全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探

全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探
2007-02-01 13:08
全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探
信息来源：国家燃气汽车网发布日期：2006-09-20
[摘要]本文针对国内几次全复合材料CNG气瓶爆瓶事故的原因进行初步分析，并对在用的此类气瓶的安全管理提出了防范措施和改进建议。

[关键词] 全复合材料气瓶爆瓶原因防范措施
进入本世纪以来，我国“西气东输”工程的竣工和国际原油价格和持续上涨，促成了全国已建有500多座CNG加气站，并已有14万余辆CNG汽车，行驶在除西藏、福建、广东、广西、江西等5个省区以外的20多个省、市、自治区的大地上。

CNG加气站的站用设备、CNG车用装置和CNG气瓶等产品制造已发展成为我国新的制造产业。

其中，高强度轻质全复合材料气瓶的两个生产厂家经过数年的努力，均于2003年取得了国家质检总局颁发的生产许可证，市场前景十分广阔。

但是，近2年内相缕发生的4次该类气瓶的爆瓶事故，震惊了全行业。

这两家高强度轻质全复合材料气瓶生产厂的产品倾刻之间从供不应求到无人问津，两个制造厂家不仅蒙受了沉重的损失和打击，也给整个CNG汽车产业带来甚为严重的负面影响。

种种原因之下，部分有关人士一度采取避而不谈，以求缩小负面影响的回避态度。

还有一些人士则对此类高强度轻质复合材料气瓶持简单的全盘否定的态度。

笔者认为，正确的作法应当是面对现实，认真分析、查找事故原因，全面总结经难教训，进而提出防范和改进措施。

一、四次全复合材料CNG气瓶爆瓶事故的基本情况
1、2004年2月13日，在郑州市某CNG加气站加气的出租车上发生了国内首起全复合材料CNG气瓶的爆瓶事故。

此次事故造成1死4伤，除装有爆炸气瓶的本出租车炸毁外，还造成了正在加气的一辆大客车和另外3辆出租车严重损坏、售气机也被炸坏，该加气站被迫停产。

发生爆炸的CNG气瓶，属四川格瑞公司生产的碳纤维缠绕塑料内胆CNG 气瓶。

系首次充气完毕即发生爆炸。

2、2004年7月10日，在成都某加气站加气完毕的某CNG出租车发生气瓶爆炸事故，这次事故也造成1死1伤、出租车被炸和四分五裂的严重后果。

经查实，发生爆炸的CNG气瓶系西安向阳公司2000年9月9日出厂的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。

3、2005年10月9日，在四川富顺县某CNG加气站刚加气完毕，正开始发动的一辆出租车，也是发生CNG气瓶爆瓶事故，造成车辆严重损坏，一人受伤的后果。

该爆炸气瓶又是四川格瑞公司2002年11月出厂的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。

4、2005年10月20日，在四川达州市某加气站发生出租车加气完毕后的爆瓶事故，造成1人受伤车辆严重损坏的后果。

气瓶是西安向阳公司生产的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。

二、对几次事故都发生加气站内的直接原因分析
事后检测表明，发生爆炸的CNG气瓶存在缺陷，这是发生爆炸的根本原因。

但值得注意的是，上述几次事故都发生在加气站内，这是巧合还是必然联系？笔者倾向于后者，其直接原因如下：
1、加气结束爆炸前，气瓶内承受的压力处于最高量值状态
压力高是不言而喻的。

但对于质量合格的气瓶来说应当属于正常工作压力范围。

只有对有质量问题的气瓶才会比压力低时更容易发生爆瓶事故。

2、充气速度快，压力上升速度快
这点对于质量有问题的气瓶来说是十分不利的。

尽管CJJ84-2000《汽车用燃气加气站技术规范》中规定有：在最大工作压差时的单枪加气速度不应大于/min，可是在实践中，却很难控制不超过这个限值。

3、瓶内温度高而散热性差
伴随着充气时气瓶内天然气的压力迅速升高，其温度也急剧升高，这对于塑料内胆来说，是个严峻的考验。

因为较之金属内胆而言，其散热能力要差得多，同进还有软化的危险。

为此国际标准ISO1439-2000《车用CNG气瓶》中规定有“其软化温度应至少为900C”。

综上所述，在加气站充气终止的气瓶处于工作条件相对苛刻的状态，一旦气瓶本身有缺陷就较容易发生爆瓶事故。

而一旦车辆驶离加气站，气瓶就将片于降压降浊过程，从而相对安全得多。

三、发生爆瓶的基本原因初探
为了避免因噎废食，我们对CNG气瓶发生爆炸的认识，不能仅仅停留在气瓶存在缺陷这一发生爆炸的根本原因上，还需要对造成这种的缺陷气瓶的基本原因作出进一步分析，笔者对此有如下几点探讨：
1、玻纤缠绕塑料内胆气瓶的实际使用寿命低出租车的使用寿命
两个生产厂家均称此类气瓶使用寿命为10年，缺乏科学依据。

这是因为其设计疲劳循环次数为7500次，而同时庙宇气瓶每年充气750次。

而我国出租车一般平均每天充气4次，每年应当略为1500次，这样一来，气瓶的理论使用寿命仅为5睥。

此外，还应当考虑到气瓶制造质量上的一不一致性，路面颠簸、发动机振动以及气瓶外表面的机械损伤等对气瓶寿命的不利影响，需预设一个安全系数（不妨设为1。

5）。

结果，气瓶的实际使用寿命就只有3年多，小于出租车的使用寿命（6年）。

换言之，从接近3年开始，一直到出租车报废的这段时间，此类气瓶随时都有可能爆炸！
富顺爆炸气瓶，仅使用了2年又11个月，而在成都、达州爆炸的西安向阳气瓶的使
用时间都只有3年多。

同理可推知，设计疲劳循环次数为15000次的碳纤缠绕塑料内胆气瓶的使用寿命不是厂家宣称的15年，而仅为6年多。

2、气瓶质量确实存在严重的不一致性
CNG气瓶关系到民从的生命财产安全。

其产品质量的不一致性方面的严重情况确实让人担心。

例如，西安向阳公司的气瓶在成都爆炸之后，有关单位曾对同批次气瓶随机抽样两个进行爆破试验，其爆破压力分别为39.6Mpa和65Mpa，悬殊竟哪些之大。

双如格瑞公司的气瓶在外径上相差逾10mm，水容积相差逾5%，甚至同一只气瓶的中部和两端的外观颜色也相差不少。

不言而喻，质量上的一致性没有得到有效控制的气瓶，必然会影响到气瓶的安全性。

3、气瓶设计上的不妥之处
如某厂的玻纤缠绕塑料内胆气瓶的设计文件中，在确定纤维的许用强度时，未考虑安全裕度，直接将纤维的极限强度作为许用强度来进行计算。

这样出来的结果，必然会导致安全系数的虚大。

4、现行的检测方法和手段很难发现气瓶的安全隐患
众所周知，对于 CNG钢质气瓶，我国有国家标准GB19533-2004《汽车用压缩天然气钢瓶的定期检测和评定》。

可是对于全复合材料的CNG气瓶，则仅有厂家自行制定的企业标准，既无法做超声波探伤，又不能做磁粉探伤，很难进行气瓶的安全评定。

如在富顺加气站爆炸的那只气瓶距上次送检（判定为合格）仅11个月。

以上只是对造成气瓶爆炸的部分原因的初步分析，若要进行更全面、深入的分析，则需从材质（如塑料内受到影响的搞拉试验）、应力分布、制造要求（如树脂的固化温度是否比内胆的软化温度低100度以上）试验要求（如气瓶的弹性膨胀量是否合要求）等方面入手。

比较直观的是将同批次的气瓶进行随机抽样爆破试验，以确定其爆破压力是否合格和一致性程度。

可惜是除了成都市做过次项试验以外，另外三次爆炸事故后均未做过。

四、防范措施建议
1、对已产的玻纤缠绕塑料内胆气瓶应当全部报废
成都市早已采取此措施，但其他地记还有少量出租车还在用此类气瓶，安全隐患颇大。

决不应心存侥幸。

有关管理机关应当机立断。

2、对于碳纤维缠绕塑料内胆气美工，除了严格实行随车报废制度之外，还应组织有
关方面专业人士，尽快制定出切实可行的检测方法、检测周期和安全评定标准。

3、加强对在用全复合材料气瓶的安全管理工作
必须建立气瓶档案，各地气瓶检测单位应将到期未检气瓶的车号及时报告主管部门，主客部门则立即向各加气站通报并一律不得加气，有条件的城市可实行计算机联网和IC卡识别加气。

在检测标准未出来之前建议将气瓶的外观检查及坚固性检查列入CNG汽车的年检内容。

五、改进建议
1、建议尽快制定我国全复合材料CNG车用气瓶的国家标准或行业标准。

值此CNG汽车急需轻质气瓶而此类气瓶又存在较突出的安全问题的时候，尤其需要结合国内使用特点和经验教训，尽快制定出此类气瓶的制造标准，定期检验和安全评定标准。

建议将ISO11439中的年充气次数1000次增加为1500次，交疲劳循环试验指标由15000次增至18000次，将15年的使用寿命减至8年。

2、建议按实际的气瓶充气速度来进行疲劳循环试验。

3、建议对气瓶内胆水容积和气瓶的几何尺寸误差进行行量化控制。

4、建议对气瓶增加摆锤冲击试验，以便评价气瓶挤撞击能力。

5、建议切实解决气瓶内胆外的层间残留空气问题。

六、妥善处理好消除安全隐患和继续推进技术进步之间的关系
4次爆瓶事故，在社会上引起了强烈反响，暴露了国产全复合材料气瓶确实存在安全隐患，这是绝不应该回避的问题，应当认真找准爆瓶原因，切实进行改进。

另一方面，也不应当反应过度乃至全盘否定。

笔者认为，出了几次爆瓶事故，并不意味阗两家制造单位在研发高强度轻质复合材料气瓶的工作就彻底失败了，理乐应因此而抹杀开拓者们为填补我国在这一领域的空折而所做的努力和贡献。

事实上，目前这种产品对于整个发展中国家来说，仍然量个缺项。

而其市场空间愈加是广阔。

因此，需要我们CNG各界的各方人士共同来关心。

支持开拓者们继续努力，知难而进，直至成功。

作者:李永昌
[From:中国燃气安全网]。