復(fù)合材料壓縮天然氣車用氣瓶

1、復(fù)合材料壓縮天然氣車用氣瓶復(fù)合材料壓縮天然氣車用氣瓶1、項(xiàng)目背景、項(xiàng)目背景1.11.1CNGCNG氣瓶介紹氣瓶介紹壓縮天然氣（CNG－CompressedNaturalGas）作為汽車動(dòng)力源已有幾十年歷史。作為CNG儲(chǔ)存容器的氣瓶是CNG動(dòng)力的關(guān)鍵部件。1.1.1CNG氣瓶使用要求氣瓶使用要求CNG氣瓶的使用條件在CNG容器的標(biāo)準(zhǔn)中都有明確規(guī)定：CNG氣瓶使用壽命不超過20年；CNG氣瓶的工作壓力：車用氣瓶為20MPa，站用瓶為25MP

2、a。設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.25～3.0。其設(shè)計(jì)的使用溫度為15℃。由于環(huán)境溫度的變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，允許其工作壓力達(dá)到125%；氣體壓力循環(huán)的最大數(shù)目為750～1000次年。汽車運(yùn)行時(shí)的外部環(huán)境溫度可在40℃～82℃之間變化，容器內(nèi)所包含的氣體溫度不超過57℃。按NGV的要求，壓縮天然氣的雜質(zhì)和其它有害氣體含量的規(guī)定為：H2S和硫化物的分壓最大為344.5Pa，或者H2S的含量小于20Ppm，不合有甲醇；水蒸氣含量為：在車輛工作的特定的地理

3、位置，壓縮天然氣的氣體壓力下，燃料罐內(nèi)無水蒸氣冷凝發(fā)生。美國(guó)消防協(xié)會(huì)規(guī)定，在站用瓶的儲(chǔ)氣條件下，水蒸氣含量為16mgm3（15℃，15MPa），并規(guī)定CO2的分壓為0.048MPa。1.1.2CNG氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證CNG氣瓶的資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)用于證明氣瓶的設(shè)計(jì)在其使用壽命范圍內(nèi)是否是安全的。對(duì)于每個(gè)新設(shè)計(jì)的氣瓶要求進(jìn)行內(nèi)容廣泛的試驗(yàn)過程和試驗(yàn)項(xiàng)目；但是為了修正已有的氣瓶設(shè)計(jì)，則可采用簡(jiǎn)化的試驗(yàn)運(yùn)行。資質(zhì)認(rèn)證試驗(yàn)的具體試驗(yàn)項(xiàng)目如下

4、：（1）水爆試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于驗(yàn)證各類容器的設(shè)計(jì)是否基本正確，對(duì)于鋼質(zhì)氣瓶，試驗(yàn)其安全系數(shù)的大小是否與設(shè)計(jì)的一致；對(duì)于纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的各類氣瓶，還將驗(yàn)證其增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)力比。（2）室溫循環(huán)試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于證實(shí)CNG容器或內(nèi)襯滿足其使用壽命要求而不發(fā)生泄漏，同時(shí)也為了證實(shí)氣瓶是否具有安全破壞的特征，即在破裂前發(fā)生泄漏。（3）環(huán)境循環(huán)試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)CNG容器或內(nèi)襯是否可以承受在使用條件下可能遇到的各種流體如酸、堿等

5、溶液的侵害；酸性溶液對(duì)玻璃纖維和芳綸纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料性能具有明顯的影響，其它液體也會(huì)侵蝕增強(qiáng)纖維和樹脂基體；壓力循環(huán)將會(huì)促進(jìn)基體樹脂的裂紋張開：從而有助于流體溶入復(fù)合材料層內(nèi)。在環(huán)境循環(huán)試驗(yàn)中，還使氣瓶承受一系列的模擬砂子沖擊的低能沖擊，以檢驗(yàn)在流體中暴露之前氣瓶保護(hù)涂層的耐久性。（4）阻燃試驗(yàn)：該項(xiàng)試驗(yàn)主要用于證實(shí)燃料容器系統(tǒng)包括氣瓶、壓力釋放裝置在經(jīng)受火燒或極限溫度時(shí)，燃料容器內(nèi)的氣體會(huì)泄放；壓力釋放裝置在壓力、溫度或壓力與溫度的

6、綜合作用下會(huì)發(fā)生作用，也就是說不管氣瓶是在完全充氣還是部分充氣，燃料容器系統(tǒng)在火中都必須是安全的。近年來，我國(guó)汽車工業(yè)得到了快速發(fā)展。2005年，我國(guó)汽車年產(chǎn)量達(dá)到570.7萬輛，汽車保有量達(dá)到約3500萬輛。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)汽車總保有量有可能突破1.5億輛。汽車保有量的增長(zhǎng)同時(shí)帶來了燃油消耗總量的快速增加。我國(guó)已經(jīng)成為世界上第二大能源消費(fèi)國(guó)。2004年我國(guó)累計(jì)進(jìn)口原油1.2億噸。據(jù)有關(guān)人士預(yù)計(jì)，到2020年我國(guó)石油需求量將超過

7、4億噸，其中，汽車燃料消耗約2億噸，石油的對(duì)外依存度將有可能達(dá)到60%。隨著機(jī)動(dòng)車保有量的激增，我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染問題更顯嚴(yán)重，國(guó)家環(huán)保中心預(yù)測(cè)，到2010年我國(guó)汽車尾氣排放量將可能占空氣總污染源的64%。綜上所述，隨著我國(guó)汽車工業(yè)快速發(fā)展，環(huán)境污染與能源緊缺這兩個(gè)重要的問題將愈顯嚴(yán)峻。解決這些問題的有效途徑是：（1）采取政策與技術(shù)措施大幅度節(jié)約燃料消耗；（2）開發(fā)應(yīng)用各種清潔替代燃料。設(shè)想到2020年，經(jīng)過大家努力，全國(guó)汽車燃料消耗比

8、預(yù)測(cè)值節(jié)約20%左右，替代燃料（尤其是可再生的替代燃料）比例也達(dá)到20%左右，能源緊缺與環(huán)境污染問題將會(huì)得到有效緩解。壓縮天然氣（CNG）是優(yōu)選的汽車替代燃料。天然氣的主要成分為甲烷，它可以從純氣田的天然氣中獲得，也可以從油田的石油伴生氣中獲得。天然氣用作汽車燃料主要方式是壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG）。天然氣經(jīng)過合成技術(shù)成為品質(zhì)優(yōu)良的柴油（GTL），天然氣還可以用來生產(chǎn)甲醇、二甲醚、氫氣，成為汽車的燃料。壓縮天然氣（CNG

9、）通常應(yīng)用于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。它具有較高的辛烷值(RON高達(dá)130)有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率；天然氣進(jìn)入氣缸之前以氣態(tài)與空氣較均勻混合，在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)較完全燃燒，有利于CO、HC排放物的減少；經(jīng)過嚴(yán)格脫硫處理的CNG硫含量很低，有助于降低硫化物和常規(guī)污染物的排放，延長(zhǎng)尾氣處理催化劑的壽命。CNG的主要缺點(diǎn)是能量密度及混合氣熱值均低于汽油，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性會(huì)有所降低，在有限的儲(chǔ)氣瓶容積下，車輛的續(xù)駛里程短；儲(chǔ)氣瓶往往占用較大空間和重量；CNG加

10、氣站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要較大的土地面積和資金。1.2.2天然氣儲(chǔ)藏豐富天然氣儲(chǔ)藏豐富天然氣在世界的儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，因此CNG汽車發(fā)展很快。根據(jù)某些資料介紹，全球CNG汽車保有量約480萬輛，加氣站約8800座。許多國(guó)家生產(chǎn)大功率電控車用CNG發(fā)動(dòng)機(jī)，裝備于公交車和重型載重車。據(jù)歐美一些專家預(yù)測(cè)，天然氣是最具發(fā)展?jié)摿Φ钠囂娲剂稀Ｌ烊粴獍l(fā)動(dòng)機(jī)的低排放優(yōu)點(diǎn)，也是混合動(dòng)力汽車優(yōu)選的內(nèi)燃機(jī)類型?？梢灶A(yù)測(cè)，在今后5～10年內(nèi)，CNG汽車的比例將會(huì)明

11、顯增長(zhǎng)，成為我國(guó)汽車的主要品種之一。我國(guó)是天然氣資源尚較豐富的國(guó)家，據(jù)全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)，我國(guó)氣層資源蘊(yùn)藏量為38萬億立方米，已探明的地質(zhì)儲(chǔ)量為1.52萬億立方米。目前世界大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣的消耗占一次能源20～30%，而我國(guó)僅占2%左右，也就是說，我國(guó)天然氣的開發(fā)利用具有很大的潛力。我國(guó)西氣東輸工程計(jì)劃到2010年覆蓋260個(gè)城市，將為大量推廣使用天然氣汽車提供資源條件。八十年代以來，尤其是1999年全國(guó)開展清潔汽車行動(dòng)以后，我國(guó)的天