根据目前掌握的情况来看,国内天然气汽车其安全隐患主要来自于以下几个方面:
1.2.2.1 减压器:存在有高压气室密封不严产生漏气;密封件损坏导致泄漏;膜片损坏导致泄漏;橡胶密封垫变形,损坏导致泄漏;阀芯或阀座的损坏导致泄漏;壳体材料强度不够,高压时发生爆裂;质量低劣在行车中突发故障,发生交通事故。
1.2.2. 混合器:其主要的事故方式是:有的正压供气装置匹配有驻车停止供气功能的混合器由于膜片的破损,阀芯的损伤,弹簧的损伤,或者说在安装初期其各调整、配合部位元件调整不合理造成的天然气在驻车时发生泄漏,极易发生火灾,或引起人员中毒。
另外则是因为混合器的工艺技术未达到要求,对汽车行驶工况有影响,有时在突发故障的影响下导致行车过程中发生交通事故。
1.2.2.3 高压气瓶包括气瓶阀:高压气瓶漏气在各个城市均有发现,应当说这是最大的安全隐患,应当绝对控制。
1.2.2.4 高压管路、管路截止阀、电磁阀、压力表:高压管路的破损,各类阀门的气密性不佳,可靠性较差,都有可能造成天然气的泄漏引起人员中毒或失火,并且,曾发生过多起因天然气压力表不合格引起的压力表爆炸事件。
1.2.2.5 发动机燃油部件的隐患:在国内发生的多起事故中多因为机械式汽油泵在燃气时未停止供油,油管破损漏油造成失火,化油器浮子室的浮筒在无油状态下的颠簸损伤造成在改用汽油时发生汽油泄漏导致失火。
1.3 天然气汽车推广应用发达国家情况:
虽然国外早期使用天然气发生过不少事故,但可以肯定的是这些事故绝大多数都是在没有对各关键零部件进行严格的质量控制,对安装、使用、维护也没有严格要求的情况下发生的。例如,在前苏联利沃夫铁路局运输队有100~120辆压缩天然气汽车,但在37年的使用期间却从未发生过一起因天然气装置而造成的事故。
以下意大利十年间使用压缩天然气的事故数据表明,成熟的天然气汽车是一种高度安全的汽车。
年度 | 天然气气瓶数 | 天然气汽车数 | 爆炸次数 | 每1000个瓶爆炸率 |
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 | — | — |
从以上材料看来人们普遍担心的气瓶爆炸事件基本上是可以杜绝的,并且在当今技术日趋完善的条件下,各天然气普遍的泄漏也逐年降低,来自前苏联的数据表明,这种概率已可以让人们确信,天然气汽车可以象汽、柴油汽车一样安全的使用。
部件 | 每年发生一次漏气的概率 |
天然气管线 | 1.75×10-8 |
加气管线 | 4.96×10-7 |
气瓶和仪表装置联接处 | 1.1×10-7 |
系统整体 | 0.636×10-6 |
以上的事实表明天然气汽车是一种清洁、安全的替代燃料用车,虽然在发展初期,以及在不严格的管理下曾发生过各种各样的事故,但其技术已完全成熟其安全性有保障。重点在每一天然气汽车推广示范城市在推广应用中应当加强对系统安全的监管。总结历史的经验教训,我们提出以下几点具体的、系统的并具有可操作性的天然气汽车系统的安全性技术基础,及安全性构成要素保障方法、应对策略。
二、天然气汽车系统安全性的构成要素
使用天然气的汽车,其天然气的储存、减压、配比、控制等是一个有机的整体,为了保障汽车的安全,则需要保证整个系统的可靠性,以及系统的工作环境的正常,系统的操作正确。因此,简略地说就是围绕"预防明火、防止漏气"来做工作,使得各个参与工作的组成要素都能确保正常的工作。
根据天然气汽车的结构和燃气特点,我们认为其安全性的构成要素、有结构的因素、制造质量的因素、人为的因素,具体说有以下几个方面:2.1天然气本身的安全性;2.2气瓶的安全性;2.3输气管道的安全性;2.4减压器的安全性;2.5混合器的安全性;2.6各类控制和非控制性接头阀的安全性;2.7发动机及整车工作环境的安全性;2.8改装对原机油路机构影响导致的不安全因素;2.9改装对原车结构安全性的影响;2.10操作人员的因素。
2.1 天然气本身的安全性
2.1.1 天然气的不安全因素
天然气中含有少量的有毒气体,泄漏的气体可能导致人员中毒,尤其是司机的中毒或使其工作状态恶化增大交通事故的发生可能性,另外天然气的发火界限宽,使得其在空气中遇火燃烧的可能性增大。
2.1.2 天然气比之汽、柴油的安全优点
天然气的自燃温度高达680℃~750℃,远远高于汽油的260℃~370℃,柴油的240℃。这一特性决定了当汽车发生碰撞、翻车等事故时,燃料在容器内激烈震荡、磨擦、温度剧升,达到自然点起火爆炸的可能性要比汽、柴油小得多。
天然气的着火下限高。天然气的着火下限体积比为5%,又由于天然气密度小能迅速向上扩散的特点,使得一般情况下天然气发生泄漏时,不能聚积而致着火。因此,其遇明火而燃烧爆炸的可能性比之汽油低。
2.2 天然气储气瓶的安全性
来自于天然气储气瓶的危险有两个方面,一是气瓶本身是一个高压容器,由于气瓶本身的质量不过关,导致气瓶在高压状态下因外部冲击或环境的剧烈变化而发生自爆。二是储气瓶漏气导致遇火燃烧、爆炸。
自国内推广应用天然气汽车以来,尚未发生过一例因气瓶的自爆而发生的爆炸伤亡事故,而对于气瓶的泄漏现象则发生过多起。综合这些事故的发生原因,我们认为其密封不良的原因可能是:
2.2.1 小总成失效
2.2.2 破坏了正常的工艺规范
2.2.3 装置的制造质量低下
2.2.4 各总成、密封件、对接面、阀等的结构不完善
2.2.5 装置在车上的装配质量低下
2.2.6 发生异常情况(温度升高、振动和冲击过大)
2.3 输气管道的安全性
输道管道的不安全因素主要来自四个方面:
2.3.1 高压输气管质量缺陷,其防爆破能力差,使得在高压状态下突发破裂,造成气体大量泄漏。
2.3.2 由于天然气中的硫分子对管道的腐蚀性,导致管道受损引起泄漏。
2.3.3 管道在长时间使用后外部磨损导致漏气。
2.3.4 低压管在较高温的工作环境下长期工作,局部老化变形、破损导致直接漏气进人发动机罩,此种漏气危险性极大。
2.4 减压器安全性
减压器作为压缩天然气汽车的主要工作部件,其质量的稳定可靠与否直接影响到车辆的行驶性能和安全,减压器的结构较复杂,其泄漏事故也较多,并且在多数减压器安装在发动机罩的情况下,其泄漏的危险性也更大。根据目前掌握的情况来看,减压器泄漏的情况大致有以下几个方面:
2.4.1 减压器制造质量低下,其出厂初期即密封不严存在内泄和外泄情况。
2.4.2 减压器材料不合格,在使用中发生壳体爆裂。
2.4.3 有的减压器的可靠工作时间短,其部分易损件破损后导致气体内泄、功能失常,如膜片损坏,阀芯磨损等情况或者由于气体的腐蚀而发生部分锈蚀,或者杂质堆积造成减压器功能失调影响发动机正常工作,严重时影响车辆安全运行,或引起气体外泄入发动机罩引发火灾。
2.5 混合器的安全性
目前各地区使用单一天然气燃料的汽车基本上没有,多数汽车都是采用在原机化油器上加装一个天然气与空气混合器的方法来进行燃气的配比和流量的控制,这种改装本身只是一种权宜之计,其原机化油器与混合器的配合则成了一个重要课题。从目前我国采用的混合器的类型来看,有两种情况,一种是配合负压供气减压器的文丘里式喉管混合器,由于此种混合器结构简单因而应用较广,但是一旦减压器工作失常改由正压供气或者设计者为了功率的提高采用正压供气,在驾驶员疏忽的情况下,则可能造成气体泄漏进入发动机罩下,一遇火源则形成火险。另外一种则是配合正压供气减压器的比例调节式混合器,此种混合器按照其原理,在发动机不工作时即使其它输气机构处于开启状态,它也能够防止天然气进入发动机罩。但是我们应当预防的也就是这种混合器的这种功能失效。因此,配合此功能而设计的各参与机构;部件应当有良好的可靠性,否则稍有大意气体泄漏难免遇火源易引发火灾。
2.6 各类控制性和非控制性接头的安全性
可以说在正常的情况下,最难控制的也正是各个接头的气体泄漏情况,尤其在天然气汽车的最初安装过程中,各个接头的气密性往往要经过多次装配才能达到要求,并且在天然气汽车的使用过程中,一些控制性接头,如各类手动控制阀,电磁阀等等,由于其工作频繁,容易出现泄漏现象,根据天然气汽车的安装布置其接头安全要素可归结为:
充气嘴——充气阀——手动高压截止阀——高压电磁截止阀——高压表——以及涉及各机构的卡套接头。
2.7 发动机及整车工作状态的环境安全性
天然气系统发生泄漏并不会一定导致发生失火或爆炸,火源应当是它的一个必备条件,因此,发动机或者说整车的运行状况是一个关键环节。
根据车辆的运行和工作条件我们分析火源的产生可能会是以下某一个方面。
2.7.1 汽车电气设备高压部分跳出电火花
2.7.2 发动机、电线过热部分着火
2.7.3 电气设备执行机构起效时跳出火花
2.7.4 金属部件接触时跳出火花
2.7.5 跳出静电火花
2.7.6 进气系统中发动机回火及喷出火焰
2.7.7 外来火源
2.8 汽油发动机经改装而产生的不利因素
虽然它也属于发动机工作状态中的一部分,但是,由于它是引发国内多起事故的主要原因,故而将它独列说明。
燃用汽油的发动机改用燃油、气并用的发动机后,对原来的油路机构有一定的改变,并且,在使用中一些燃油功能件可能会对燃气状态时产生不适应,其主要的影响有以下几方面。
2.8.1 在燃用天然气时需要将油路停止,因此,必须引入一个控制燃油的燃油截止阀,燃油截止阀的可靠性是一个重要因素,并且其安装位置也直接影响到发动机工作的性能和安全。
2.8.2 一般来说在使用油气两用的汽车时,要求将原来的机械式汽油泵改成电子油泵,以免机械油泵在燃气时不停止工作,在非正常状态下的长久工作可能造成油路的破损、漏油,遇火源引发火灾。
2.8.3 此外有一个技术性的因素则是,天然气与空气的混合器目前多是装在原发动机的化油器上来执行,化油器虽然能满足燃气的各项功能执行,但其本身在无油状态下的工作会影响其性能和部件的可靠性,尤其是其浮子室内的浮筒在无油时,在剧烈的颠簸状态下极易磨损,一旦用油时其工作失效引发事故。
2.9 改装对原车结构安全性的影响
对于那些直接在原车生产厂有生产的天然气汽车,由于其设计合理、制造严格,一般不存在因气瓶的安装而对车架、车身造成的不安全因素,而现在通过对在用车的改装来达到改油燃气的方式,因各自有一套设计方案,并未经严格地审查和检验,并且在改装的过程中又有许多因循和方便的地方,甚至有的改装厂为了追求速度、效益,忽视了一些应当严重关注的结构性问题,因而导致对车轿、车架的结构破坏或者影响了车辆的载荷分布,从而影响车辆的行驶、制动、转弯等对车辆安全极为重要的性能。
就普通情况而言,其影响主要是气瓶布置的影响又分为以下几个方面:
2.9.1 对车辆前、后桥的影响
2.9.2 对车架的影响
2.9.3 对车辆行驶通过性的影响
2.9.4 对车辆载荷分布的影响
2.9.5 气瓶相互间结构和牢固程度涉及的安全因素,
2.10 操作人员的因素
天然气汽车在日常运营中的具体操作是有别于单纯的燃油汽车,首先其燃料高达20MPa,具有一定的危险,在充气过程中应当特别注意。
其次,要正确使用燃气汽车,避免不当使用造成的事故。
再者,要掌握应付天然气汽车突发事故的措施。
三、天然气汽车系统的质量保证体系
天然气汽车系统作为一个由多个零部件构成的协调的工作整体,其质量,正常运行的保证需要以各个零部件质量保证为前提,并且在生产或改装天然气汽车的过程中严格地保证其质量;不仅如此,对不同的车型其天然气系统的布置设计方案是否合理,最大限度地保障了系统的安全性,也是作为系统质量保证体系的重要组成部分,除此以外,在使用中如何正确地使用以保证天然气系统的使用况优良也是必不可少的。针对以上情况,我们认为要确保天然气汽车系统的质量需要从以下几个方面着手:
3.1●天然气汽车用高压气瓶的质量保证体系;
3.2●天然气汽车用压缩天然气减压器混合器及其它部件质量保证体系;
3.3●天然气汽车其天然气系统的布置设计方案及安装;
3.4●天然气汽车使用、维护质量保证体系;
3.5●天然气汽车质量保证的规范体系。
3.1 天然气汽车用高压气瓶的质量保证体系
目前,在天然气汽车上使用最广泛的储存手段仍然是高压气瓶(20Mpa),而高压气瓶的使用在心理上总让人认为有潜在的不安全因素,同时,在技术上也有一些复杂的问题需要解决,而事实上,最具潜在危险的高压气瓶组并非是天然气汽车使用中的最不安全部分,多年来的使用证明目前采用的系列的天然气茼压气瓶,气瓶装置系统其设计、制造都能满足汽车安全性的要求,现有规则也恰恰是从使用安全的角度规定了气瓶的材料、结构、试验及使用技术条件。
3.1.1 压缩天然气气瓶装置结构设计的基本原则是基于整个气瓶车的防火防爆安全性。设计和制造部门要致力于解决防火和防爆两方面的问题,研制出尽可能安全的部件、联接和组件结构,同时加装专门的防护措施,当发生漏气或气密封不良时,能使着火和爆炸的可能性尽量减少。就世界范围内的经验表明,只要充分满足了气瓶装置防火、防爆安全性的要求,压缩天然气汽车的安全性就得到了保障,并且,理论上可超过液体燃料汽车。