車(chē)用CNG鋼瓶定期檢驗(yàn)中的電測(cè)法技術(shù)分析

陸警（成都天然氣化工總廠(chǎng) 四川成都 610213）

一、前言

汽車(chē)排放的尾氣是污染大氣的重要污染源之一，為了能夠盡可能的降低汽車(chē)尾氣造成的污染，汽車(chē)逐漸的采用天然氣、氫氣、酒精、甲醇等燃料，天然氣（即CNG）是目前發(fā)展最快的一種清潔的能源，人們對(duì)天然氣的需求量不斷的增大。但是，車(chē)用天然氣在發(fā)展的過(guò)程中，存在許多安全問(wèn)題，車(chē)用CNG鋼瓶一旦發(fā)生爆炸、燃燒。泄露等，將會(huì)造成嚴(yán)重的事故，因此車(chē)用CNG鋼瓶的定期檢驗(yàn)勢(shì)在必行。

二、電測(cè)法技術(shù)的概述

電測(cè)法通常采用二次儀表觀(guān)測(cè)，是應(yīng)力測(cè)試方法中的一種，其檢驗(yàn)的原理變現(xiàn)為：當(dāng)金屬電阻絲受到壓縮或者拉伸變形時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生相應(yīng)的變化，把電阻絲往復(fù)繞成特殊的形狀，形成電阻應(yīng)變片，在進(jìn)行檢驗(yàn)之前，用特殊的膠合劑把電阻絲變片粘貼在預(yù)測(cè)應(yīng)變的位置，當(dāng)殼體受到荷載作用狀況下會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的形變，導(dǎo)致電阻應(yīng)變片的電阻絲也發(fā)生一定的形變，改變了電阻絲的截面積和長(zhǎng)度，進(jìn)而導(dǎo)致電阻值的變化，這就表明電阻的變化與應(yīng)變具有一定的關(guān)系。由此可見(jiàn)，通過(guò)在車(chē)用CNG鋼瓶上粘貼應(yīng)變片，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀能夠準(zhǔn)確的檢驗(yàn)車(chē)用CNG鋼瓶上是否存在危險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)于車(chē)用CNG鋼瓶局部變形超過(guò)10%的部位應(yīng)該進(jìn)行隱患排除，以此保證車(chē)用CNG鋼瓶的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。

三、車(chē)用CNG鋼瓶定期檢驗(yàn)中的電測(cè)法技術(shù)

1 電測(cè)法在車(chē)用CNG鋼瓶定期檢驗(yàn)中危險(xiǎn)點(diǎn)的選取原則。CNG氣質(zhì)中涉及到含油量、含水量以及含硫量等，車(chē)用CNG鋼瓶損壞甚至報(bào)廢的主要原因是由于脫硫除油不干凈、雜質(zhì)沉積、瓶?jī)?nèi)積水等問(wèn)題，導(dǎo)致車(chē)用CNG鋼瓶的瓶壁、瓶底或者其他局部催化或者腐蝕，導(dǎo)致車(chē)用CNG鋼瓶存在許多危險(xiǎn)點(diǎn)，給車(chē)用CNG鋼瓶的安全使用埋下了許多安全隱患。車(chē)用CNG鋼瓶在使用電測(cè)法技術(shù)時(shí)，應(yīng)該選擇合適的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。車(chē)用CNG鋼瓶定期檢驗(yàn)中危險(xiǎn)點(diǎn)的選取原則表現(xiàn)為：（1）車(chē)用CNG鋼瓶筒體幾何中心點(diǎn)，根據(jù)理論分析，該中心點(diǎn)的變形最大；（2）車(chē)用CNG鋼瓶球形封頭頂點(diǎn)，該處各個(gè)幾何方向的應(yīng)力相互抵消，并且該處的壁最厚，受力相對(duì)平衡，變形最小，通?？梢院雎?；（3）車(chē)用CNG鋼瓶筒體中心與切線(xiàn)中間部分的綜合應(yīng)力，能夠?yàn)榫植繎?yīng)力的檢驗(yàn)提供可靠的參考；（4）車(chē)用CNG鋼瓶球封切線(xiàn)，該處的幾何變形通常不連續(xù)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，并且會(huì)與薄膜應(yīng)力相互疊加形成比圓筒更大的綜合應(yīng)力，當(dāng)離開(kāi)邊緣時(shí)，應(yīng)力會(huì)迅速的降低。邊緣應(yīng)力和斷裂失效以及疲勞失效具有非常大的影響；（5）車(chē)用CNG鋼瓶球形封頭，該處主應(yīng)力是筒體軸線(xiàn)應(yīng)力的一半，該處的球封耐力最強(qiáng)，通常不會(huì)發(fā)生變形，因此該處只作為參考點(diǎn)。

2 車(chē)用CNG鋼瓶的應(yīng)變力分析

1.車(chē)用CNG鋼瓶的理論應(yīng)變力分析。車(chē)用CNG鋼瓶受到荷載的擠壓后，其縱截面和橫截面會(huì)形成相應(yīng)的正應(yīng)力，其中δψ表示橫截面上的正應(yīng)力，稱(chēng)之為軸向應(yīng)力，δγ表示徑向應(yīng)力，δθ表示縱截面上沿圓周切線(xiàn)方向的正應(yīng)力，稱(chēng)之為環(huán)向應(yīng)力，由于車(chē)用CNG鋼瓶的筒壁具有一定的厚度，因此可以假設(shè)δψ與δθ沿著鋼瓶的筒壁厚度的方向均勻的分布，平衡條件表現(xiàn)為：δψ=p D/4S；δθ=pD/2S。實(shí)例分析，一車(chē)用CNG鋼瓶的容積為51.4L，外徑為267mm，壁厚為7.9mm，試驗(yàn)壓力為33.4MPa，升壓時(shí)間為4.6min。保壓后測(cè)得的鋼瓶進(jìn)水量為1080mL，保壓實(shí)踐為3min，保壓壓力為33.4MPa，泄壓時(shí)間為30s，泄壓后車(chē)用CNG鋼瓶?jī)?nèi)的壓力為0，泄壓后的排水量為1040mL，泄壓前后排水量差表現(xiàn)為 ΔV1=40mL，因此，δψ=p D/4S=278.68（MPa）；δθ=p D/2S=557.36（MPa），經(jīng)過(guò)計(jì)算得知，理論與實(shí)際測(cè)量基本吻合。并且根據(jù)水壓試驗(yàn)殘余變形率公式得知：ΔV=A-B-（V+A-B）ρhβt，η=ΔV1/ΔV=8.58%，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知η小于10%，因此，該車(chē)用CNG鋼瓶的變形符合相關(guān)的要求。

2.車(chē)用CNG鋼瓶的應(yīng)變儀試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。通過(guò)采用電測(cè)法技術(shù)對(duì)車(chē)用CNG鋼瓶進(jìn)行大量的測(cè)量，能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)到車(chē)用CNG鋼瓶應(yīng)變值的實(shí)際狀況，經(jīng)過(guò)分析后，能夠?qū)?chē)用CNG鋼瓶進(jìn)行實(shí)效評(píng)估，根據(jù)國(guó)標(biāo)中規(guī)定的高壓容器的強(qiáng)度要求以及相應(yīng)的實(shí)效原則：其一，實(shí)效原則為當(dāng)車(chē)用CNG鋼瓶結(jié)構(gòu)的一點(diǎn)失去彈性后即為實(shí)效，例如車(chē)用CNG鋼瓶的最大主應(yīng)力超過(guò)了限定最大應(yīng)力值；其二，強(qiáng)度要求，車(chē)用CNG鋼瓶構(gòu)件的最大應(yīng)力不能超過(guò)限定應(yīng)力，限定應(yīng)力值應(yīng)該以抗拉強(qiáng)度nb和屈服強(qiáng)度ns兩者為基準(zhǔn)，然后分別除以相應(yīng)的安全系數(shù)n，以此獲得相應(yīng)的小值，通過(guò)判定車(chē)用CNG鋼瓶的實(shí)效原則以及強(qiáng)度要求，通過(guò)采用電測(cè)法技術(shù)對(duì)車(chē)用CNG鋼瓶進(jìn)行定期檢測(cè)，能夠判定車(chē)用CNG鋼瓶的危險(xiǎn)點(diǎn)是否存在由于容積殘余、脫硫除油不干凈、雜質(zhì)沉積、瓶?jī)?nèi)積水導(dǎo)致的安全隱患，進(jìn)而保證車(chē)用CNG鋼瓶的安全性與可靠性。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，CNG是一種清潔的能源，能夠?yàn)樘烊粴馄?chē)提供環(huán)保的燃料來(lái)源，車(chē)用CNG鋼瓶作為天然氣汽車(chē)的重要組成部分，車(chē)用CNG鋼瓶的可靠性與安全性對(duì)天然氣汽車(chē)自身以及整個(gè)天然氣行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。因此，在采用車(chē)用CNG鋼瓶時(shí)，應(yīng)該選擇合適的材料，然后定期的對(duì)車(chē)用CNG鋼瓶進(jìn)行檢驗(yàn)，以此保證車(chē)用CNG鋼瓶的安全性與可靠性，進(jìn)而保證天然氣汽車(chē)行業(yè)能夠健康、穩(wěn)定、可持續(xù)的發(fā)展。

[1]戚基艷.車(chē)用壓縮天然氣氣瓶發(fā)展與檢驗(yàn)[J].遼寧高職學(xué)報(bào)，2013,15（5）；74-76.

[2]文洪江，孟永彪，黎玉萍，李?lèi)?電測(cè)法在車(chē)用CNG氣瓶檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究[J].廣東化工，2010,37（5）；204-206.

[3]GB24162-2009，汽車(chē)用壓縮天然氣金屬內(nèi)膽纖維環(huán)纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定[S].