问题杂谈
浅谈车用气瓶安全性的探讨
沈阳中复科金压力容器有限公司(辽宁沈阳)宋维凤
【摘要】随着我们国家可持续发展战略的推出发展天然气汽车
符合国家节能与新能源汽车发展战略的要求，车用天然气缠绕气瓶是天
然气汽车的重要专用装置。做好车用天然气缠绕气瓶的安全性分析，消除
其安全隐患可为减少或杜绝车用气瓶发生重、特大安全事故提供保障。
根据《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》标准的有关规定，介绍了
钢内胆的材料、设计、制造、力学性能试验和各种检测方法等，对车用天
然气缠绕气瓶在设计、制造和使用中容易发生的安全隐患及原因进行了
分析，并提出了相应的解决措施。
【关键词1cNG汽车；缠绕气瓶；安全；分析
随着国民经济的发展，汽车产业发展越来越受到石油行业发展的
制约。素有绿色能源之称的天然气在城市公交、汽车运输等领域得以
广泛应用。缠绕气瓶的安全性与该两部分质量的好坏和相互关联度
密切相关。为此，探讨了影响缠绕气瓶安全性的因素和解决缠绕气瓶
安全性所采取的主要措施。
1影响缠绕气瓶安全性的因素
在我们实际的生产中我们研究得出的结论就是影响缠绕气瓶安
全性大致分为：缠绕气瓶所用材料、制造技术和安全泄放装置，这三
篇方面的原因基本上囊括了所有的情况。
1．1缠绕气瓶所用材料
内胆材料，一般意义上我们所谈到的的技术手段就是采用缠绕
气瓶内胆材料选用钢材，所充装的介质为天然气。尽管天然气在充装
前经过脱硫、脱水、脱轻油处理，其硫化氢含量较低(不高于20mg／
m)，但当钢内胆中残存有水时，水中溶人大量的硫化氢，会对钢材产生
腐蚀作用(在温度低于250E，干燥的硫化氢不对钢材起腐蚀作用)，这
样的腐蚀作用在很大程度上对内胆材料的腐蚀作用很大，具有较强
的破坏作用。硫化氢遇水产生电离，生成的氢向钢中扩散，在局部区域
聚积达到极限浓度n-q-致钢的脆性破坏。
1．2缠绕气瓶制造技术
我们国家在缠绕瓶制造商早在2009年就出台了国家标准，既是
《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》标标准中，对缠绕气瓶内
胆用钢坯或无缝钢管制作未作明确要求，而我国多数企业钢内胆的制
造是采用钢管旋制而成。采用此方法，在制造缠绕气瓶时，主要在以下
几方面易产生缺陷：
(1)钢管旋压成型工序，在瓶底、瓶肩内表面易产生皱折、裂纹，
造成应力集中。
(2)内胆热处理工序，其力学性能均匀性、一致性不易得到保
证。
(3)缠绕、固化工序，易出现固化不彻底、缠绕层黏合不好的现
优良的综合性能，经过热处理后，在较高的强度水平上仍能保持良好
的塑性和足够的韧性；同时，对内胆材料化学成分也作了严格的规定
(见表1)。
钢内胆经热处理后，其抗拉强度应不低于保证值，且不高于880
MPa；屈强比不大于0．92；断后伸长率不小于14％l3个带有V型缺口的
横向试样冲击平均值不低于35J／cm。
2．2设计
我们的国家标准为我们的设计制定了很好的规范，要求我们
的设计必须以国家标准为依据，缠绕气瓶在正常使用期间，其承压
部件由于可能的质量退化会出现“未爆先漏”的失效模式。参照GB
5099--1994《钢质无缝气瓶》实际爆破压力计算公式S=PbDo／
(2．1Rm+Pb)，计算出内胆简体满足最小爆破压力时的最小壁厚；由缠
绕气瓶最小爆破压力确定缠绕层数(金属内胆封头承担轴向拉应力，
缠绕层只承受周向应力)；确定缠绕气瓶自紧压力极限范围(根据载荷、
位移的边界条件及其有限元网格图，用应力分析的方法，计算自紧后
缠绕气瓶在零压力、公称工作压力、水压试验压力和设计爆破压力
下，缠绕层和内胆中的应力)；根据应力分析，确定最优化的结构。同时，
计算缠绕气瓶在水压试验压力下的安全泄放量，据此选择安全泄放
装置。该安全泄放装置应为易熔合金塞和爆破片复合式。
2．3制造与验收
(1)在我们的加工过程之中，我们首先需要解决的问题就是钢
管进厂后需复验其化学成分，这将是非常必要的一个步骤，与此同时
我们的操作采用超声波探伤方法检验其质量。钢管经过中频加热旋
压后，分别成型瓶底和瓶肩；瓶肩、瓶底形状应圆滑过渡，无突变；收底
后应去除瓶底附近内壁皱折和其他缺陷，并保持圆滑过渡；同时用底
部气密设备逐只进行底部密封性试验。对气瓶内外表面进行抛丸处
理，不允许有裂纹存在，表面应光滑平整，尽量减少应力集中。
(2)在这一环节我们最为关注的就是一个关键的操作既是对缠
绕气瓶内壁进行防腐处理，防止氢向钢中扩散，产生氢脆。
(3)缠绕层复合材料层间剪切强度不应低于13．8MPa，复合材料
的抗拉强度不应低于制造单位的保证值(950MPa)。
3结语
通过以上的研究我们很容易得出这样的结论，缠绕气瓶的安全
性既与金属内胆化学成分、力学性能有关，与此同时我们通过研究也
得出结论安全性与其缠绕层质量和制作工艺密不可分。我们采用的
措施主要有：
(1)限定金属内胆材料中硫和磷的含量，要求含硫量小于
0．020％，含磷量小于0．020％，硫磷总量小于0．030％。
(2)限制金属内胆实际抗拉强度值，要求Rm不高于880MPa，
表1内胆材料化学成分
元素lClsiIMnlcrlMolSIPIS+PICu
含量
(质量分数％)l0．26～0．34J0．15-0．3710．40～0．7010．80-1．1010．15～0．25I≤O．020l≤0．020I≤O．030l≤0．20
象。屈强比不大于0．92。
1．3缠绕气瓶安全泄放装置
缠绕气瓶安全泄放装置的选取，应能满足缠绕气瓶在各种复杂
工况下的安全泄放要求。
2．解决缠绕气瓶安全性缺陷所采取的主要措施
2．1材料
内胆材料；我们以此作为研究的根据就不难得出结论，这一板块
中最为关键就是内胆材料宜选用符合GB18248《气瓶用无缝钢管》
标准的30CrMo气瓶用无缝钢管，并控制其硫、磷含量。铬钼钢具有
(3)要求金属内胆材料有较高塑性，其断后伸长率不小于14％，3
个横向试样冲击平均值不低于35J／cm。
参考文献
[1】化学工业部化工机械研究院．腐蚀与防护手册——腐蚀理
论、试验及监测【M】．北京：化学工业出版社，1989．
[2】秋长蓥．高强度钢在常温高压氢气中的氢脆[J】．中国锅炉压力
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浅谈车用气瓶安全性的探讨
作者：宋维凤
作者单位：沈阳中复科金压力容器有限公司,辽宁沈阳
刊名：科技与企业
英文刊名：Science-TechnologyEnterprise
年，卷(期)：2012(2)
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