根據(jù)目前掌握的情況來(lái)看,國(guó)內(nèi)天然氣汽車(chē)其安全隱患主要來(lái)自于以下幾個(gè)方面:
1.2.2.1 減壓器:存在有高壓氣室密封不嚴(yán)產(chǎn)生漏氣;密封件損壞導(dǎo)致泄漏;膜片損壞導(dǎo)致泄漏;橡膠密封墊變形,損壞導(dǎo)致泄漏;閥芯或閥座的損壞導(dǎo)致泄漏;殼體材料強(qiáng)度不夠,高壓時(shí)發(fā)生爆裂;質(zhì)量低劣在行車(chē)中突發(fā)故障,發(fā)生交通事故。
1.2.2. 混合器:其主要的事故方式是:有的正壓供氣裝置匹配有駐車(chē)停止供氣功能的混合器由于膜片的破損,閥芯的損傷,彈簧的損傷,或者說(shuō)在安裝初期其各調(diào)整、配合部位元件調(diào)整不合理造成的天然氣在駐車(chē)時(shí)發(fā)生泄漏,極易發(fā)生火災(zāi),或引起人員中毒。
另外則是因?yàn)榛旌掀鞯墓に嚰夹g(shù)未達(dá)到要求,對(duì)汽車(chē)行駛工況有影響,有時(shí)在突發(fā)故障的影響下導(dǎo)致行車(chē)過(guò)程中發(fā)生交通事故。
1.2.2.3 高壓氣瓶包括氣瓶閥:高壓氣瓶漏氣在各個(gè)城市均有發(fā)現(xiàn),應(yīng)當(dāng)說(shuō)這是最大的安全隱患,應(yīng)當(dāng)絕對(duì)控制。
1.2.2.4 高壓管路、管路截止閥、電磁閥、壓力表:高壓管路的破損,各類(lèi)閥門(mén)的氣密性不佳,可靠性較差,都有可能造成天然氣的泄漏引起人員中毒或失火,并且,曾發(fā)生過(guò)多起因天然氣壓力表不合格引起的壓力表爆炸事件。
1.2.2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油部件的隱患:在國(guó)內(nèi)發(fā)生的多起事故中多因?yàn)闄C(jī)械式汽油泵在燃?xì)鈺r(shí)未停止供油,油管破損漏油造成失火,化油器浮子室的浮筒在無(wú)油狀態(tài)下的顛簸損傷造成在改用汽油時(shí)發(fā)生汽油泄漏導(dǎo)致失火。
1.3 天然氣汽車(chē)推廣應(yīng)用發(fā)達(dá)國(guó)家情況:
雖然國(guó)外早期使用天然氣發(fā)生過(guò)不少事故,但可以肯定的是這些事故絕大多數(shù)都是在沒(méi)有對(duì)各關(guān)鍵零部件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制,對(duì)安裝、使用、維護(hù)也沒(méi)有嚴(yán)格要求的情況下發(fā)生的。例如,在前蘇聯(lián)利沃夫鐵路局運(yùn)輸隊(duì)有100~120輛壓縮天然氣汽車(chē),但在37年的使用期間卻從未發(fā)生過(guò)一起因天然氣裝置而造成的事故。
以下意大利十年間使用壓縮天然氣的事故數(shù)據(jù)表明,成熟的天然氣汽車(chē)是一種高度安全的汽車(chē)。
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年度 | 天然氣氣瓶數(shù) | 天然氣汽車(chē)數(shù) | 爆炸次數(shù) | 每1000個(gè)瓶爆炸率 |
1974 | 407,655 | 104,889 | 6 | 0.0147 |
1975 | 586,663 | 170,029 | 5 | 0.0085 |
1976 | 729,174 | 210,753 | 2 | 0.0027 |
1977 | 961,298 | 229,188 | 1 | 0.0013 |
1978 | 804,236 | 253,470 | 2 | 0.0024 |
1979 | 859,807 | 275,756 | 2 | 0.0023 |
1980 | 922,223 | 304,469 | 2 | 0.0021 |
1981 | 969,065 | 324,336 | — | — |
1982 | 995,626 | 328,187 | — | — |
1983 | 1,001,912 | 342,273 | — | — |
從以上材料看來(lái)人們普遍擔(dān)心的氣瓶爆炸事件基本上是可以杜絕的,并且在當(dāng)今技術(shù)日趨完善的條件下,各天然氣普遍的泄漏也逐年降低,來(lái)自前蘇聯(lián)的數(shù)據(jù)表明,這種概率已可以讓人們確信,天然氣汽車(chē)可以象汽、柴油汽車(chē)一樣安全的使用。
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部件 | 每年發(fā)生一次漏氣的概率 |
天然氣管線 | 1.75×10-8 |
加氣管線 | 4.96×10-7 |
氣瓶和儀表裝置聯(lián)接處 | 1.1×10-7 |
系統(tǒng)整體 | 0.636×10-6 |
以上的事實(shí)表明天然氣汽車(chē)是一種清潔、安全的替代燃料用車(chē),雖然在發(fā)展初期,以及在不嚴(yán)格的管理下曾發(fā)生過(guò)各種各樣的事故,但其技術(shù)已完全成熟其安全性有保障。重點(diǎn)在每一天然氣汽車(chē)推廣示范城市在推廣應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)安全的監(jiān)管。總結(jié)歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),我們提出以下幾點(diǎn)具體的、系統(tǒng)的并具有可操作性的天然氣汽車(chē)系統(tǒng)的安全性技術(shù)基礎(chǔ),及安全性構(gòu)成要素保障方法、應(yīng)對(duì)策略。
二、天然氣汽車(chē)系統(tǒng)安全性的構(gòu)成要素
使用天然氣的汽車(chē),其天然氣的儲(chǔ)存、減壓、配比、控制等是一個(gè)有機(jī)的整體,為了保障汽車(chē)的安全,則需要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,以及系統(tǒng)的工作環(huán)境的正常,系統(tǒng)的操作正確。因此,簡(jiǎn)略地說(shuō)就是圍繞"預(yù)防明火、防止漏氣"來(lái)做工作,使得各個(gè)參與工作的組成要素都能確保正常的工作。
根據(jù)天然氣汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和燃?xì)馓攸c(diǎn),我們認(rèn)為其安全性的構(gòu)成要素、有結(jié)構(gòu)的因素、制造質(zhì)量的因素、人為的因素,具體說(shuō)有以下幾個(gè)方面:2.1天然氣本身的安全性;2.2氣瓶的安全性;2.3輸氣管道的安全性;2.4減壓器的安全性;2.5混合器的安全性;2.6各類(lèi)控制和非控制性接頭閥的安全性;2.7發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)工作環(huán)境的安全性;2.8改裝對(duì)原機(jī)油路機(jī)構(gòu)影響導(dǎo)致的不安全因素;2.9改裝對(duì)原車(chē)結(jié)構(gòu)安全性的影響;2.10操作人員的因素。
2.1 天然氣本身的安全性
2.1.1 天然氣的不安全因素
天然氣中含有少量的有毒氣體,泄漏的氣體可能導(dǎo)致人員中毒,尤其是司機(jī)的中毒或使其工作狀態(tài)惡化增大交通事故的發(fā)生可能性,另外天然氣的發(fā)火界限寬,使得其在空氣中遇火燃燒的可能性增大。
2.1.2 天然氣比之汽、柴油的安全優(yōu)點(diǎn)
天然氣的自燃溫度高達(dá)680℃~750℃,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油的260℃~370℃,柴油的240℃。這一特性決定了當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞、翻車(chē)等事故時(shí),燃料在容器內(nèi)激烈震蕩、磨擦、溫度劇升,達(dá)到自然點(diǎn)起火爆炸的可能性要比汽、柴油小得多。
天然氣的著火下限高。天然氣的著火下限體積比為5%,又由于天然氣密度小能迅速向上擴(kuò)散的特點(diǎn),使得一般情況下天然氣發(fā)生泄漏時(shí),不能聚積而致著火。因此,其遇明火而燃燒爆炸的可能性比之汽油低。
2.2 天然氣儲(chǔ)氣瓶的安全性
來(lái)自于天然氣儲(chǔ)氣瓶的危險(xiǎn)有兩個(gè)方面,一是氣瓶本身是一個(gè)高壓容器,由于氣瓶本身的質(zhì)量不過(guò)關(guān),導(dǎo)致氣瓶在高壓狀態(tài)下因外部沖擊或環(huán)境的劇烈變化而發(fā)生自爆。二是儲(chǔ)氣瓶漏氣導(dǎo)致遇火燃燒、爆炸。
自國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用天然氣汽車(chē)以來(lái),尚未發(fā)生過(guò)一例因氣瓶的自爆而發(fā)生的爆炸傷亡事故,而對(duì)于氣瓶的泄漏現(xiàn)象則發(fā)生過(guò)多起。綜合這些事故的發(fā)生原因,我們認(rèn)為其密封不良的原因可能是:
2.2.1 小總成失效
2.2.2 破壞了正常的工藝規(guī)范
2.2.3 裝置的制造質(zhì)量低下
2.2.4 各總成、密封件、對(duì)接面、閥等的結(jié)構(gòu)不完善
2.2.5 裝置在車(chē)上的裝配質(zhì)量低下
2.2.6 發(fā)生異常情況(溫度升高、振動(dòng)和沖擊過(guò)大)
2.3 輸氣管道的安全性
輸?shù)拦艿赖牟话踩蛩刂饕獊?lái)自四個(gè)方面:
2.3.1 高壓輸氣管質(zhì)量缺陷,其防爆破能力差,使得在高壓狀態(tài)下突發(fā)破裂,造成氣體大量泄漏。
2.3.2 由于天然氣中的硫分子對(duì)管道的腐蝕性,導(dǎo)致管道受損引起泄漏。
2.3.3 管道在長(zhǎng)時(shí)間使用后外部磨損導(dǎo)致漏氣。
2.3.4 低壓管在較高溫的工作環(huán)境下長(zhǎng)期工作,局部老化變形、破損導(dǎo)致直接漏氣進(jìn)人發(fā)動(dòng)機(jī)罩,此種漏氣危險(xiǎn)性極大。
2.4 減壓器安全性
減壓器作為壓縮天然氣汽車(chē)的主要工作部件,其質(zhì)量的穩(wěn)定可靠與否直接影響到車(chē)輛的行駛性能和安全,減壓器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,其泄漏事故也較多,并且在多數(shù)減壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩的情況下,其泄漏的危險(xiǎn)性也更大。根據(jù)目前掌握的情況來(lái)看,減壓器泄漏的情況大致有以下幾個(gè)方面:
2.4.1 減壓器制造質(zhì)量低下,其出廠初期即密封不嚴(yán)存在內(nèi)泄和外泄情況。
2.4.2 減壓器材料不合格,在使用中發(fā)生殼體爆裂。
2.4.3 有的減壓器的可靠工作時(shí)間短,其部分易損件破損后導(dǎo)致氣體內(nèi)泄、功能失常,如膜片損壞,閥芯磨損等情況或者由于氣體的腐蝕而發(fā)生部分銹蝕,或者雜質(zhì)堆積造成減壓器功能失調(diào)影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作,嚴(yán)重時(shí)影響車(chē)輛安全運(yùn)行,或引起氣體外泄入發(fā)動(dòng)機(jī)罩引發(fā)火災(zāi)。
2.5 混合器的安全性
目前各地區(qū)使用單一天然氣燃料的汽車(chē)基本上沒(méi)有,多數(shù)汽車(chē)都是采用在原機(jī)化油器上加裝一個(gè)天然氣與空氣混合器的方法來(lái)進(jìn)行燃?xì)獾呐浔群土髁康目刂?,這種改裝本身只是一種權(quán)宜之計(jì),其原機(jī)化油器與混合器的配合則成了一個(gè)重要課題。從目前我國(guó)采用的混合器的類(lèi)型來(lái)看,有兩種情況,一種是配合負(fù)壓供氣減壓器的文丘里式喉管混合器,由于此種混合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單因而應(yīng)用較廣,但是一旦減壓器工作失常改由正壓供氣或者設(shè)計(jì)者為了功率的提高采用正壓供氣,在駕駛員疏忽的情況下,則可能造成氣體泄漏進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)罩下,一遇火源則形成火險(xiǎn)。另外一種則是配合正壓供氣減壓器的比例調(diào)節(jié)式混合器,此種混合器按照其原理,在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)即使其它輸氣機(jī)構(gòu)處于開(kāi)啟狀態(tài),它也能夠防止天然氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)罩。但是我們應(yīng)當(dāng)預(yù)防的也就是這種混合器的這種功能失效。因此,配合此功能而設(shè)計(jì)的各參與機(jī)構(gòu);部件應(yīng)當(dāng)有良好的可靠性,否則稍有大意氣體泄漏難免遇火源易引發(fā)火災(zāi)。
2.6 各類(lèi)控制性和非控制性接頭的安全性
可以說(shuō)在正常的情況下,最難控制的也正是各個(gè)接頭的氣體泄漏情況,尤其在天然氣汽車(chē)的最初安裝過(guò)程中,各個(gè)接頭的氣密性往往要經(jīng)過(guò)多次裝配才能達(dá)到要求,并且在天然氣汽車(chē)的使用過(guò)程中,一些控制性接頭,如各類(lèi)手動(dòng)控制閥,電磁閥等等,由于其工作頻繁,容易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,根據(jù)天然氣汽車(chē)的安裝布置其接頭安全要素可歸結(jié)為:
充氣嘴——充氣閥——手動(dòng)高壓截止閥——高壓電磁截止閥——高壓表——以及涉及各機(jī)構(gòu)的卡套接頭。
2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)工作狀態(tài)的環(huán)境安全性
天然氣系統(tǒng)發(fā)生泄漏并不會(huì)一定導(dǎo)致發(fā)生失火或爆炸,火源應(yīng)當(dāng)是它的一個(gè)必備條件,因此,發(fā)動(dòng)機(jī)或者說(shuō)整車(chē)的運(yùn)行狀況是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行和工作條件我們分析火源的產(chǎn)生可能會(huì)是以下某一個(gè)方面。
2.7.1 汽車(chē)電氣設(shè)備高壓部分跳出電火花
2.7.2 發(fā)動(dòng)機(jī)、電線過(guò)熱部分著火
2.7.3 電氣設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)起效時(shí)跳出火花
2.7.4 金屬部件接觸時(shí)跳出火花
2.7.5 跳出靜電火花
2.7.6 進(jìn)氣系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)回火及噴出火焰
2.7.7 外來(lái)火源
2.8 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)改裝而產(chǎn)生的不利因素
雖然它也屬于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)中的一部分,但是,由于它是引發(fā)國(guó)內(nèi)多起事故的主要原因,故而將它獨(dú)列說(shuō)明。
燃用汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)改用燃油、氣并用的發(fā)動(dòng)機(jī)后,對(duì)原來(lái)的油路機(jī)構(gòu)有一定的改變,并且,在使用中一些燃油功能件可能會(huì)對(duì)燃?xì)鉅顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生不適應(yīng),其主要的影響有以下幾方面。
2.8.1 在燃用天然氣時(shí)需要將油路停止,因此,必須引入一個(gè)控制燃油的燃油截止閥,燃油截止閥的可靠性是一個(gè)重要因素,并且其安裝位置也直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)工作的性能和安全。
2.8.2 一般來(lái)說(shuō)在使用油氣兩用的汽車(chē)時(shí),要求將原來(lái)的機(jī)械式汽油泵改成電子油泵,以免機(jī)械油泵在燃?xì)鈺r(shí)不停止工作,在非正常狀態(tài)下的長(zhǎng)久工作可能造成油路的破損、漏油,遇火源引發(fā)火災(zāi)。
2.8.3 此外有一個(gè)技術(shù)性的因素則是,天然氣與空氣的混合器目前多是裝在原發(fā)動(dòng)機(jī)的化油器上來(lái)執(zhí)行,化油器雖然能滿足燃?xì)獾母黜?xiàng)功能執(zhí)行,但其本身在無(wú)油狀態(tài)下的工作會(huì)影響其性能和部件的可靠性,尤其是其浮子室內(nèi)的浮筒在無(wú)油時(shí),在劇烈的顛簸狀態(tài)下極易磨損,一旦用油時(shí)其工作失效引發(fā)事故。
2.9 改裝對(duì)原車(chē)結(jié)構(gòu)安全性的影響
對(duì)于那些直接在原車(chē)生產(chǎn)廠有生產(chǎn)的天然氣汽車(chē),由于其設(shè)計(jì)合理、制造嚴(yán)格,一般不存在因氣瓶的安裝而對(duì)車(chē)架、車(chē)身造成的不安全因素,而現(xiàn)在通過(guò)對(duì)在用車(chē)的改裝來(lái)達(dá)到改油燃?xì)獾姆绞?,因各自有一套設(shè)計(jì)方案,并未經(jīng)嚴(yán)格地審查和檢驗(yàn),并且在改裝的過(guò)程中又有許多因循和方便的地方,甚至有的改裝廠為了追求速度、效益,忽視了一些應(yīng)當(dāng)嚴(yán)重關(guān)注的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題,因而導(dǎo)致對(duì)車(chē)轎、車(chē)架的結(jié)構(gòu)破壞或者影響了車(chē)輛的載荷分布,從而影響車(chē)輛的行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等對(duì)車(chē)輛安全極為重要的性能。
就普通情況而言,其影響主要是氣瓶布置的影響又分為以下幾個(gè)方面:
2.9.1 對(duì)車(chē)輛前、后橋的影響
2.9.2 對(duì)車(chē)架的影響
2.9.3 對(duì)車(chē)輛行駛通過(guò)性的影響
2.9.4 對(duì)車(chē)輛載荷分布的影響
2.9.5 氣瓶相互間結(jié)構(gòu)和牢固程度涉及的安全因素,
2.10 操作人員的因素
天然氣汽車(chē)在日常運(yùn)營(yíng)中的具體操作是有別于單純的燃油汽車(chē),首先其燃料高達(dá)20MPa,具有一定的危險(xiǎn),在充氣過(guò)程中應(yīng)當(dāng)特別注意。
其次,要正確使用燃?xì)馄?chē),避免不當(dāng)使用造成的事故。
再者,要掌握應(yīng)付天然氣汽車(chē)突發(fā)事故的措施。
三、天然氣汽車(chē)系統(tǒng)的質(zhì)量保證體系
天然氣汽車(chē)系統(tǒng)作為一個(gè)由多個(gè)零部件構(gòu)成的協(xié)調(diào)的工作整體,其質(zhì)量,正常運(yùn)行的保證需要以各個(gè)零部件質(zhì)量保證為前提,并且在生產(chǎn)或改裝天然氣汽車(chē)的過(guò)程中嚴(yán)格地保證其質(zhì)量;不僅如此,對(duì)不同的車(chē)型其天然氣系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)方案是否合理,最大限度地保障了系統(tǒng)的安全性,也是作為系統(tǒng)質(zhì)量保證體系的重要組成部分,除此以外,在使用中如何正確地使用以保證天然氣系統(tǒng)的使用況優(yōu)良也是必不可少的。針對(duì)以上情況,我們認(rèn)為要確保天然氣汽車(chē)系統(tǒng)的質(zhì)量需要從以下幾個(gè)方面著手:
3.1●天然氣汽車(chē)用高壓氣瓶的質(zhì)量保證體系;
3.2●天然氣汽車(chē)用壓縮天然氣減壓器混合器及其它部件質(zhì)量保證體系;
3.3●天然氣汽車(chē)其天然氣系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)方案及安裝;
3.4●天然氣汽車(chē)使用、維護(hù)質(zhì)量保證體系;
3.5●天然氣汽車(chē)質(zhì)量保證的規(guī)范體系。
3.1 天然氣汽車(chē)用高壓氣瓶的質(zhì)量保證體系
目前,在天然氣汽車(chē)上使用最廣泛的儲(chǔ)存手段仍然是高壓氣瓶(20Mpa),而高壓氣瓶的使用在心理上總讓人認(rèn)為有潛在的不安全因素,同時(shí),在技術(shù)上也有一些復(fù)雜的問(wèn)題需要解決,而事實(shí)上,最具潛在危險(xiǎn)的高壓氣瓶組并非是天然氣汽車(chē)使用中的最不安全部分,多年來(lái)的使用證明目前采用的系列的天然氣茼壓氣瓶,氣瓶裝置系統(tǒng)其設(shè)計(jì)、制造都能滿足汽車(chē)安全性的要求,現(xiàn)有規(guī)則也恰恰是從使用安全的角度規(guī)定了氣瓶的材料、結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)及使用技術(shù)條件。
3.1.1 壓縮天然氣氣瓶裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是基于整個(gè)氣瓶車(chē)的防火防爆安全性。設(shè)計(jì)和制造部門(mén)要致力于解決防火和防爆兩方面的問(wèn)題,研制出盡可能安全的部件、聯(lián)接和組件結(jié)構(gòu),同時(shí)加裝專門(mén)的防護(hù)措施,當(dāng)發(fā)生漏氣或氣密封不良時(shí),能使著火和爆炸的可能性盡量減少。就世界范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)表明,只要充分滿足了氣瓶裝置防火、防爆安全性的要求,壓縮天然氣汽車(chē)的安全性就得到了保障,并且,理論上可超過(guò)液體燃料汽車(chē)。