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壓縮天然氣氣瓶安全檢驗(yàn)探討

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-09-18  作者:喻維民  瀏覽次數(shù):1999
    天然氣汽車在我國(guó)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段,目前省內(nèi)在建和已建成加氣站已近百座,改裝的壓縮天然氣汽車有2萬余輛。成都、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、瀘州等省內(nèi)大中城市的公交車、出租車已大量使用壓縮天然氣作為燃料。隨著壓縮天然氣汽車大量推廣應(yīng)用,其運(yùn)行安全性的重要性也口漸突出。作為壓縮天然氣汽車安全性的重要環(huán)節(jié),壓縮天然氣氣瓶安全性從來就是社會(huì)和專業(yè)界關(guān)注的首要問題。作為保證壓縮天然氣氣瓶安全使用的措施之一,四川省勞動(dòng)廳、四川省天然氣汽車工作協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室頒發(fā)了川勞鍋[1999]10號(hào)文《四川省壓縮天然氣氣瓶安全監(jiān)督管理辦法(暫行》的通知。文件中規(guī)定壓縮天然氣氣瓶的檢驗(yàn)周期為二年,非金屬材料及特種材料的氣瓶的檢驗(yàn)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(目前復(fù)合材料氣瓶尚無相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)),壓縮天然氣鋼瓶的定期檢驗(yàn)與評(píng)定在無國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況下,暫參照《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》、GBl3004《鋼制無縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》、GBl7258《汽車用壓縮天然氣鋼瓶》等國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。
  用勞鍋[1999]10號(hào)文對(duì)保證壓縮天然氣汽車產(chǎn)業(yè)在省內(nèi)健康有序發(fā)展是非常重要的。壓縮天然氣氣瓶的使用是有特殊性的。首先,作為車載氣瓶目前大量是安裝在公交車、出租車、客運(yùn)車上的,也就是說充裝高達(dá)20MPa、可燃可爆炸天然氣的壓縮天然氣氣瓶工作時(shí)是非常"貼近"人的。八十年代省內(nèi)開展此項(xiàng)技術(shù)時(shí),初期的工作方針是先貨車后客車,先郊縣后城市,這就是一種基于安全、防范事故影響的考慮。但現(xiàn)在壓縮天然氣汽車發(fā)展的形勢(shì)與十年前有很大不同,目前各地改裝的壓縮天然汽車均是以公交車、出租車、客運(yùn)車為主,因此,車載壓縮天然氣氣瓶處于一種與人相近的移動(dòng)工作狀態(tài),而且多是在城區(qū)內(nèi)人口、建筑稠密的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。在加氣站建設(shè)中,在站區(qū)平面布置設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)站內(nèi)貯氣裝置與站外建、構(gòu)筑物等有防火間距的要求,防火間距就是一種安全措施。對(duì)車載壓縮天然氣氣瓶而言(雖然貯氣量較少)顯然工作時(shí)就少了一種安全手段。因此,車載壓縮天然氣氣瓶應(yīng)有比一般高壓氣瓶更嚴(yán)格的安全使用措施。另外,壓縮天然氣氣瓶的工作條件比一般高壓氣瓶更嚴(yán)峻,大多數(shù)氣源的天然氣含有硫化氫等酸性物質(zhì),雖然在加氣站設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)壓縮天然氣中的硫化氫、水份等雜質(zhì)的含量作了嚴(yán)格的限定,在壓縮天然氣生產(chǎn)工藝中也采取了深度脫水、脫硫化氫等措施,但如有一些加氣站由于對(duì)壓縮天然氣中的硫化氫、水份含量監(jiān)控不力,脫水、脫硫化氫裝置失效等原因,就可能造成生產(chǎn)出的壓縮天然氣硫化氫、水份含量超過標(biāo)準(zhǔn)。另外,有的加氣站在建設(shè)時(shí)進(jìn)氣氣源不含(未檢測(cè)出)硫化氫或硫化氫含量在標(biāo)準(zhǔn)限定值以下,這些站便未設(shè)脫硫化氫裝置。后來由于進(jìn)氣氣源發(fā)生變化等原因,天然氣中硫化氫含量已超過標(biāo)準(zhǔn),但未及時(shí)采取脫除硫化氫的措施,也造成生產(chǎn)出的壓縮天然氣硫化氫含量超過標(biāo)準(zhǔn)。隨著壓縮天然氣汽車產(chǎn)業(yè)化的擴(kuò)大,壓縮天然氣汽車增多,加氣站網(wǎng)點(diǎn)形成,很多壓縮天然氣汽車不固定在一個(gè)加氣站加氣,含有超標(biāo)硫化氫的壓縮天然氣便可能在相當(dāng)數(shù)量的車載壓縮天然氣氣瓶中"傳播",使其受到"感染"。
  鋼材在硫化氫、水系統(tǒng)環(huán)境中受到的應(yīng)力腐蝕所造成的破壞后果是嚴(yán)重的。對(duì)這種以前通俗稱為"氫脆"破壞的機(jī)理研究表明,硫化氫與水形成電解化學(xué)反應(yīng)會(huì)造成鋼材的電化學(xué)腐蝕,且由于硫離子的存在,反應(yīng)中陰極析出的氫原子難以形成氫分子逸出,而是在鋼材內(nèi)部的缺陷、有夾雜物處聚集;產(chǎn)生高壓,造成鋼材氫鼓包。另外,鋼材在酸性天然氣環(huán)境中,在高應(yīng)力作用下所發(fā)生的硫化物腐蝕破壞,往往是帶有突發(fā)性的,對(duì)壓縮天然氣氣瓶而言,其后果當(dāng)然極有可能是災(zāi)難性的。
  綜上所述,對(duì)壓縮天然氣氣瓶的檢驗(yàn)理應(yīng)更嚴(yán),檢驗(yàn)周期也應(yīng)更短。
  按GBl3004《鋼制無縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》中規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目有:1.外觀檢查;2.音響檢查;3.內(nèi)部檢查;4.重量與容積測(cè)定;5.水壓試驗(yàn);6.氣密性試驗(yàn);7.瓶口螺紋、瓶閥、鋼印等檢查。按要求,這些檢驗(yàn)應(yīng)在符合GBl2135《氣瓶定期檢驗(yàn)站技術(shù)條件》,并按四川省勞動(dòng)廳《關(guān)于氣瓶定期檢驗(yàn)站資格認(rèn)可工作的補(bǔ)充意見》經(jīng)資格認(rèn)可審查,取得檢驗(yàn)許可證的單位進(jìn)行。從事氣瓶檢驗(yàn)的工作人員應(yīng)通過資格鑒定考核,并取得檢驗(yàn)氣瓶的資格證書。對(duì)于車載壓縮天然氣氣瓶,要作以上檢驗(yàn)需從車上拆下,送至氣瓶定期檢驗(yàn)站,檢驗(yàn)后將合格氣瓶運(yùn)回再重新安裝在汽車上(對(duì)無備用氣瓶而言),工作量較大。要縮短檢驗(yàn)周期,對(duì)安全固然有利,對(duì)車主卻增添了困難。
  解決以上矛盾的途徑之一就是研究一種既易操作又有效的檢驗(yàn)方法,作為在壓縮天然氣氣瓶檢驗(yàn)周期內(nèi)的一種補(bǔ)允、預(yù)檢手段。比如,可用此法在每半年內(nèi)對(duì)壓縮天然氣氣瓶作一次檢測(cè),而檢測(cè)時(shí)不用拆卸車載壓縮天然氣氣瓶,檢測(cè)后對(duì)有安全疑問的氣瓶才拆下,按GBl3004再作進(jìn)一步檢驗(yàn)評(píng)定。
  這種針對(duì)車載壓縮天然氣氣瓶的檢驗(yàn)方法叮以從超聲檢測(cè)、紅外熱成象檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)這三種無損檢測(cè)方法來考慮。
  超聲檢測(cè)是一種比較成熟的無損檢測(cè)技術(shù),已廣泛應(yīng)用于材料、容器、管道等檢測(cè)上,目前已制定有JB4730《壓力容器無損檢測(cè)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但是,由于按GBl3004鋼制無縫氣瓶最終應(yīng)由水壓試驗(yàn)保證安全質(zhì)量,因此,目前國(guó)內(nèi)尚未制定相應(yīng)的氣瓶超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上近年來國(guó)內(nèi)外已在開展氣瓶超聲檢測(cè)的研究試驗(yàn)工作,有的國(guó)家對(duì)充裝某些介質(zhì)的高壓無縫氣瓶的超聲檢測(cè)已列入相應(yīng)的規(guī)范中。對(duì)于成排緊靠安裝的車載壓縮天然氣氣瓶來說,由于:超聲波探頭移動(dòng)、掃描范圍受到限制有困難外,單只安裝的壓縮天然氣氣瓶用超聲檢測(cè)作為一種初檢方法是值得研究考慮的。
  由于檢測(cè)時(shí)與被檢件無接觸,而且可以遠(yuǎn)距離、大面積快速掃描,紅外熱成象無損檢測(cè)技術(shù)研究也得到重視。其原理為當(dāng)被檢件溫度場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),由于被槍什內(nèi)部缺陷處導(dǎo)熱系數(shù)的差異造成表面溫度分布不同,這樣從被槍件紅外熱象圖上可以將缺陷檢出。由于在充裝壓縮天然氣時(shí),氣體受到壓縮溫度會(huì)升高,所以,一般在加氣過程中氣瓶瓶壁溫升可達(dá)數(shù)十度,對(duì)于采用紅外熱成象檢測(cè)技術(shù)是有利的,可以省去外加熱源。省內(nèi)曾有人在加氣站嘗試作過車載壓縮天然氣氣瓶的紅外熱象圖。不過,在近期內(nèi)要開發(fā)出實(shí)用的紅外熱成象檢測(cè)方法是有困難的,從試驗(yàn)方法、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、操作人員的考核、評(píng)定規(guī)程、專用的紅外探測(cè)、圖象數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的研制都有大量工作需要作。
  對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究試驗(yàn)丁作國(guó)內(nèi)已開展了二十余年,現(xiàn)已實(shí)用化。其機(jī)理為,當(dāng)材料變形斷裂,或材料內(nèi)部的缺陷在應(yīng)力作用下擴(kuò)展變化破列時(shí),將以聲波的形式釋放能量,將材料發(fā)出的聲波事件、事什率、聲波能量、聲波波形、振幅等參數(shù)檢測(cè)出,便可對(duì)材料缺陷情況作出評(píng)定。將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)用于壓力容器、氣瓶檢測(cè)已作過許多基礎(chǔ)研究工作,現(xiàn)已制定有JB/TQ753《在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法》,QJ/629《鈦合金氣瓶聲發(fā)射檢測(cè)方法》,GJB2044《鈦合金壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)方法》。對(duì)多層包扎壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)用于非金屬材料、復(fù)合材料上,如對(duì)碳釬維復(fù)合材料的斷裂破壞聲發(fā)射特性都在作研究試驗(yàn)。復(fù)合材料損飾缺陷的聲發(fā)射較復(fù)雜,總的來說對(duì)共損傷缺陷的聲發(fā)射特性識(shí)別仍在努力中。
  現(xiàn)在開發(fā)對(duì)壓縮天然氣氣瓶的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)址有可能的,也址有實(shí)用意義的。首先國(guó)內(nèi)已有一定基礎(chǔ),聲發(fā)射檢測(cè)儀器已成熟,尤其是全數(shù)字聲發(fā)射計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn),提供了對(duì)聲發(fā)射特性的多方面研究手段。由于聲發(fā)射檢測(cè)的特點(diǎn),可以直接在車載氣瓶上安放聲發(fā)射傳感器,采用區(qū)域定位等方法對(duì)整只氣瓶進(jìn)行探測(cè),對(duì)氣瓶?jī)?nèi)部缺陷情況及位置進(jìn)行識(shí)別判斷。最后,最重要的一點(diǎn)是,如前所述,所研究的對(duì)壓縮大然氣氣瓶的聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用目的只是在氣瓶檢驗(yàn)周期內(nèi)的一種預(yù)檢手段,現(xiàn)在并不用它來代替GBl3004的槍驗(yàn)方法,比代替水壓試驗(yàn)。因而能夠被有關(guān)技術(shù)管理方面接受。
  目前要開展壓縮火然氣氣瓶的聲發(fā)射檢測(cè)研究,大致應(yīng)作以下幾方面工作:1、針對(duì)國(guó)內(nèi)壓縮火然氣氣瓶所采用的材料作聲發(fā)射物性研究,如對(duì)30CrMo鋼瓶、增強(qiáng)環(huán)氧玻釬塑料復(fù)合材料氣瓶在工作壓力范圍內(nèi)的聲發(fā)射特性做試驗(yàn)研究,從對(duì)無缺陷、有缺陷(實(shí)際缺陷、人工缺陷)氣瓶的聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究中,積累大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖譜。2、在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上制定壓縮天然氣氣瓶聲發(fā)射檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),劉檢測(cè)試驗(yàn)方法、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等作出規(guī)定。3、制定對(duì)從事壓縮天然氣氣瓶聲發(fā)射檢驗(yàn)人員的考核評(píng)定辦法及定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
 
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