车用超低温液化气瓶研制技术报告

1、车用超低温液化气瓶研制技术报告车用超低温液化气瓶作为一种替代汽车油箱盛装、储存、供给燃料（液化天然气），并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器，其作用是储存并供给燃料。当液化天然气汽车工作时, 燃料气瓶中的液态天然气在自身压力的作用下, 从液体排出管路中流出lng燃料气瓶,经燃料切断阀和过流阀进入汽化器内被加热汽化, 供汽车使用。车用超低温液化气瓶主要由奥氏体不锈钢内胆、外壳、高真空多层绝热夹层、阀门管路、安全系统等组成。山东鑫昊特种装备股份有限公司开发、生产的车用超低温液化气瓶设计为双层（真空）结构。内胆承受一定的压力用来贮存和供给低温状态下的液化天然气，在其外壁缠绕有玻璃纤维纸和光洁铝箔组

2、成的多层绝热材料，多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。外壳主要用来与内胆形成夹层空间（两层容器之间的空间）和把内胆支撑起来的作用。夹层空间被抽成高真空与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统，用以延长液化天然气的贮存时间。外壳和内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定。支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时所产生的加速、减速，运行时的振动以及补偿内胆低温状态下长度方向的冷缩。该液化气瓶主要适用于公交车、载重车、出租车等领域。产品具有真空度高、保温性能好、结构设计紧凑、使用操作方便、安全性好等优点，是一种新型的替代汽车油箱盛装、储存、供给燃料（液化天然气）设备。一、我国车用超低温

3、液化气瓶现状的概述液化天然气（lng）汽车是继压缩天然气（cng）和液化石油气（lpg）汽车之后才开始发展起来的一种新型环保汽车，从本质上讲也是天然气汽车，但由于汽车携带的lng比cng具有更高的燃料密度，压力低，所需气瓶自重轻，汽车一次充气的行驶里程（300800km）较cng远得多，lng同时又能象油品一样运输，同时具有cng汽车和lpg汽车的优点，而克服了它们的不足，因此具有更强的实用性，被认为是燃气汽车的发展方向，从推广车型来看，lng不但适用于城市公交车，也适用于大型货运车辆和城市大巴，尤其是长途车辆。lng汽车和加气站技术的关键点在于lng的储存、运输和计量销售，因为-162的ln

4、g对储罐、管阀及控制系统都有一些特殊要求，因此其技术难度较cng和lpg都大，但现在我国已完全掌握其应用技术并实用化，相关设备和部件都已成为标准化产品，系列化生产，美国消防防火协会（nfpa）还制定了专门的加气站设计标准和车辆改装标准，近年来全世界lng汽车保有量的迅速增加也说明此项技术是完全成熟的。从发展趋势看，一些完全掌握该技术并已成熟化的国家，如美国等正在抓紧lngv的产业化和规模化推广，拟在一些重点城市和交通干道网络化布点建站，形成区域性lng汽车应用区。而一些在技术上没有完全成熟或起步较晚的国家，如日本、德国等正在加紧该技术的开发和示范，均有意把lng技术全面产业化并大规模发展。国内

5、lng产业虽然起步较晚，但在lng汽车技术方面发展很快，随着国外技术信息的传入和近年来清洁汽车行动的实施，lng汽车已为业内人士所熟知，并已有一些企业拟着手这项技术的开发和推广应用。国内lng产业的起步增强了人们对发展lng汽车的信心，而且速度和规模也越来越快、越来越大；同时伴随着lng汽车及加气站系统的研发、制造的不断深入，lng汽车技术很快会象cng汽车技术一样在国内兴起。目前我国从事超低温研究的大专院校主要有：上海交通大学、兰州理工大学、大连理工大学。各合作院校都设立有自己的研发研究机构，并在研发水平上都具有国家一流水平。目前我国从事超低温设备生产的企业主要有：查特深冷工程系统（常州）有

6、限公司、北京天海工业有限公司、张家港中集圣达因低温装备有限公司以及张家港富瑞特种装备有限公司等。山东鑫昊特种装备股份有限公司审时度势，投入了较大的人力、物力并结合国内外有关低温装备先进技术进行车用超低温液化气瓶研制开发，目前已经开发成功并投入试生产及应用。二、车用超低温液化气瓶基本原理及主要结构（一）基本原理车用超低温液化气瓶作为一种替代汽车油箱盛装、储存、供给燃料（液化天然气），并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器，其作用是储存并供给燃料。当液化天然气汽车工作时, 燃料气瓶中的液态天然气在自身压力的作用下, 从液体排出管路中流出lng燃料气瓶,经燃料切断阀和过流阀进入汽化器内被加热汽化,

7、供汽车使用。（二）产品结构车用超低温液化气瓶主要由由奥氏体不锈钢内胆、外壳、高真空多层绝热夹层、阀门管路、安全系统等组成。其气瓶的结构图和外形图如下图一、二： 图一、 产品结构图 图二、产品外形图三、技术路线及生产工艺流程（一）技术方案和说明1、总体技术路线车用超低温液化气瓶采用双层（真空）结构，主要由奥氏体不锈钢内胆、外壳、高真空多层绝热夹层、阀门管路、安全系统等组成。内胆采用奥氏体型不锈钢材料焊接而成，在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和铝箔组成的多层绝热材料，绝热材料采用阻燃材料，以降低热导率，提高隔热性能；外壳采用采用奥氏体不锈钢或碳钢材料焊接而成，并使外壳与内胆形成夹层空间，把内胆支撑起来；

8、夹层空间被抽成高真空，并与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统；内胆设计两级安全阀，在内胆超压时起到保护作用。2、主要结构和部件采用的技术措施（1）在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和铝箔组成的多层绝热材料，多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。（2）外壳与内胆形成夹层空间，夹层空间被抽成高真空，并与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统，用以延长液化天然气的储存时间。（3）外壳与内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定。支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时所产生的加速、减速、运行时的震动。（4）气瓶所有的外部管路、阀件都设置在气瓶一端，并用保护环或保护罩进行防护。（5）内胆设置两级安全

9、阀（管路系统中），在内胆超压时起到保护作用。（6）在夹层超压条件下，外壳的保护通过一个环形的真空塞来实现。（7）设置了经济阀和过流阀。当外部管路发生破裂时，可通过过流阀的自动关闭，达到有效避免次生危险的发生。（8）在整套系统中设置了自增压系统。自增压系统包括：增压截止阀、升压调节阀、自增压盘管及相应的管路。该系统能够保证且稳定地通过气瓶的正常的供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需要额外的能源。（二）生产工艺流程车用超低温液化气瓶生产工艺流程如下： 1、材料控制焊接材料材料复验确认入库原材料待检材料复验确认入库外协（购）件待检复验确认入库2、内胆控制筒体及试板下料卷筒纵缝焊接筒

10、体校圆纵缝探伤清洗烘干内筒体组件焊接内胆组件纵缝焊接内胆环缝焊接内胆环缝探伤内胆气压试验内胆氦质谱检漏绝热材料包扎安装分子筛、氧化鈀（外胆套装阀封口焊接）3、外胆控制外胆筒体下料卷筒纵缝焊接筒体校圆清洗烘干外胆套装阀封口焊接4、内外胆组合、检验（内胆安装分子筛、氧化鈀）（外胆套装阀封口焊接）外胆环缝焊接整体抛光保护圈组件焊接真空夹层氦质谱检漏抽真空夹层真空漏放气速率检测阀门管路组焊及装配气密试验静态蒸发率检验氮气封存铭牌安装及标示张贴外部管路及液化器安装外部管路气密最终检验入库四、产品规格、用途、性能特点及主要技术性能参数（一）产品规格型号cdpw500-275-1.59cdpw600-375

11、-1.59cdpw600-450-1.59cdpw600-500-1.59公称容积 l275375450500有效容积 l253345414460（二）产品用途车用气瓶由不锈钢内、外胆，高真空绝热夹层，安全装置,阀门管路系统等组成，用于贮存和使用液化天然气，并能自动提供连续的气体，适用于公交车、载重车、出租车等。（三）产品主要性能特点（1）可靠性好、安全性高：采用双壳体结构设计，外壳与内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定，支撑系统能够承受车辆在行驶时所产生的加速、减速、运行时的震动；内胆设置的两级安全阀（管路系统中），在内胆超压时起到保护作用；设置的经济阀和过流阀；当外部管路发生破裂时，可通

12、过过流阀的自动关闭，达到有效避免次生危险的发生。这些大大提高了气瓶的安全可靠性。（2）保温性能好。在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和铝箔组成的多层绝热材料，多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。（3）真空度高、气密性好。由于设置了抽真空阀体总成（三级密封，便于封结真空，便于抽真空），大大提高了气瓶的真空度和气密性。（4）节能。在整套系统中设置的自增压系统能够保证且稳定地通过气瓶的正常的供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需要额外的能源。（四）主要技术性能参数项 目单 位设计参数(指标)备注内 胆外 胆工作压力mpa1.59-0.1计算压力3.18-0.21外壳

13、为外压气压试验压力3.18日蒸发率0.21*ln2漏放气速率试验：漏放气速率pa·m3/s不低于6×10-7充装液氮后夹层真空度pa2×10-2五、研制过程中解决的主要技术关键及项目主要创新点：（一）研制过程中解决的主要技术关键在产品的研制过程中，我们围绕车用超低温液化气瓶设计和制造过程中遇到的技术难点进行科技攻关，解决的主要技术关键有以下几个方面：1、超低温液化气瓶的双层结构设计技术（包括设计参数和材料的选择）；2、超低温液化气瓶夹套的提高真空度的抽真空技术；3、内胆外壁绝热材料的选择与缠绕技术；4、气密性试验技术（二）项目主要创新点 在研发车用超低温液化气瓶过

14、程中，为了提高车用超低温液化气瓶的整体性能，我们组织科研人员进行了技术攻关，并进行了以下几方面的改进和创新：1、采用双层（真空）结构。形成内胆、外壳、高真空多层绝热夹层结构。在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和铝箔组成的多层绝热材料，绝热材料采用阻燃材料，以降低热导率，提高隔热性能。2、采用了抽真空阀体总成。该阀体总成设计为三级密封，便于封结真空，便于抽真空。3、设置了自增压系统。自增压系统包括：增压截止阀、升压调节阀、自增压盘管及相应的管路。该系统能够保证且稳定地通过气瓶的正常的供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需要额外的能源。稳定的压力是通过调节升压调节阀来控制的，当气瓶顶部的压

15、力低于升压调节阀设定的压力时，液化天然气通过增压截止阀和升压调节阀后进入自增压盘管与空气进行热交换，液体变成蒸汽回到气瓶顶部。由于液化天然气的液气比较大，因此使得压力升高。当压力等于升压调节阀的压力后，升压调节阀自动关闭，气瓶压力不再继续升高。达到了便于自动调节瓶内压力，持续供给发动机燃料目的。 4、采用了后端十字架支撑结构。采用该结构便于纵向、轴向受力，便于运行中因突然接受外力引起的断裂，减少导热。5、“保温防护材料缠绕机”已申报实用新型专利，专利申请号：201220401489.x。本实用新型所述的压力容器保温防护材料缠绕机，包括支架、压力容器定位装置和安装保温防护材料的支撑座，压力容器定

16、位装置和支撑座对应安装在支架的两侧，压力容器定位装置包括刻盘和滑动尾座，卡盘设在之间的一边，卡盘连接驱动装置，对应卡盘在支架的另一边摄制滑动尾座，配合滑动尾座在指甲上设置滑道，滑动尾座上设有定位销。解决的技术问题是：能将保温防护材料均匀缠绕到压力容器的外壳上，减少了操作人员的劳动强度，对压力容器保温防护效果更佳，提高了内胆外壁缠绕保温防护材的效率和质量。6、“便于检测真空度的抽真空阀”已申报实用新型专利，专利申请号：201220401486.6。包括阀体、阀杆和阀块，阀体的侧壁上设置抽气管，阀杆顶部安装手柄，底部连接阀块，阀体的侧壁上连接真空规管，真空规管连接真空计。真空规管是测量真空度的传感

17、器，抽真空阀在工作时，其侧壁上设置的真空规管能够随时将测量到的真空度信号传输到真空计上，经过放大处理就可以显示出抽真空阀阀体中的真空度，操作简单方便。解决的技术问题是：提供一种结构简单合理、便于随时检测真空度的抽真空阀。项目经淄博市科技情报研究所科技查新，查新结论为：在文献检索范围内，国内未见研究内容相同的文献报道。六、产品质量检测、用户使用情况（一）产品质量检测情况产品经大连市锅炉压力容器检验研究院（国家气瓶型式试验结构）检测，各项技术指标均符合q/sxh-js00-2012汽车用液化天然气气瓶标准的要求。 （二）产品用户使用情况产品已经在辽宁、河南、安徽、山东等十多省、市销售，产品应用用户

18、已发展到500余家，使用量已达3500余台。博兴文浩汽车服务有限公司、桓台县新城振益汽车修理厂、辽河油田晨宇重卡装备有限公司、日照稳健燃气有限公司等单位应用后认为：山东鑫昊特种装备股份有限公司生产的车用超低温液化气瓶，产品质量稳定，具有保温性好、真空度高、安全、安装使用方便等优点。其产品的各项性能指标要优于国内同类型的车用液化气瓶。七、项目达到的技术水平 我公司研制的车用超低温液化气瓶严格按照国家相关标准和企业标准的技术要求设计制造，始终把产品质量作为首要目标来考虑，因此，该产品具有较高的安全可靠性。我公司从2011年开始研制车用超低温液化气瓶，经过公司全体人员的共同努力下和反复试验，解决了多

19、项技术关键，通过了产品型式试验。目前国内同行业生产车用超低温液化气瓶规模较大的企业主要有：查特深冷工程系统（常州）有限公司、北京天海工业有限公司、张家港中集圣达因低温装备有限公司以及张家港富瑞特种装备有限公司等。国外同行业著名的公司有：美国的查特公司和泰来华顿公司等。我公司生产的车用超低温液化气瓶产品经山东省特种设备检验研究院检验中心检测验证，产品性能及各项指标均符合q/sxh-js00-2012汽车用液化天然气气瓶标准要求，用户使用后反映很好。我公司生产的车用超低温液化气瓶与国内外同类产品对比分析见下表: 与国内外同类产品主要性能对比表项目本公司国内国外静态蒸发率1.8%/dd2.1%/dd1.8%/dd真空度2×10-4pa2