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【摘要】本文结合笔者多年实际工作经验，对当前车用压缩天然气瓶阀技术的相关规定及标准进行阐述，在此基础上提出合理的建议。
【关键词】车用压缩天然气 瓶阀 技术要求
引言：今年来，随着我过经济的持续高速发展，个人及单位的汽车保有量不断增加。当前形势下，大力推广燃气汽车对于缓解大气污染和能源紧张局面来说是非常有必要的，也符合我国应用天然气资源的经济发展战略。然而，车用压缩天然气瓶阀作为天然气应用中的关键设备，其研究在我国还处于起步阶段。笔者经调查发现，当前我国各类频发的汽车安全事故大都与车用压缩天然气瓶阀的技术不到位、不规范有关，是不断造成财产损失和人员伤亡的重要原因，由此可见，加紧对车用压缩天然气瓶阀技术的研究甚为迫切。
一、 车用压缩天然气瓶阀技术要求的相关标准
ISO 15500《公路车辆——压缩天然气燃料系统部件》标准共包括19个部分，分别是定义及要求、试验方法和性能、手动阀、单向阀、自动阀、手动气瓶阀、压力指示器、燃气喷射器、燃气流量调节器、调压器、压力泄放阀、空气及燃气的混合器、限流阀、压力泄放装置、燃料硬管、通气软管及密封壳体、过滤器、燃料软管、接口配件。该标准的特点如下。
第一，注重突出个体。在制定试验方法和项目的过程中注重考虑各部件的具体特性，不仅对通用试验项目和方法加以详细叙述，而且介绍了个别项目或试验需改进或附加的其它试验方法和项目。
第二，具备较强的整体性。车用压缩天然气燃料系统的相关部件都涵盖于该标准中，共分为两部分。第一部分统一规定了燃料系统各部件的定义及各个部件的结构装配、接线、标识和电气设备；第二部分则规定了燃料系统各部件共有的试验方法和性能，总共分为11项，分别是气密性、液压强度、弯曲力矩、耐超力矩、耐腐蚀、连续性运行、电器超压、氧气老化、抗振性、浸泡非金属合成剂、黄铜材料的相容性等。
第三，各个部分具备关联性，又相互独立。所谓关联性，是指可以按照第二部分试验方法和通用性能的要求整合具有集成或符合结构的部件；所谓独立性，是指除满足通用条件外，两大部分中的各个部分都自成一体，均可单独运用。
第四，试验项目齐全。对于车用压缩天然气燃料系统可能遇到的诸如老化、高低温、金属、振动和燃料与非金属材料的相容性、超力矩和疲劳性等极限环境都进行了尽可能的测试。
第五，标准具备可发展性。该标准提供了新技术利用及开发的平台，对于标准中没有的新技术都明确注明承认。
二、 车用压缩天然气瓶阀的型式、材料及性能要求
（一） 装配与结构
根据ISO 15500标准，保证气密性达标是有接口部件应达到的基本要求。当需要拆卸接口时，最好是将接口换成带螺纹的配件。为了确保配件能与气瓶相匹配，螺纹应适用于适当的温度范围内。对于发动机零件来说，-45摄氏度至120摄氏度较为合适，其它部件则以-45摄氏度至85摄氏度的温度范围为佳。对于由若干个部件组成具备多种功能的部件，则应进行性能试验。
（二） 材料
ISO 15500标准规定，瓶阀所用材料必须能适用于CNG。对于所有膜片和密封件中的合成材料，都必须进行氧气老化试验。非金属合成剂浸泡试验适用于所有接触天然气的合成材料。对于那些经常暴露于各种腐蚀条件和恶劣天气下的部件，都应该使用具备较强耐腐蚀性的材料。
（三） 性能要求
液压强度试验要求试验压力必须为80MPa，持续时间不得少于3分钟。气密性试验所需压力和试验温度如表1所示。耐超力矩试验所需安装力矩为150%，确保无泄漏、损坏和变形等情况出现，方可开始试验。弯曲力矩试验要求首先将部件置于关闭位置，然后对系统增压到5kPa，并在15分钟内不间断地施加一个力，力的大小与管子的外直径大小正相关，具体受力情况如表2所示，如此即可在常温下进行气密性试验。弯曲力矩试验必须至少重复进行4次，每次试验必须沿水平轴方向将部件旋转90度，瓶阀在每次试验之间须开关3次，在试验完成之后，应检查部件是否有变形并撤除该部件。
连续性运行试验在使用压力和常温环境下进行，要完成9700次循环；在使用压力和85摄氏度的高温环境下，必须符合气密性规定，只需完成300次循环；在50%使用压力和-40摄氏度的低温环境下，应符合气密性试验要求，需完成300次循环。0.5MPa是试验装置的上限下游压力。在完成重复和循环气密性试验之后，必须确保手动气瓶阀的力矩小于规定数值，手轮应该能完全开启或关闭。
根据ISO 9227的规定，耐腐蚀试验需进行盐雾试验，时间不少于97小时，然后再进行气密性试验。氧气老化试验适用于以下情况：申请人未能提供起燃料密封性作用的非金属元件或合成剂部件的性能声明书。且在完成氧气老化试验之后，应确保无可见的损坏和裂纹。根据规定，氧气老化试验需在70摄氏度的温度环境下，在2MPa的压力下置于氧气中97小时。
非金属合成剂浸泡试验须在申请人未能提交材料试验结果声明书（由制造商提供）的情况下进行，主要是对部件中的非金属合成材料进行试验，试验本身必须符合试验机构的有关规定。在重量和体积方面，接触天然气的非金属元件应该没有超标的变化。在进行试验时，必须确保压力不低于20MPa且温度为常温，浸泡时间不少于72小时。在浸泡完成后，必须第一时间减小试验压力，指导低于大气压力位置，确保试样没有出现分裂和撕碎现象。用于部件的非金属合成材料，需将它们置于合成压缩机油内，试样在常温条件下浸泡至少72小时。在完成浸泡试验后，对试验进行检测，确保试样重量变化幅度小于10%，收缩率小于1%，膨胀率小于25%。
抗振性试验的频率为18Hz，将部件沿3个定位轴方向各振动2 h，振幅为115 mm，在完成总计6小时的振动后，部件应满足气密性试验的要求。黄铜材料的相容性试验是在申请人不能提供满意的性能声明书的情况下进行的（若部件制造商能提供文件证明其产品的价值范围，可免除这一要求），使试样在大气压和温度为34摄氏度的潮湿的氨-空气混合物中放置10天。在本步骤完成后，试样在25倍的放大率下应无裂纹。安全装置的试验包括15项，分别是液压强度试验、气密性试验、耐超力矩试验、弯曲力矩试验、连续性运行试验、耐腐蚀试验、氧气老化试验、非金属合成剂的浸泡试验、抗振性试验、黄铜材料的相容性试验、加速寿命试验、台上动作试验、热循环试验、抗冷凝腐蚀试验、流量试验等。
三、 结论
综上所述，当前车用压缩天然气瓶阀的技术标准对于瓶阀的基本型式做出了具体规定，在很大程度上限制了劣等型式的选用，确保了产品的质量。对于瓶阀的装配尺寸也做出了规定，这样既保证了与外接部件的相配性，又为瓶阀基本型式与功能的多样性提供了研发的空间。
参考文献：
[1] 苏文献，祝彦寿，马宁，李霁. 车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶强度试验及数值模拟[J]. 上海理工大学学报. 2010（02）
[2] 徐延海，李永生，黄海波. 表面损伤对全复合材料车用天然气气瓶强度的影响[J]. 天然气工业. 2008（01）
[3] 雷闽，李文春，梁勇军. 车用压缩天然气全复合材料气瓶缺陷分析[J]. 压力容器. 2010（03）
[4] 张应禄. 车用天然气缠绕气瓶安全分析[J]. 天然气工业. 2009（04）
【关键词】车用压缩天然气 瓶阀 技术要求
引言：今年来，随着我过经济的持续高速发展，个人及单位的汽车保有量不断增加。当前形势下，大力推广燃气汽车对于缓解大气污染和能源紧张局面来说是非常有必要的，也符合我国应用天然气资源的经济发展战略。然而，车用压缩天然气瓶阀作为天然气应用中的关键设备，其研究在我国还处于起步阶段。笔者经调查发现，当前我国各类频发的汽车安全事故大都与车用压缩天然气瓶阀的技术不到位、不规范有关，是不断造成财产损失和人员伤亡的重要原因，由此可见，加紧对车用压缩天然气瓶阀技术的研究甚为迫切。
一、 车用压缩天然气瓶阀技术要求的相关标准
ISO 15500《公路车辆——压缩天然气燃料系统部件》标准共包括19个部分，分别是定义及要求、试验方法和性能、手动阀、单向阀、自动阀、手动气瓶阀、压力指示器、燃气喷射器、燃气流量调节器、调压器、压力泄放阀、空气及燃气的混合器、限流阀、压力泄放装置、燃料硬管、通气软管及密封壳体、过滤器、燃料软管、接口配件。该标准的特点如下。
第一，注重突出个体。在制定试验方法和项目的过程中注重考虑各部件的具体特性，不仅对通用试验项目和方法加以详细叙述，而且介绍了个别项目或试验需改进或附加的其它试验方法和项目。
第二，具备较强的整体性。车用压缩天然气燃料系统的相关部件都涵盖于该标准中，共分为两部分。第一部分统一规定了燃料系统各部件的定义及各个部件的结构装配、接线、标识和电气设备；第二部分则规定了燃料系统各部件共有的试验方法和性能，总共分为11项，分别是气密性、液压强度、弯曲力矩、耐超力矩、耐腐蚀、连续性运行、电器超压、氧气老化、抗振性、浸泡非金属合成剂、黄铜材料的相容性等。
第三，各个部分具备关联性，又相互独立。所谓关联性，是指可以按照第二部分试验方法和通用性能的要求整合具有集成或符合结构的部件；所谓独立性，是指除满足通用条件外，两大部分中的各个部分都自成一体，均可单独运用。
第四，试验项目齐全。对于车用压缩天然气燃料系统可能遇到的诸如老化、高低温、金属、振动和燃料与非金属材料的相容性、超力矩和疲劳性等极限环境都进行了尽可能的测试。
第五，标准具备可发展性。该标准提供了新技术利用及开发的平台，对于标准中没有的新技术都明确注明承认。
二、 车用压缩天然气瓶阀的型式、材料及性能要求
（一） 装配与结构
根据ISO 15500标准，保证气密性达标是有接口部件应达到的基本要求。当需要拆卸接口时，最好是将接口换成带螺纹的配件。为了确保配件能与气瓶相匹配，螺纹应适用于适当的温度范围内。对于发动机零件来说，-45摄氏度至120摄氏度较为合适，其它部件则以-45摄氏度至85摄氏度的温度范围为佳。对于由若干个部件组成具备多种功能的部件，则应进行性能试验。
（二） 材料
ISO 15500标准规定，瓶阀所用材料必须能适用于CNG。对于所有膜片和密封件中的合成材料，都必须进行氧气老化试验。非金属合成剂浸泡试验适用于所有接触天然气的合成材料。对于那些经常暴露于各种腐蚀条件和恶劣天气下的部件，都应该使用具备较强耐腐蚀性的材料。
（三） 性能要求
液压强度试验要求试验压力必须为80MPa，持续时间不得少于3分钟。气密性试验所需压力和试验温度如表1所示。耐超力矩试验所需安装力矩为150%，确保无泄漏、损坏和变形等情况出现，方可开始试验。弯曲力矩试验要求首先将部件置于关闭位置，然后对系统增压到5kPa，并在15分钟内不间断地施加一个力，力的大小与管子的外直径大小正相关，具体受力情况如表2所示，如此即可在常温下进行气密性试验。弯曲力矩试验必须至少重复进行4次，每次试验必须沿水平轴方向将部件旋转90度，瓶阀在每次试验之间须开关3次，在试验完成之后，应检查部件是否有变形并撤除该部件。
连续性运行试验在使用压力和常温环境下进行，要完成9700次循环；在使用压力和85摄氏度的高温环境下，必须符合气密性规定，只需完成300次循环；在50%使用压力和-40摄氏度的低温环境下，应符合气密性试验要求，需完成300次循环。0.5MPa是试验装置的上限下游压力。在完成重复和循环气密性试验之后，必须确保手动气瓶阀的力矩小于规定数值，手轮应该能完全开启或关闭。
根据ISO 9227的规定，耐腐蚀试验需进行盐雾试验，时间不少于97小时，然后再进行气密性试验。氧气老化试验适用于以下情况：申请人未能提供起燃料密封性作用的非金属元件或合成剂部件的性能声明书。且在完成氧气老化试验之后，应确保无可见的损坏和裂纹。根据规定，氧气老化试验需在70摄氏度的温度环境下，在2MPa的压力下置于氧气中97小时。
非金属合成剂浸泡试验须在申请人未能提交材料试验结果声明书（由制造商提供）的情况下进行，主要是对部件中的非金属合成材料进行试验，试验本身必须符合试验机构的有关规定。在重量和体积方面，接触天然气的非金属元件应该没有超标的变化。在进行试验时，必须确保压力不低于20MPa且温度为常温，浸泡时间不少于72小时。在浸泡完成后，必须第一时间减小试验压力，指导低于大气压力位置，确保试样没有出现分裂和撕碎现象。用于部件的非金属合成材料，需将它们置于合成压缩机油内，试样在常温条件下浸泡至少72小时。在完成浸泡试验后，对试验进行检测，确保试样重量变化幅度小于10%，收缩率小于1%，膨胀率小于25%。
抗振性试验的频率为18Hz，将部件沿3个定位轴方向各振动2 h，振幅为115 mm，在完成总计6小时的振动后，部件应满足气密性试验的要求。黄铜材料的相容性试验是在申请人不能提供满意的性能声明书的情况下进行的（若部件制造商能提供文件证明其产品的价值范围，可免除这一要求），使试样在大气压和温度为34摄氏度的潮湿的氨-空气混合物中放置10天。在本步骤完成后，试样在25倍的放大率下应无裂纹。安全装置的试验包括15项，分别是液压强度试验、气密性试验、耐超力矩试验、弯曲力矩试验、连续性运行试验、耐腐蚀试验、氧气老化试验、非金属合成剂的浸泡试验、抗振性试验、黄铜材料的相容性试验、加速寿命试验、台上动作试验、热循环试验、抗冷凝腐蚀试验、流量试验等。
三、 结论
综上所述，当前车用压缩天然气瓶阀的技术标准对于瓶阀的基本型式做出了具体规定，在很大程度上限制了劣等型式的选用，确保了产品的质量。对于瓶阀的装配尺寸也做出了规定，这样既保证了与外接部件的相配性，又为瓶阀基本型式与功能的多样性提供了研发的空间。
参考文献：
[1] 苏文献，祝彦寿，马宁，李霁. 车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶强度试验及数值模拟[J]. 上海理工大学学报. 2010（02）
[2] 徐延海，李永生，黄海波. 表面损伤对全复合材料车用天然气气瓶强度的影响[J]. 天然气工业. 2008（01）
[3] 雷闽，李文春，梁勇军. 车用压缩天然气全复合材料气瓶缺陷分析[J]. 压力容器. 2010（03）
[4] 张应禄. 车用天然气缠绕气瓶安全分析[J]. 天然气工业. 2009（04）