié)會則規(guī)定在儲氣瓶內(nèi)條件下,H２S和可溶性硫化物的分壓≤0.0０0３5MPａ。?

作為燃?xì)馄囉玫膲嚎s天然氣的氣質(zhì)對可凝結(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１次，如果氣瓶被重新安裝，且處在腐蝕環(huán)境,或被火燒過，則氣瓶必須經(jīng)重新檢測后才可使用。??５．6ＣNGV氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證試驗??CNGＶ氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證試驗用于證明氣瓶的設(shè)計在其使用壽命范圍內(nèi)是否是安全的。對于每個新設(shè)計的氣瓶要求進(jìn)行內(nèi)容廣泛的試驗過程和試驗項目;但是為了修正已有的氣瓶設(shè)計,則可采用簡化的試驗運(yùn)行.資質(zhì)認(rèn)證試驗的具體試驗項目如下:?

１)水爆試驗：該項試驗主要用于驗證各類容器的設(shè)計是否基本正確，對于鋼質(zhì)氣瓶，試驗其安全系數(shù)的大小是否與設(shè)計的一致；對于纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的各類氣瓶,還將驗證其增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)力比。

?2）室溫循環(huán)試驗：該項試驗主要用于證實(shí)CＮGＶ容器或內(nèi)襯滿足其使用壽命要求而不發(fā)生泄漏，同時也為了證實(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：該項試驗主要用于檢驗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,其它液體也會侵蝕增強(qiáng)纖維和樹脂基體；壓力循環(huán)將會促進(jìn)基體樹脂的裂紋張開: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，以檢驗在流體中暴露之前氣瓶保護(hù)涂層的耐久性。??４)火燒試驗：該項試驗主要用于證實(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,燃料容器內(nèi)的氣體會泄放；壓力釋放裝置在壓力、溫度或壓力與溫度的綜合作用下會發(fā)生作用，也就是說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：這一試驗主要用于模擬刀割、刨削等使用中可能出現(xiàn)的損傷或缺陷，證明容器不會因存在適當(dāng)?shù)膿p傷而發(fā)生泄漏或破裂。?

6)墜落試驗：墜落試驗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.并通過試驗證實(shí):這些損傷和缺陷，在容器的使用壽命中不會發(fā)生泄漏和破裂。墜落時容器可呈水平、垂直和45°方向落下。

7）穿透試驗:正如眾所周知的槍擊試驗?zāi)菢?，本試驗在于證實(shí)，即使一個高能的沖擊物使氣瓶簡體復(fù)合材料增強(qiáng)體穿透，燃料容器也不會發(fā)生碎狀破裂.

?8)滲透試驗:本試驗主要用于檢驗以非金屬內(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:本試驗主要用于證實(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，不會引起氣瓶的損傷。?

10)加速應(yīng)力破裂試驗：本試驗主要用于證實(shí)氣瓶的增強(qiáng)纖維和樹脂體系可以持續(xù)暴露在高溫高壓下而無衰變.

?11)關(guān)于斷裂性能的要求，及非破壞檢驗方法進(jìn)行確定缺陷大小的有關(guān)試驗：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（criticａlflawｓizes）。

?Lｉnｃoln公司的經(jīng)驗表明:完成上述設(shè)計認(rèn)證試驗和產(chǎn)品實(shí)物檢驗，有650多個氣瓶承受上述各種檢驗;可見完成一個新的ＣNGV燃料容器的設(shè)計認(rèn)證的復(fù)雜、嚴(yán)肅與認(rèn)真。并以此來確保燃料容器在ＣNGV上使用的安全性.

５．７全塑復(fù)臺材料容器的性能試驗結(jié)果(略)?

5.8CＮGV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10萬只;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5萬只，其中Ｌincoln公司的復(fù)合材料氣瓶用量超過１。３萬只，用戶超過１50個，目前已經(jīng)得到15個國家完全認(rèn)證或有條件認(rèn)證和許可，這些國家包括加拿大、埃及、德國、日本、韓國、馬來西亞、墨西哥、荷蘭、比利時、新西蘭、南非、瑞典、英國和美國。

Ｌinc０1n公司的全塑復(fù)合材料氣瓶主要有兩個方面的應(yīng)用；首先是應(yīng)用于各類雙燃料汽車,其次是應(yīng)用于中學(xué)生公共汽車、運(yùn)輸客車、機(jī)場和市區(qū)的交通車。在美國已有1/４—1/２的公共汽車用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。這類氣瓶也應(yīng)用于輕型貨車和中型運(yùn)輸車。

?采用Ｌｉnc01ｎ公司的復(fù)合材料容器的制造廠包括:NeＷFlyer，Metｒｏtｒanｓ,Eiｄｏfado，ＮortｈｒopGrｕm—ｍaｎ，Champion和NoricanＴransit。在這些公共汽車上氣瓶的安裝方式包括車頂和車底安裝的兩種形式。

?應(yīng)用復(fù)合材料氣瓶時，正確的安裝方法非常重要，否則可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的事故。例如:如果安裝方法不當(dāng)，不僅會導(dǎo)致容器與載貨車分離,也可能使天然氣釋放到封閉區(qū)內(nèi)，同時也會由于汽車上其它構(gòu)件的干擾而在沖撞時發(fā)生不必要的危險。

正確的安裝不僅是采用的方法正確，而且正確設(shè)計氣瓶的安裝支架和準(zhǔn)確計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CGAB14９．4在載貨車和公共汽車上進(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)盡可能安裝在汽車上相對安全的區(qū)域，如公共汽車頂部，汽車的本體上；也可安放在公共汽車或汽車的下層或底部;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、汽車發(fā)生撞擊時和道路砂石沖擊所產(chǎn)生的危害最小的地方.顯然公共汽車頂部較為合理.安裝在汽車底部時,道路碎石和泥沙等危害較大，就應(yīng)采用屏蔽設(shè)計。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)過廣泛的設(shè)計和資質(zhì)認(rèn)證試驗；現(xiàn)場的使用試驗結(jié)果也已證實(shí)；這種容器設(shè)計可以在汽車運(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，其重量輕和價格之間是相匹配的;目前，這類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)市場正在迅速增加，特別是在各類公共汽車上的應(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，同時這種高壓容器安放在運(yùn)動車輛(多為城市中的公共汽車、乘用車)上,因此對氣瓶的可靠性提出了更高的要求,或者說在氣瓶服役期限內(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;常見的為：??間斷漏氣（ｉnteｒmittentleak）—－與氣瓶反復(fù)充、放氣相關(guān)的壓力循環(huán)使疲勞裂紋長大通過氣瓶側(cè)壁。只有當(dāng)氣瓶充到最大壓力時，裂紋受張力張開，裂紋才發(fā)生漏氣。由于疲勞裂紋長大通過鋼質(zhì)氣瓶所產(chǎn)生的漏氣就是例子。

連續(xù)漏氣（ｃonｔinuousleEｔk)—-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)透入臺量的大小，在一個封閉區(qū)域內(nèi)的天然氣氣量的積聚就會比較明顯。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失效模式的例子。?

斷裂開口(ｆracture）—比連續(xù)泄漏縫隙張開口的裂口更大,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大的疲勞裂紋穿透側(cè)壁長大就是例子.??破裂開口(rｕptｕｒe)—-失效的氣瓶仍是一個整體,但是由于高速逸出的氣體推動外部粒子會使氣瓶等構(gòu)件出現(xiàn)物理損傷,當(dāng)粒子碎片撞擊到外部金屬零件上可能會引起著火。1９94年一輛通用汽車公司載貨車土氣瓶失效就是環(huán)境誘發(fā)開裂的例子。?

碎片狀破裂（fraｇｍｅnｔationrupture）-—?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。此時氣瓶內(nèi)的壓力處于最大值；自19７6年以來，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,其鋼瓶在國外的失效幾率已大大地下降,但在國內(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)較國外為高。近年來，國內(nèi)對氣瓶性能、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)量提高到一個新的水平,鋼瓶的可靠性已經(jīng)大大提高,基本滿足了使用要求。?

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，以及目測檢驗而改進(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。??上述問題通過氣瓶生產(chǎn)廠的嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，對每個生產(chǎn)的氣瓶都進(jìn)行硬度、超聲和水壓試驗,并在使用的每個氣瓶上配裝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，加之氣瓶過壓而導(dǎo)致氣瓶碎片狀破裂。外逸的天然氣并不會著火,但破碎片之間的沖擊，可能會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。不正確的安裝會產(chǎn)生玻纖層的機(jī)械誘發(fā)損傷，環(huán)境因素會引起應(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,也可能會導(dǎo)致氣瓶充壓時發(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，正確地制定和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理和工藝過程以及質(zhì)量認(rèn)證試驗，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

所有各類氣瓶的設(shè)計，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)計可能會表現(xiàn)出更為優(yōu)良的性能.總結(jié)了各種ＮGＶ使用條件下，各類氣瓶可能出現(xiàn)的相對危險和失效模式,其相對危險性的評價是基于失效歷史，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)象和問題等方面所作出的。例如：“中等”危險是指金屬氣瓶和金屬內(nèi)襯在制造中沒有正確進(jìn)行非破壞檢驗而在使用中要承受疲勞應(yīng)力、發(fā)生開裂，這種情況:對于類型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）；而對于類型3的全纏繞設(shè)計的氣瓶，內(nèi)襯的開裂將可能發(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;類型4的塑料內(nèi)襯氣瓶只可能出現(xiàn)疲勞開裂，因為這一設(shè)計對塑料內(nèi)襯的疲勞開裂有阻礙作用,因此這只是一種“低的危險"類型.

?相對危險的信息指出了各種普通氣瓶的固有的強(qiáng)度和不足,沒有一種氣瓶是元危險的。對于相對危險較高的氣瓶,例如：在類型4的氣瓶設(shè)計中在氣瓶的肩部采用了吸能材料,這種特殊設(shè)計可以降低搬運(yùn)和載貨車撞擊時的沖擊部位的設(shè)計危險因子.此外，載貨車的OEM可以找出某些危險區(qū)域，通過工程設(shè)計使氣瓶承受沖擊的危險減至最小(例如：通過利用載貨車車架和遮敝系統(tǒng)等)。??關(guān)于相對危險的這些數(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,除了考慮價格