从标准要求的改进看CNG-2型气瓶环境试验的发展趋势

熊姝涛李斌

（1.重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

（2.国家压缩天然气（CNG）气瓶质量监督检验中心 重庆 401121）

从标准要求的改进看CNG-2型气瓶环境试验的发展趋势

熊姝涛1,2李斌1,2

（1.重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

（2.国家压缩天然气（CNG）气瓶质量监督检验中心 重庆 401121）

在国内外的CNG-2型气瓶标准中，型式试验里有一项必不可少的试验项目“环境试验”（或称为“酸环境试验”）。与GB 24160-2009、ISO 11439:2000(E)和ECE R 110: 2014相比较，ISO 11439:2013(E)型式试验对环境试验方法有较大的改变。本文通过研究这几种标准关于环境试验方法的不同之处，分析讨论ISO 11439:2013(E)环境试验方法发生改变的目的和意义，了解到标准制定者对试验的仿真性和实用性的重视，为其他标准的修订起到良好的推进作用。

CNG-2型气瓶 型式试验 环境试验 ISO 11439:2013(E)

1 国内外CNG-2型气瓶标准对环境试验的要求

国内外的CNG-2型气瓶标准中，型式试验里有一项必不可少的试验项目“环境试验”。环境试验是模拟气瓶在实际使用中可能遇到的碰撞及腐蚀而进行的试验。GB 24160—2009[1]、ISO 11439：2000(E)[2]和ECE R 110： 2014[3]中对环境试验的定义是“用质量浓度为30%的硫酸溶液（密度为1.219g/cm3）浸渍在加压至不低于缠绕气瓶的最大许用工作压力pm的缠绕气瓶缠绕层外表面，浸渍时间为100h，浸渍区域为φ150mm范围，然后进行水压爆破试验，水压爆破压力不低于最小设计爆破压力的85%。”

对气瓶型式试验而言，所用试验气瓶均为新气瓶，表面完好。仅在气瓶表面进行酸腐蚀，由于树脂的保护，酸液并没有渗透到纤维内部，对玻璃纤维缠绕层的影响并不大。笔者对所作型式试验环境试验数据的统计正是应证了这一点。同时，根据重庆特检院近几年对CNG缠绕气瓶的定期检验的数据统计发现，由于气瓶使用过程中不可避免的存在磨损碰撞，90%的气瓶判废都是由于缠绕层的摩擦损伤缺陷导致。另外，实际使用过程中，由于环境因素产生的腐蚀源并不只有酸，还有碱液、油脂等。因此，各标准中对环境试验的这种定义不具有太大的实际意义。

各国型式试验人员纷纷察觉到此问题，ISO 11439：2013(E)[4]率先对环境试验进行了改变。

2 ISO 11439:2013(E)中环境试验的要点分析

2.1 气瓶准备

试验气瓶数量仍为1只。腐蚀区域由一个φ150mm的区域变为5个φ100mm的区域，如图1所示。

图1 气瓶腐蚀区域分布

2.2 摆锤冲击预处理

ISO 11439： 2013(E)环境试验中在腐蚀之前加入了摆锤冲击预处理。预处理是用侧面为正三角形、底座为正方形的钢制角锥对气瓶筒体部位腐蚀区域进行冲击。摆锤与其回转轴的距离为1m，冲击瞬间的能量不少于30Nm，并尽可能接近30Nm。

图2 摆锤冲击体

2.3 腐蚀液体曝露

5 个腐蚀区域分别放入5种溶液：

1）硫酸水溶液：体积百分比为19%；

2）氢氧化钠水溶液：质量百分比为25%；

3）5%甲醇/95%汽油：满足ASTM D4814的M5汽油浓度；

4）硝酸铵水溶液：质量百分比为28%；

5）体积百分比50%的甲醇水溶液。

曝露试验过程中，试验气瓶的曝露区域处于最高位置。将一层约0.5mm厚、直径在90～100mm 的玻璃棉垫放置于曝露区域。用试验溶液浸湿玻璃棉垫，保证玻璃棉垫的整个表面和厚度都湿透，以确保在试验过程中溶液的浓度不发生明显变化。

2.4 压力循环及压力保持

在腐蚀曝露试验的同时，将试验气瓶施加液压循环：下限值不少于2MPa，上限值为26MPa，循环3000次。最大加压速度应为2.75MPa/s。压力循环结束后，将试验气瓶加压至26MPa并保持此压力最少24h，直至环境溶液腐蚀时间达到48h。整个压力循环和压力保持过程同时进行腐蚀曝露试验。

2.5 水压爆破试验及可接受结果

在完成上述试验后将试验气瓶进行水压爆破试验。实测爆破压力不少于1.8倍工作压力。

3 讨论及展望

ISO 11439： 2013(E)的环境试验方法进行了较大程度的改进。通过表1与GB 24160-2009、ISO 11439：2000(E)和ECE R 110： 2014的比较可知，ISO 11439： 2013(E)环境试验新增了摆锤冲击预处理，多增加了几种腐蚀介质，同时引入压力循环及压力保持试验。

摆锤冲击预处理是为了让腐蚀之前的区域受到损伤。在气瓶的实际使用中，由于汽车运行、气瓶拆装、气瓶检验过程中都会受到碰撞冲击，所以气瓶表面有一定损伤。因此，摆锤冲击预处理试验能更好的模拟气瓶的实际使用状况，最大程度的真实测试气瓶安全性能。而腐蚀介质的增加正是考虑到实际使用情况。在日常汽车运行中，并不仅仅是酸的腐蚀，碱液及油污也是一大腐蚀源。同时考虑到CNG气瓶在运行中是处于充装状态，加入压力循环及压力保持试验更是贴合实际。同时，将水压爆破压力合格值降低，从最小设计爆破压力（当采用玻璃纤维时，最小设计爆破压力为2.5倍工作压力）的85%降为1.8倍工作压力，即从2.125倍工作压力降为1.8倍工作压力。综上所述，ISO 11439： 2013(E) 环境试验更具实际意义。

表1 试验方法比较

其实ISO 11439： 2013(E) 环境试验并非是首次出现。在ISO 11439： 2010(E)及ECE R 110： 2014都有其身影：ISO 11439： 2010(E)附录F及ECE R 110： 2014 Annex 3A-Appendix H。上述两个标准的环境试验与ISO 11439： 2013(E) 环境试验有不同之处：ISO 11439： 2010(E)及ECE R 110： 2014中要求有摆锤冲击预处理和砂砾冲击，压力循环过程分为常温、高温和低温阶段。但这两个标准仅在提示的附录中提出此试验方法，型式试验中并未做此要求。

笔者认为，随着对CNG气瓶的研究越来越深入，以及民众对安全的重视，型式试验作为生产制造前的安全技术关卡，试验仿真性的要求和实用性的要求会越来越高，因此，以前对环境试验的要求不能真实反映气瓶使用过程中的情况，会逐渐被淘汰，而这种新型的、高度贴合实际的试验会逐步替代以前的试验，更大程度的为安全把关。

4 结语

ISO 11439： 2013(E)环境试验实用性更强，能更好的为安全设计及生产把关，更具实际意义，也为其他标准的修订起到良好的推进作用。

[1] GB 24160-2009 车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶[S].

[2] ISO 11439:2000(E) Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S].

[3] ECE R 110: 2014

[4] ISO 11439:2013(E) Gas cylinders-High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles[S].

Development of the Environmental Test of CNG-2 Type Cylinder

Xiong Shutao1,2Li Bin1,2
(1.Chongqing Special Equipment Inspection and Research Institute Chongqing 401121)
(2.Quality Supervision and Inspection Center of National Compressed Natural Gas (CNG) Cylinders Chongqing 401121)

The environment test is an essential test item in the type test for CNG-2 type cylinder in domestic and international standards.It is found that the environmental test in ISO 11439:2013(E) standard has a great change comparing with GB 24160-2009, ISO 11439:2000(E) and ECE R 110.While studying the differences of environmental test methods in these standards, it is not only to analyze and discuss the purpose and signifcance for the great change, but also understand the focus on the simulation and practicability of the test method for the standard-setters.This change could play a vital role in the amendment of other standards.

CNG-2 type cylinder Type test Environment test ISO 11439:2013(E)

X9-65

B

1673-257X(2015)06-03-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.06.002

熊姝涛（1986～），女，硕士，工程师，从事特种设备检验检测工作。

2015-01-09）