復合材料壓縮天然氣車用氣瓶

1、復合材料壓縮天然氣車用氣瓶復合材料壓縮天然氣車用氣瓶1、項目背景、項目背景1.11.1CNGCNG氣瓶介紹氣瓶介紹壓縮天然氣（CNG－CompressedNaturalGas）作為汽車動力源已有幾十年歷史。作為CNG儲存容器的氣瓶是CNG動力的關鍵部件。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容器的標準中都有明確規(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。設計安全系數為2.25～3.0。其設計的使用溫度為15℃。由于環(huán)境溫度的變化，當溫度升高時，允許其工作壓力達到125%；氣體壓力循環(huán)的最大數目為750～1000次年。汽車運行時的外部環(huán)境溫度可在40℃～82℃之間變化，容器內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，燃料罐內無水蒸氣冷凝發(fā)生。美國消防協會規(guī)定，在站用瓶的儲氣條件下，水蒸氣含量為16mgm3（15℃，15MPa），并規(guī)定CO2的分壓為0.048MPa。1.1.2CNG氣瓶的資質認證氣瓶的資質認證CNG氣瓶的資質認證試驗用于證明氣瓶的設計在其使用壽命范圍內是否是安全的。對于每個新設計的氣瓶要求進行內容廣泛的試驗過程和試驗項目；但是為了修正已有的氣瓶設計，則可采用簡化的試驗運行。資質認證試驗的具體試驗項目如下

4、：（1）水爆試驗：該項試驗主要用于驗證各類容器的設計是否基本正確，對于鋼質氣瓶，試驗其安全系數的大小是否與設計的一致；對于纖維復合材料增強的各類氣瓶，還將驗證其增強復合材料的應力比。（2）室溫循環(huán)試驗：該項試驗主要用于證實CNG容器或內襯滿足其使用壽命要求而不發(fā)生泄漏，同時也為了證實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：該項試驗主要用于檢驗CNG容器或內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；酸性溶液對玻璃纖維和芳綸纖維增強的復合材料性能具有明顯的影響，其它液體也會侵蝕增強纖維和樹脂基體；壓力循環(huán)將會促進基體樹脂的裂紋張開：從而有助于流體溶入復合材料層內。在環(huán)境循環(huán)試驗中，還使氣瓶承受一系列的模擬砂子沖擊的低能沖擊，以檢驗在流體中暴露之前氣瓶保護涂層的耐久性。（4）阻燃試驗：該項試驗主要用于證實燃料容器系統包括氣瓶、壓力釋放裝置在經受火燒或極限溫度時，燃料容器內的氣體會泄放；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，燃料容器系統在火中都必須是安全的。近年來，我國汽車工業(yè)得到了快速發(fā)展。2005年，我國汽車年產量達到570.7萬輛，汽車保有量達到約3500萬輛。據預測，到2020年我國汽車總保有量有可能突破1.5億輛。汽車保有量的增長同時帶來了燃油消耗總量的快速增加。我國已經成為世界上第二大能源消費國。2004年我國累計進口原油1.2億噸。據有關人士預計，到2020年我國石油需求量將超過

7、4億噸，其中，汽車燃料消耗約2億噸，石油的對外依存度將有可能達到60%。隨著機動車保有量的激增，我國機動車尾氣污染問題更顯嚴重，國家環(huán)保中心預測，到2010年我國汽車尾氣排放量將可能占空氣總污染源的64%。綜上所述，隨著我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，環(huán)境污染與能源緊缺這兩個重要的問題將愈顯嚴峻。解決這些問題的有效途徑是：（1）采取政策與技術措施大幅度節(jié)約燃料消耗；（2）開發(fā)應用各種清潔替代燃料。設想到2020年，經過大家努力，全國汽車燃料消耗比

8、預測值節(jié)約20%左右，替代燃料（尤其是可再生的替代燃料）比例也達到20%左右，能源緊缺與環(huán)境污染問題將會得到有效緩解。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）。天然氣經過合成技術成為品質優(yōu)良的柴油（GTL），天然氣還可以用來生產甲醇、二甲醚、氫氣，成為汽車的燃料。壓縮天然氣（CNG

9、）通常應用于點燃式發(fā)動機。它具有較高的辛烷值(RON高達130)有利于提高發(fā)動機的熱效率；天然氣進入氣缸之前以氣態(tài)與空氣較均勻混合，在缸內實現較完全燃燒，有利于CO、HC排放物的減少；經過嚴格脫硫處理的CNG硫含量很低，有助于降低硫化物和常規(guī)污染物的排放，延長尾氣處理催化劑的壽命。CNG的主要缺點是能量密度及混合氣熱值均低于汽油，導致發(fā)動機的動力性會有所降低，在有限的儲氣瓶容積下，車輛的續(xù)駛里程短；儲氣瓶往往占用較大空間和重量；CNG加

10、氣站等基礎設施建設需要較大的土地面積和資金。1.2.2天然氣儲藏豐富天然氣儲藏豐富天然氣在世界的儲量相當豐富，因此CNG汽車發(fā)展很快。根據某些資料介紹，全球CNG汽車保有量約480萬輛，加氣站約8800座。許多國家生產大功率電控車用CNG發(fā)動機，裝備于公交車和重型載重車。據歐美一些專家預測，天然氣是最具發(fā)展?jié)摿Φ钠囂娲剂?。天然氣發(fā)動機的低排放優(yōu)點，也是混合動力汽車優(yōu)選的內燃機類型?？梢灶A測，在今后5～10年內，CNG汽車的比例將會明

11、顯增長，成為我國汽車的主要品種之一。我國是天然氣資源尚較豐富的國家，據全國油氣資源評價，我國氣層資源蘊藏量為38萬億立方米，已探明的地質儲量為1.52萬億立方米。目前世界大多數發(fā)達國家天然氣的消耗占一次能源20～30%，而我國僅占2%左右，也就是說，我國天然氣的開發(fā)利用具有很大的潛力。我國西氣東輸工程計劃到2010年覆蓋260個城市，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年全國開展清潔汽車行動以后，我國的天