摘要：發(fā)展天然氣汽車符合國家節(jié)能與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略的要求，車用天然氣纏繞氣瓶是天然氣汽車的重要專用裝置。做好車用天然氣纏繞氣瓶的安全性分析，消除其安全隱患可為減少或杜絕車用氣瓶發(fā)生重、特大安全事故提供保障。根據(jù)《車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，介紹了鋼瓶的材料、設(shè)計(jì)、制造、力學(xué)性能試驗(yàn)和各種檢測方法等，對車用天然氣纏繞氣瓶在設(shè)計(jì)、制造和使用中容易發(fā)生的安全隱患及原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：CNG汽車；纏繞氣瓶；安全；分析

??? 車用壓縮天然氣鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶(以下簡稱纏繞氣瓶，即CNG-2型瓶)是一種經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保型機(jī)動(dòng)車用燃?xì)鈨?chǔ)存設(shè)備。隨著國際油價(jià)的不斷變化、機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急劇增加、人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，作為清潔能源的天然氣在城市公交、汽車運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。

??? 纏繞氣瓶主要由兩部分組成：鋼質(zhì)內(nèi)膽和纖維纏繞層。目前國內(nèi)多數(shù)廠家采用的設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是參照ISO11439—2000《天然氣汽車車載高壓氣瓶》國際標(biāo)準(zhǔn)制訂、經(jīng)全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)審查備案的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。纏繞氣瓶的安全性與該兩部分質(zhì)量的好壞和相互關(guān)聯(lián)度密切相關(guān)。為此，探討了影響纏繞氣瓶安全性的因素和解決纏繞氣瓶安全性所采取的主要措施。

??? 影響纏繞氣瓶安全性的因素主要有3個(gè)方面：纏繞氣瓶所用材料、制造技術(shù)和安全泄放裝置。

1.1.1 內(nèi)膽材料

??? 纏繞氣瓶內(nèi)膽材料選用鋼材，所充裝的介質(zhì)為天然氣。盡管天然氣在充裝前經(jīng)過脫硫、脫水、脫輕油處理，其硫化氫含量較低(不高于20mg/m³)，但當(dāng)鋼瓶中殘存有水時(shí)，水中溶入大量的硫化氫，會(huì)對鋼材產(chǎn)生腐蝕作用(在溫度低于250℃，干燥的硫化氫不對鋼材起腐蝕作用)。硫化氫遇水產(chǎn)生電離，生成的氫向鋼中擴(kuò)散，在局部區(qū)域聚積達(dá)到極限濃度時(shí)導(dǎo)致鋼的脆性破壞。

??? 金屬中殘留的氫或氫與金屬生成氫化物所造成的金屬脆化現(xiàn)象，稱為氫脆。氫脆的斷裂性質(zhì)為脆性斷裂。關(guān)于氫脆的機(jī)理，通常認(rèn)為是容器內(nèi)部存在初始缺陷或由于化學(xué)反應(yīng)生成了缺口^[1]，滑移時(shí)，由于晶界和夾雜物的存在，在缺口的前沿塑變區(qū)內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生一些細(xì)微的裂紋或空穴。對于纏繞氣瓶而言，隨著內(nèi)膽材料強(qiáng)度的增加，產(chǎn)生脆性的可能性加大^[2]。

??? 影響氫脆產(chǎn)生的主要因素：

??? 1) 材料因素：氫脆易發(fā)生在高強(qiáng)度材料中，鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越高，氫脆敏感性越大。鋼的氫脆還與化學(xué)成分和組織密切相關(guān)，未回火的馬氏體組織最易產(chǎn)生氫脆，鋼中的夾雜物，尤其是硫化物極易誘發(fā)氫脆。

??? 2) 應(yīng)力因素：拉應(yīng)力引起氫脆。

??? 3) 環(huán)境因素：鋼中氫含量在0.45mg/m³以上時(shí)，隨著氫含量增加，鋼的脆性增大，而斷裂應(yīng)力、斷面收縮率和延伸率降低。

1.1.2 纏繞層材料

??? 纏繞層材料由纖維和樹脂兩部分組成。用于纏繞氣瓶的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)性纖維材料有玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維。所用樹脂則分為熱固性和熱塑性樹脂。

??? 由于纏繞氣瓶循環(huán)地充、放天然氣，因此要求纏繞層在持續(xù)載荷和循環(huán)加載下應(yīng)有高可靠性，其材料的好壞、纖維與樹脂體系的有機(jī)匹配都直接影響著纏繞氣瓶的質(zhì)量。

??? 在IS011439—2000國際標(biāo)準(zhǔn)中，對纏繞氣瓶內(nèi)膽用鋼坯或無縫鋼管制作未作明確要求，而我國多數(shù)企業(yè)采用鋼管旋制。采用此方法，在制造纏繞氣瓶時(shí)，主要在以下幾方面易產(chǎn)生缺陷：

??? 1) 鋼管旋壓成型工序，在瓶底、瓶肩內(nèi)表面易產(chǎn)生皺折、裂紋，造成應(yīng)力集中。

??? 2) 內(nèi)膽熱處理工序，其力學(xué)性能均勻性、一致性不易得到保證。

??? 3) 纏繞、固化工序，易出現(xiàn)固化不徹底、纏繞層黏合不好的現(xiàn)象。

??? 纏繞氣瓶安全泄放裝置的選取，應(yīng)能滿足纏繞氣瓶在各種復(fù)雜工況下的安全泄放要求。

2.1.1 內(nèi)膽材料

根據(jù)以上分析，內(nèi)膽材料宜選用符合GB 18248《氣瓶用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的30CrMo氣瓶用無縫鋼管，并控制其硫、磷含量。鉻鉬鋼具有優(yōu)良的綜合性能，經(jīng)過熱處理后，在較高的強(qiáng)度水平上仍能保持良好的塑性和足夠的韌性；同時(shí)，對內(nèi)膽材料化學(xué)成分也作了嚴(yán)格的規(guī)定(見表1)。經(jīng)熱處理后，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于保證值，且不高于880MPa；屈強(qiáng)比不大于0.85；斷后伸長率不小于14%；3個(gè)試樣沖擊功平均值不低于30J。