公交车用LNG 焊接绝热气瓶检验探讨

杨宁祥　黄谦虎　高立柱

摘要：随着LNG公交车的广泛应用，LNG焊接绝热气瓶数量逐年增加。TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》的颁布实施，规定了车用LNG焊接绝热气瓶的型式试验、制造监检、安装监检和定期检验的要求，将有效提升车用LNG焊接绝热气瓶的安全性。

关键词：公交车 液化天然气 焊接绝热气瓶 检验

Discussion on Inspection of Welded Liquefied Natural Gas Insulated Gas Cylinders Used on Buses

Yang Ningxiang， Huang Qianhu，Gao Lizhu

（Zhuhai Branch，Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research）

Abstract： With the wide application of LNG bus， the number of LNG welded insulated cylinders increases year by year. The promulgation and implementation of the TSG 23—2021 "technical specification for gas cylinder safety"  stipulates the requirements for type test， manufacture supervision inspection， installation supervision inspection and periodic inspection of vehicle-mounted LNG welded insulated gas cylinders， the safety of vehicle-carried LNG welded insulated gas cylinders will be effectively improved.

Key words： buses， liquefied natural gas， welded insulated cylinders， inspection

1 引言

汽油汽车、油电混合动力汽车、液化天然气（LNG）汽车、电动汽车作为现代社会使用的4种主要车型，在汽车市场竞争激烈。随着燃油成本的不断提升，以及环保要求的逐渐严格，在公共运输领域，汽油汽车行业受到较大冲击，LNG汽车和电动汽车成为了公共运输汽车的发展方向。相比燃油汽车，LNG汽车具有燃料价格低廉、续航里程长、清洁环保等优点，相比电动汽车，LNG汽车又具有加气时间短、加气站成熟等特点，使LNG汽车受到交通运输业的广泛关注及政府的普遍青睐。近年来，各级政府相继出台了许多LNG汽车的优惠政策，极大地促进了LNG汽车行业的发展。目前，LNG在交通运输业的使用主要集中在城市公交车、长途客车等领域。用于盛装LNG的低温绝热气瓶是LNG汽车的关键部件，是汽车燃料的储存和供给的关键设备。为保证其安全，需要进行型式试验、制造监检、安装监检和定期检验。近年来，LNG汽车的普及带动了车用低温绝热气瓶的快速发展，我国每年新增的车用低温绝热气瓶超过十万只。

2 气瓶结构及要求

低温绝热气瓶是LNG公交汽车燃料系统的最重要组成部分。为防止外部环境热量进入气瓶内部，维持气瓶较低的日蒸发率，采用了高真空多层绝热结构。气瓶由管路系统、外壳、绝热层、内胆、保护圈、支撑结构组成。其结构示意图见图1。

（1）管路系统

管路系统包括管道、安全阀、压力表、液位计和阀门等，管路系统的设置应具备充液、出液、自动和手动泄压、超速排放限流、压力显示、液位显示等基本功能。管路系统阀门宜标明介质流向，并且截止阀应标明开启和关闭方向。管路系统及其部件所用的密封件不得与LNG发生化学反应，并且能够承受盛装介质的低温。管路系统的制作主要在制造厂完成。在制造厂组装时，要注意管路系统的设计布局以及管道焊缝的焊接质量。在运输、安装、使用过程中，管路系统在气瓶顶部的部分，因结构外置原因，可能受到机械损伤等，应做好防护。

（2）外壳

外壳主要有两方面的作用：一是用于固定支撑气瓶整体结构，防止内胆与其他结构产生碰撞;二是使外壳和内胆之间形成夹套空间，通过抽真空并填充绝热材料形成高真空多层绝热结构，维持气瓶较低的日蒸发率。正常情况下，外壳并不与低温液体直接接触，但为防止内胆发生泄露时材料受到低温损伤，外壳一般采用奥氏体不锈钢材料。外壳在气瓶安装过程以及汽车运行过程中容易出现碰撞变形的情况，安装和使用时，應注意检查其外观。

（3）绝热层

绝热层是介于内胆和外壳之间的高真空夹层，内部通过填充多层绝热材料并抽成真空形成良好的绝热系统。目前，制造单位使用的绝热材料主要由玻璃纤维和洁净的铝箔构成，在高真空条件下具有隔热性能高、热导率低且质量轻的优点。绝热材料应牢固缠绕在内胆的外壁上，不能出现溃散现象。绝热层在气瓶制造过程中完成布局和制造，一般气瓶内胆未发生泄漏、外壳未受到严重的碰撞，绝热层不会有损伤。

（4）内胆

LNG气瓶内胆的主要作用是盛装LNG介质，是与低温LNG液体直接接触的组件，直接承受低温液体产生的介质压力和低温载荷。因此，内胆必须要有良好的气密性、优良的耐低温性和耐蚀性。奥氏体不锈钢以其优良的高强度、高韧性、耐低温、耐腐蚀等特点，成为目前低温深冷压力容器专用钢。内胆是气瓶的主要承压部件，内胆检验是气瓶制造过程中最重要的检验环节。

（5）保护圈

保护圈是指在气瓶顶部，用来保护外置管路系统设施的部件。标准要求：管路系统应设置不可拆卸的防护装置，可采用整体式护罩或支撑结构防护圈。防护装置的设置不应影响阀门、管路以及抽真空接口的维修或更换。

（6）支撑结构

气瓶外壳和内胆的连接，为气瓶的支撑结构。支撑结构由支撑颈管、延伸管、玻璃钢圈、加强管、支撑杆、支撑管帽、支撑板等组成，是车用低温绝热气瓶核心部件之一。气瓶外壳和内胆一般采用一端固定、一端滑动的组合轴向支撑，该结构能有效减少外界热量的进入，并保证瓶体能够承受使用过程中的振动载荷、惯性载荷和冲击载荷，还可以防止内胆因充装LNG冷缩而拉断支撑及管线的现象。其中，玻璃钢钢圈应具有良好的绝热性能，能有效地减少通过支撑颈管向内胆漏热量;真空腔直接焊接在内胆封头上并被抽成真空，可以有效防止低温LNG液体与支撑颈管直接接触，进一步减少漏热量。汽车运行过程中，在惯性力载荷作用下，气瓶的支撑结构是整个气瓶最薄弱的环节。因振动引起的失效是车用低温绝热气瓶主要失效形式之一，一旦发生振动失效，可能引起气体泄漏、构件强度或刚度失效，引起火灾、爆炸等事故，危及人们生命财产安全。因此，气瓶支撑结构应具有良好的抗振性能。

3 公交车用LNG焊接绝热气瓶检验

2021年，国家市场监督管理总局在整合TSG R0006—2014《气瓶安全技术监察规程》、TSG R0009—2009《车用气瓶安全技术监察规程》、TSG  RF001—2009《气瓶附件安全技术监察规程》、TSG R1003—2006《气瓶设计文件鉴定规则》、

TSG R4001—2006《气瓶充装许可规则》、TSG R7002—2009《气瓶型式试验规则》、TSG R7003—2011《气瓶制造监督检验规则》7个安全技术规范的基础上，形成了气瓶的综合性安全技术规范：TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》，2021年6月1日起实施。该规程对气瓶的界定范围、材料、设计、制造、型式试验、监督检验、气瓶附件、充装使用、定期检验做出了详细规定，其中GB/T 34510《汽车用液化天然气气瓶》纳入TSG 23—2021的协调标准。按照规程的规定，公交车用LNG焊接绝热气瓶检验分为型式试验、制造监检、安装监检、定期检验。

3.1 型式试验

制造单位新设计或者设计变更的气瓶应进行型式试验。气瓶型式试验机构和型式试验人员应取得气瓶型式试验核准资格，压力容器检验师或气瓶检验员的资格。气瓶型式试验程序包括：制造单位申请、型式试验机构受理、型式试验机构对制造单位提供的资料进行审查（设计文件、制造技术资料）、型式试验机构现场抽样、型式试验机构对气瓶进行型式试验、型式试验机构出具试验报告和证书等。车用焊接低温绝热气瓶型式试验项目包括：瓶体金属材料化学成分检验、瓶体金属材料力学性能试验、水压爆破试验、火烧试验、爆炸冲击试验、振动试验、跌落试验、自动限充功能试验、真空度试验、真空夹层漏率试验、漏放气速率试验、静态蒸发率试验。

3.2 制造监检

车用焊接绝热气瓶制造监检的主要依据为TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》、GB/T 34510《汽车用液化天然气气瓶》等。监检内容包括：制造单位资质和人员资质审查，气瓶设计文件和型式试验报告审查，工艺文件和产品质量计划审查，气瓶材料和零部件检查，焊接质量检查，无损检测记录和报告审查，热加工和热处理审查，焊接绝热气瓶力学性能和水压爆破试验，真空检漏试验报告和静态蒸发量试验报告审查，出厂资料审查，制造单位质量保证体系实施状况检查。

3.3 安装监检

气瓶安装监检，仅限于经过机动车辆登记部门同意的在用机动车车用气瓶的安装。安装监检主要包括安装方案及资料审查、安装现场条件与质量保证体系实施的检查、安装过程监检、安装竣工资料审查与出具监检证书。车用LNG焊接绝热气瓶经过了制造自检、制造监检后，在安装监检发现的问题主要集中在管路部分缺陷或在运输中产生的缺陷，包括气瓶管路设计不合理、气瓶管道安装不规范、气瓶管道弯管处焊接质量差、气瓶外壳受到机械损伤、泄漏试验不合格和安全阀失效。

3.4 定期检验

车用LNG焊接绝热气瓶一般每三年定期检验一次。车用低温绝热气瓶的定期检验项目包括：外观检查、螺纹检查、内部检查、气密性试验、气瓶附件检查、固定装置检查。车用LNG气瓶定期检验前，要按照国家有关安全、环保、消防的要求，对瓶内残气、残液进行回收和处理，确保检验工作安全，特别需要注意的是，车辆发生交通事故可能影响车用气瓶安全时，要及时开展车用气瓶的定期检验。定期检验的主要问题包括：气瓶外壳磨损以及局部变形;气瓶管路系统接头部位（包括截止阀、液位传感器、压力表、充液阀、波纹管等）因汽车运行振动产生泄漏;安全附件连接接头因汽车运行振动产生的裂纹、螺纹损伤;安全阀因长期不起跳，腐蚀性介质进入阀体后造成黏滞，检定不合格等。

4 结论

随着车用LNG气瓶使用数量的逐年增加，给交通管理、特种设备监察与检验的压力越来越大，对气瓶的安全性也提出了更高的要求。TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》的頒布实施，对车用气瓶的型式试验、制造监检、安装监检、定期检验提出了全面的要求，对LNG气瓶的检验检测提供了依据，将进一步保障车用气瓶的安全，促进车用LNG气瓶的广泛使用。