前言
?　　隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的汽車產(chǎn)量和汽車保有量在不斷增加，燃油供需矛盾以及汽車尾氣帶來的城市環(huán)境污染問題日益突出，因此，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乃至我國都是關系到社會經(jīng)濟，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，因而積極探索和發(fā)展天然氣汽車是解決這些問題的一舉兩得的有力措施。其中，發(fā)展壓縮天然氣汽車技術是最為現(xiàn)實并且可行的。

　　天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)車用燃料，不但價格低廉，運行經(jīng)濟性好，而且發(fā)動機的排放污染小、噪聲低、磨損小、使用壽命長。因此，積極發(fā)展壓縮天然氣汽車的推廣運用能獲得較大的社會經(jīng)濟和環(huán)境效益。

　　壓縮天然氣氣瓶（CNG-1鋼質(zhì)氣瓶、CNG-2鋼質(zhì)內(nèi)膽環(huán)向纏繞氣瓶）的生產(chǎn)目前主要采用兩種生產(chǎn)工藝進行，一種是沖拔成型，另一種是采用無縫鋼管旋壓封口封底成型，無論采用何種方式進行生產(chǎn)，整個生產(chǎn)過程中都應嚴格按照工藝要求進行生產(chǎn)加工，防止和杜絕有缺陷的產(chǎn)品流入市場使用。

　　對于這兩種成型生產(chǎn)方式，本文就其中的無縫鋼管旋壓成型進行說明，旋壓成型主要是對鋼管端部進行加熱，然后熱旋壓加工成型，因而產(chǎn)生的主要問題也在瓶體底部和口部，底部缺陷主要為底部夾雜、壁厚不足、或有微裂紋產(chǎn)生等缺陷，避免此類缺陷的產(chǎn)生主要為生產(chǎn)工藝的成熟，不斷改進封底生產(chǎn)工藝以達到最優(yōu)，對底部缺陷的檢查主要為超聲波測厚儀以及超聲波探傷儀，由先進的檢測手段檢測瓶體底部，防止有缺陷問題的半成品流入下一工序，從源頭上控制產(chǎn)品質(zhì)量，才能保證氣瓶的使用安全?？诓咳毕葜饕獮榱鸭y的產(chǎn)生，同樣與生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性有著重要的聯(lián)系，因此，從生產(chǎn)工藝的改進和優(yōu)化是提高產(chǎn)品使用安全的首要條件。

　　對氣瓶生產(chǎn)中關鍵工序的檢驗也是造就高質(zhì)量產(chǎn)品的重要手段，如瓶體壁厚檢測、超聲波探傷、磁粉探傷、熱處理、水壓試驗、氣密性試驗以及疲勞試驗、爆破試驗等，嚴格做好每一工序的生產(chǎn)和檢驗，由專人進行檢測，同時每一生產(chǎn)過程有工序見證記錄資料，檢驗結果及時打印并出具報告，氣瓶敲打移植號，保證產(chǎn)品的可追溯性，確保產(chǎn)品質(zhì)量始終處于可受控的檢驗狀態(tài)。

　　壓縮天然氣氣瓶作為壓力容器，猶如一個定時炸彈隨時可能引發(fā)，因此，保證對用戶放心的要求，對于產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢驗，我們不容忽視，在生產(chǎn)中保證安全，才能在使用中讓用戶安全。

　　二、壓縮天然氣氣瓶的使用安全

　　 壓縮天然氣氣瓶的使用安全，這里面涉及的安全問題就著實太多了，主要為存儲介質(zhì)、瓶體材料、瓶閥、使用環(huán)境、定期檢驗，人為因素等方面，下面就這些問題逐一進行說明。

　　1、存儲介質(zhì)的安全問題

　　壓縮天然氣氣瓶的主要存儲介質(zhì)為天然氣，天然氣的主要成份為甲烷CH4，無色無臭，常溫常壓下成氣態(tài)，比空氣輕，易燃易爆。沸點為-161.℃（1atm下），其可燃混合氣著火范圍較寬，熱值和自燃溫度較高，在封閉環(huán)境中擴散系統(tǒng)小，因此泄漏的天然氣易形成可燃混合氣，遇明火易爆炸燃燒。

　　未經(jīng)處理的天然氣含少量的SO2、H2S，有臭味和毒性，另外還含有硫、水份，這些硫份和水份會對壓縮天然氣裝置造成腐蝕，引起各種閥門和管路連接處腐蝕并影響密封性，甚至使減壓器功能失效，燃料供給系統(tǒng)布置不合理等問題，最終導致內(nèi)外泄漏，成為不安全的火災或爆炸氣源，所以壓縮天然氣汽車所用的燃料天然氣一定要進行充分的脫硫脫水，保證氣質(zhì)達到要求。[1]

　　目前，大多數(shù)壓縮天然氣氣源中都含有硫化氫等酸性物質(zhì)，特別是四川、重慶等氣源質(zhì)量不佳的地方。硫化氫溶于水后，會造成鋼材的電化學腐蝕，產(chǎn)生氫鼓包現(xiàn)象。即使沒有水分，壓縮天然氣中的硫化氫在高壓力作用下，也會對氣瓶造成腐蝕破壞。在SY 0092-98《汽車用壓縮天然氣加氣站設計規(guī)范》中，對壓縮天然氣的硫化氫、水分等雜質(zhì)含量都有嚴格限定，但如果壓縮天然氣生產(chǎn)工藝中脫硫、脫水裝置失效，或加氣站經(jīng)營者對硫化氫、水分指標把關不嚴，就可能導致壓縮天然氣中硫化氫、水分含量超標。硫含量超標對于汽車用壓縮天然氣鋼瓶、鋼內(nèi)膽車用壓縮天然氣纏繞氣瓶的破壞作用尤為嚴重。[2]

　　國際標準ISO11439：2000《車用天然氣高壓氣瓶》中4.5氣體成分對天然氣的要求有具體規(guī)定，我國標準GB17820-1999《天然氣》對天然氣的使用也有相應要求，因此充裝壓縮天然氣的氣瓶應充裝技術要求達標的天然氣，減少對氣瓶的腐蝕，延長氣瓶使用周期。

　　2、瓶體材料的安全問題

　　 壓縮天然氣氣瓶材料的選擇參照GB18248-2008《氣瓶中無縫鋼管》，氣瓶原材料主要選擇鉻鉬鋼無縫鋼管，采用調(diào)質(zhì)熱處理。壓縮天然氣鋼質(zhì)氣瓶的工作壓力較高，天然氣中又含有一定量的H2S 和水分，因而鋼瓶的氫腐蝕傾向較大。據(jù)有關資料，高強度鋼在高壓下，在干燥的H2S 氣體中有裂紋的擴展傾向。當鋼瓶硬度較高時(HBC 34) 即使氣體中H2S 濃度為0.1 mg/ L ，長時間(1 948 h)可發(fā)生斷裂。大量研究表明，材料屈服強度在900～1 000 MPa 以上，材料對氫腐蝕極為敏感，材料抗H2S 腐蝕能力隨材料強度升高而變壞。如果金屬表面存在缺口引起應力集中，容易誘發(fā)裂紋。鋼的屈服強度越高，其材料斷裂臨界應力強度因子越低，裂紋擴展速率隨鋼的強度增加而迅速增大，同時由于車用瓶存在較頻繁的振動，因而也是加快裂紋擴展的一個原因。另外，氣瓶表面質(zhì)量也值得重視。由于氫對缺口極為敏感，哪怕非常細小的尖銳缺口也會導致應力集中，加速氫腐蝕進程，最終導致氣瓶爆炸。

　　對于鋼質(zhì)氣瓶，要求鋼的純凈度好，韌性高，延伸性能好，鋼的表面質(zhì)量好。如果選用的鋼斷裂韌性很高，臨界裂紋尺寸大于壁厚，使用中，即使發(fā)生裂紋擴展，裂紋穿透壁厚仍達不到臨界裂紋尺寸，只會發(fā)生泄漏而不會發(fā)生因裂紋達到臨界尺寸引起的爆炸，即“只漏不爆”。因此氣瓶制造廠不單對鋼廠提出用于鋼質(zhì)氣瓶的鋼號和相應制造、驗收技術標準要求，而且還應對鋼中有害雜質(zhì)元素(如

　　S、P、O) 含量、鋼的表面質(zhì)量和力學性能指標提出嚴格控制要求。如將硫、磷含量限制在0. 01 %；提高鋼交貨時的δ5 和Akv 指標，將δ5 提高到不小于18 %;要求鋼表面不得有任何氣泡、裂紋、結疤、折疊、分層、夾雜；表面光潔,不得有任何麻點和凹坑，表面不得進行修補； 適當降低含碳量， 如選用30CrMo 等材料，將材料熱處理后的實際最大抗拉強度值控制在不大于880 MPa ,對于經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的材料，屈服應力的最大保證值不得大于最小抗拉強度的85 %，屈服應力實測值和抗拉強度實測值之比不得大于92 %。[3]

　　3、瓶閥的安全問題

　　在車用壓縮天然氣氣瓶的定期檢驗中常常會發(fā)現(xiàn)氣瓶有泄漏現(xiàn)象。檢驗中發(fā)現(xiàn)，有相當一部分氣瓶存在瓶閥結構不夠合理、與瓶身連接處密封不好等現(xiàn)象。這樣的情況在車用壓縮天然氣全復合材料氣瓶中尤為普遍。帶有泄漏問題的車用壓縮天然氣氣瓶一旦進入實際運營中，屬于帶病工作，在一定的條件下必然會發(fā)生爆炸等事故。

　　4、使用環(huán)境的安全問題

　　(1) 化學品侵蝕

　　車用壓縮天然氣氣瓶在實際運行環(huán)境中，可能遭受酸雨等化學物質(zhì)的侵蝕。這些物質(zhì)會與氣瓶表面的材料發(fā)生化學反應，即會對有纏繞層的車用壓縮天然氣氣瓶造成纏繞層纖維的斷裂、溶解、松動或者產(chǎn)生應力腐蝕裂紋等，對于鋼瓶則直接造成壁厚減薄、產(chǎn)生凹坑等后果。

　　(2) 大氣侵蝕

　　車用壓縮天然氣纏繞氣瓶的纖維纏繞層如果長期暴露在陽光及大氣中，其外表面涂層的狀況會變化，可能導致纏繞纖維松動、斷裂，從而降低車用壓縮天然氣氣瓶的強度，影響其安全性能。

　　(3)外力作用

　　車用壓縮天然氣氣瓶在使用、搬運等過程中，由于操作不當或者汽車本身發(fā)生事故等影響，可能造成車用壓縮天然氣氣瓶受到?jīng)_擊、碰撞、磨損、過熱等損傷，導致車用壓縮天然氣鋼瓶表面受損，或造成車用壓縮天然氣纏繞氣瓶表面纖維層松動、斷裂、樹脂破碎等后果，會降低車用壓縮天然氣氣瓶的安全性能。

　　5、定期檢驗的安全問題

　　建立壓縮天然氣氣瓶檢查的完善體系，嚴格執(zhí)行GB19533—2004《汽車用壓縮天然氣鋼瓶定期檢驗與評定》的規(guī)定。鋼瓶的首次檢驗和第二次檢驗為每三年進行一次，第二次檢驗后每兩年進行一次；對出租車用鋼瓶的檢驗每兩年進行一次，第二次檢驗的有效期為一年。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)重新檢測后方可使用。

　　汽車用壓縮天然氣鋼瓶工作壓力為20MPa，一般安裝在出租車的尾部或公交車上，汽車在路上行駛，鋼瓶使用狀況復雜多變，且充裝的壓縮天然氣是有應力傾向的介質(zhì)，使用一定時間后可能會使鋼瓶內(nèi)外表面造成一定的損傷，因此必須對鋼瓶進行定期檢驗，以確保汽車安全運行。