标准气体系统在发动机排放试验中的策划实施

李兴旺，周隽钖，张 靖，周庆东

（汉马科技集团股份有限公司，安徽马鞍山 243061）

0 引言

我国的重型汽车经历了40 余年的发展历程，重卡市场在高速发展的同时，也带来了激烈的市场竞争。汉马科技集团股份有限公司重型环保大功率发动机实验室是公司为了实现技术发展战略、新产品开发、老产品改造技术管理等技术支持和顾问工作，建立的重型专用车发动机安徽省重点实验室，以满足企业的发展需要。实验室气体管道是实验室建设中不可缺少的一部分，实验室气体管道系统分为室内气瓶供气系统和实验室集中供气系统。

1 标准气体系统概述

为满足国家重型汽车排放标准要求，作为汽车“心脏”的发动机在开发时均需要考虑做相应的排放检测。目前用于发动机废气排放检测的试验方法主要有：直接取样法、全量取样法、比例取样法和定容取样法。

试验室标准气体系统是汽车排放检验试验的重要辅助设施，主要是为实验室选用的分析设备提供量值和压力稳定的标准气体（CO、CO2、O2、C3H8、CH4、NO、N2、AIR、H2等），并保证其传输流量和压力的稳定性，以及量值的准确传递，以满足排放水平的测试要求，保障分析测试人员在试验中免受有毒有害气体的侵害。本文所述的标准气体系统是为满足排放直接取样法的设备用气需求而策划实施的一套系统。

由于标准气体种类繁多，气体浓度精密要求较高，其中一些气体还具有毒性或可燃性，所以需要一套具有高度密闭性及洁净性的管路系统输送标准气体，这是标准气体管道输送系统的功能所在。实验室标准气体系统集中供气就是将所有气瓶集中存放在气瓶房，通过气瓶减压阀将气体输送到各试验设备端。

2 标准气体系统架构

根据标准GB 18285—2018《汽油车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速及简易工况法》标准要求，汽车尾气检测需配备15 瓶不同浓度的标准气体，用于排放分析仪检测。实验室用标准气体系统通常由气瓶间、管路、一次调压面板、二次调压终端等组成。

2.1 气瓶间及气瓶摆放

由于存放的气体有可燃性气体和助燃性气体，按照国家规定要求必须分库存放。气瓶间的设计应满足以下要求：符合国家的相关规范要求；符合消防法规的相关要求；设置合理的空瓶区、备瓶区；方便气瓶转运。气瓶应按同一气种、不同浓度的气体集中、顺序摆放，以利于查找。气瓶间存放的气瓶采用带防倒链的气瓶支架固定，气瓶支架应牢固的固定在可靠的位置上，气瓶支架采用铝合金材料或不锈钢制作而成，坚固耐用。气瓶支架与压力调节面板呈上下对应关系，方便操作。

2.2 气瓶与系统的连接

气体钢瓶与压力调节器间采用316L 内抛光高压金属管进行连接，高压金属管材质需要采用真空褪火的内抛光不锈钢管道制作，能够在一定范围扳动，保证连接的方便性。高压管上的钢瓶接头必需与钢瓶角阀的规格相匹配，确保连接的可靠性。高压部分设置金属过滤器阻挡固体颗粒物，使之无法进入系统。

2.3 调压面板

调压面板（图1）构成：压力调节器、系统主控制阀（或切换阀）、吹扫阀及相关管件均需牢固的固定在面板上，以实现压力调节、压力显示、气路控制、气路吹扫等功能。

图1 调压面板

压力调节面板上设有安全阀，确保系统安全。面板采用全不锈钢材料制成，美观大方。面板上的管道用专用的耐火性卡具进行固定。面板上阀门连接采用卡套方式进行连接。面板上应贴有气体的成分及浓度的标识。

2.4 管路布线

管道每隔一定的间距要设置一组管道固定支架。管道支架为槽钢结构，与墙体固定牢固，为耐火材料制成。管道穿过障碍物时须使用管套并采用不可燃材料填充间隙。管道与支架间的固定需使用管道固定卡具，卡具应采用较管道硬度低的耐火材料制作，以防止管道发生变形。

为防止被传输的气体压力、流量损失过大，应尽量减少弯曲。压力管道拐弯应力集中区应有安全加固，弯曲部位不能有皱折及扭曲。气体管路在铺设过程中要做到横平竖直，保证管道走线的直线度和弯道间的间距，每间隔一定距离应设置一组管卡。系统布线应减少接缝以降低泄漏的可能性。

3 标准气体系统实施内容

3.1 实施前准备

本标准气体系统是为了满足台架用单路直采排放设备用气要求，管道配置15 路（表1）。要求整个管路系统耐压至少满足1 MPa 气体工作压力要求。系统采用两级减压形式，即在钢瓶出口设置一级减压控制面板，在工艺设备端设置二级调压终端。所使用气体分为两种：工作气体和标定气体，同时供应2 台半流分析仪，进行1供2 集中管道供气。工作气体（SA、O2、N2、40%H2/He）均采用双瓶不间断供气方式(半自动模式)，标定气体均采用单瓶手动控制供气方式。

表1 气体成分参数表

3.2 标准气体系统现场施工

对实验室进行现场测绘，确定具体实施方案，设计管道布置图和施工图。系统设计时要充分考虑升级需要，设计方案要有一定的升级功能。

本文所述标准气体系统采用一拖一、一拖多的管道式输气方式，安装前需确认管道是全新未被使用过的，两端胶帽、外部的聚乙烯塑料带均完好无损，管道外表面无破损。检查好上述材料后方能进行施工。预制好后的管道上固定支架前要先进行吹扫方能固定，吹扫完毕后立刻进行封堵。管道预制时要反复测量现场尺寸确保资料可靠无误。管道的切割，特别是小口径管道切割要采用冷切割的方式进行处理防止材料受热后结构发生变化，产生氧化层。切割完毕后立刻要对切割位进行相关处理。管道连接完成后先高压大流量的气体进行吹扫后方能接入系统，系统中每个部件接入系统前均进行吹扫。系统连接完毕后对整个系统进行完整的吹扫。所有管路及设备均要进行固定处理，要求固定牢固可靠。

3.3 标准气体系统施工完成检查

施工完成后的标准气体系统需要进行外观检查、系统耐压试验、气密性试验、泄漏率试验。

外观检查：管路走线横平竖直，管道固定牢固。外表面无明显破损，各个阀件无明显破损。

系统耐压试验：系统内充入高纯氮气至使用压力的1.15～1.5 倍，关闭所有阀门，经过48 h 后系统不得有任何形变产生。

气密性试验：系统内充入高纯氮气至使用压力，关闭所有阀门，用检漏液对所有的接口部位及可能有外漏的部位进行检测，保证无泄漏。

泄漏率试验：系统内充入高纯氮气至使用压力，关闭所有阀门，经过48 h 后系统压力变化值（泄漏率）不得超过1%。

3.4 标准气体系统现场试验

项目实施完成，做好现场检查后，对标准气体系统（图2）进行了供气试验。将气瓶间的气瓶连接到一级调压阀端，打开气瓶供气阀门，调节一级调压面板上的压力调节器，将压力调至所需压力通气至中压管路，再通过二级调压面板上的压力调节器，将压力调至排放分析设备所需压力。标准气体管路供气24 h 后，通过观察各级压力调节器上的压力表数值，对比发现压力均无降低情况。分析整个管路情况得出：标准气体系统管路施工供气较好，满足了排放试验持续供气的要求，解决了现场气瓶供气存在的安全及不能持续供气的问题。

图2 标气系统现场应用

4 结束语

为贯彻落实国务院《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》，防治压燃式及气体燃料点燃式发动机汽车排气对环境的污染，保护生态环境，保障人体健康，由生态环境部与国家市场监督管理总局联会发布了《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》排放标准，作为汽车制造企业而言更应不断加快发动机环保方面的研发投入，推广环保应用及成果转化。标准气体系统作为发动机尾气排放检测分析的重要成分，也会对发动机的研发产生重要的影响。本标准气体系统项目实施后解决了之前采用室内气瓶就近供气的安全隐患，降低了设备由于更换标气的停机率，实际运行安全可靠，对行业内的应用具有一定的借鉴意义。