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| 标准编号 | GB/T 24160-2022 (GB/T24160-2022) | | 中文名称 | 车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶 | | 英文名称 | Hoop-wrapped composite cylinders with steel liner for the on-board storage of compressed natural gas as a fuel for automotive vehicles | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.020.30 | | 字数估计 | 34,328 | | 发布日期 | 2022-03-09 | | 实施日期 | 2023-04-01 | | 起草单位 | 北京天海工业有限公司、中国特种设备检测研究院、大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司、浙江大学、中材科技(成都)有限公司、浙江金盾压力容器有限公司、广安市保城特种设备检验有限公司 | | 归口单位 | 全国气瓶标准化技术委员会(SAC/TC 31) | | 提出机构 | 全国气瓶标准化技术委员会(SAC/TC 31) | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 24160-2022
Hoop-wrapped composite cylinders with steel liner for the on-board storage of compressed natural gas as a fuel for automotive vehicles
ICS 23.020.30
CCSJ74
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 24160-2009
车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶
2022-03-09发布
2023-04-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和符号 2
4 型式和参数 2
5 技术要求 4
6 试验方法 7
7 检验规则 12
8 标志、涂敷、包装、运输、储存 19
9 产品合格证、产品使用说明书和批量检验质量证明书 20
附录A(规范性) 硫化氢应力腐蚀试验 22
附录B(资料性) NDE缺陷尺寸确定方法 23
附录C(规范性) 超声检测 24
附录D(资料性) 车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶批量检验质量证明书 27
参考文献 29
车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶
1 范围
本文件规定了车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶(以下简称“缠绕气瓶”)的型式和参数、技术
要求、试验方法、检验规则、标志、涂敷、包装、运输和储存等要求。
本文件适用于设计、制造公称工作压力为20MPa、25MPa、30MPa,公称容积为30L~450L,工
作温度为-40℃~65℃,设计使用寿命为15年的缠绕气瓶。
按本文件制造的缠绕气瓶,仅用于固定在汽车上、充装符合GB 18047的用作汽车燃料的车用压缩
天然气储存容器;使用条件中不包括因外力等引起的附加载荷。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 222 钢的成品化学成分允许偏差
GB/T 223(所有部分) 钢铁及合金化学分析方法
GB/T 224 钢的脱碳层深度测定法
GB/T 226 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法
GB/T 228.1 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法
GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
GB/T 230.1 金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法
GB/T 231.1 金属材料 布氏硬度试验 第1部分:试验方法
GB/T 232 金属材料 弯曲试验方法
GB/T 1458 纤维缠绕增强塑料环形试样力学性能试验方法
GB/T 3362 碳纤维复丝拉伸性能试验方法
GB/T 4157 金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室试验方法
GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)
GB/T 4612 塑料 环氧化合物 环氧当量的测定
GB/T 5777 无缝和焊接(埋弧焊除外)钢管纵向和/或横向缺欠的全圆周自动超声检测
GB/T 7690.1 增强材料 纱线试验方法 第1部分:线密度的测定
GB/T 7690.3 增强材料 纱线试验方法 第3部分:玻璃纤维断裂强力和断裂伸长的测定
GB/T 8335 气瓶专用螺纹
GB/T 8336 气瓶专用螺纹量规
GB/T 9251 气瓶水压试验方法
GB/T 9252 气瓶压力循环试验方法
GB/T 12137 气瓶气密性试验方法
GB/T 13005 气瓶术语
GB/T 13298 金属显微组织检验方法
GB/T 13320 钢质模锻件 金相组织评级图及评定方法
5 技术要求
5.1 一般要求
5.1.1 设计使用寿命
以本文件中规定的使用条件为基础的缠绕气瓶,其设计使用寿命为15年。
5.1.2 许用压力
在充装和使用过程中,缠绕气瓶许用压力Pm 为公称工作压力P 的1.3倍。
5.1.3 温度范围
在充装和使用过程中,缠绕气瓶的温度应不低于-40℃且不高于65℃。
5.1.4 外表面
设计缠绕气瓶时,应考虑其连续承受机械损伤或化学侵蚀的能力。缠绕气瓶外表面应能适应下列
工作环境:
a) 间断地浸入水中,或者道路溅水;
b) 车辆在海洋附近行驶,或者在用盐融化冰的路面上行驶;
c) 阳光中的紫外线辐射;
d) 砾石的冲击;
e) 接触酸和碱溶液、肥料;
f) 汽车用液体的侵蚀,包括汽油、液压油、电池酸、乙二醇和油;
g) 接触排放的废气。
5.2 材料
5.2.1 内胆材料
5.2.1.1 应是电炉或氧气转炉冶炼的无时效性镇静钢。
5.2.1.2 应选用优质铬钼钢(30CrMo或34CrMo4)。
5.2.1.3 应符合其相应的国家标准或行业标准的规定,并有质量合格证明书。缠绕气瓶制造单位应按
炉罐号进行各项指标的验证分析。
5.2.1.4 材料的化学成分限定如表2所示,其化学成分允许偏差应按GB/T 222的规定。
5.2.1.5 钢坯低倍组织不应有白点、残余缩孔、分层、气泡、异物和夹杂;中心疏松不应大于2.0级,偏析
不应大于2.5级。
5.2.1.6 无缝钢管
5.2.1.6.1 钢管的直线度应不大于1.5mm/m,圆度应不大于外直径允许偏差的80%。
5.2.1.6.2 钢管的内外表面不应有裂纹、折叠、轧折、离层和结疤。若有缺陷,应完全清除,清除处应光
滑,清除后的实际壁厚不应小于壁厚允许的最小值。
5.2.1.6.3 无缝钢管应由钢厂按GB/T 5777的规定逐根进行纵向和横向超声波探伤检验,应符合验收
等级U2的规定。
5.2.2 缠绕层材料
5.2.2.1 树脂
5.2.2.1.1 浸渍材料可以是热固性或热塑性树脂。适合的基体材料有:环氧、改性环氧、聚酯和乙烯类
热固性树脂和聚乙烯、聚酰胺热塑性树脂。
5.2.2.1.2 浸渍材料的性能和技术指标应符合相应的国家标准或行业标准的规定,并有质量合格证
明书。
5.2.2.2 纤维
5.2.2.2.1 结构增强性的纤维材料类型应是玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维。
5.2.2.2.2 纤维材料应符合相应的国家标准或行业标准的规定,并有质量合格证明书。
5.3 设计
5.3.1 一般规定
5.3.1.1 本文件不提供设计公式,但要求设计时进行适当的计算、分析和论证,以使缠绕气瓶能顺利地
通过本文件所规定的材料、型式和批量等试验。
5.3.1.2 设计应保证缠绕气瓶在正常使用期间,由于承压部件质量退化而引起的失效模式为“未爆先
漏”。如果金属内胆发生泄漏,只应是由于疲劳裂纹的扩展所致。
5.3.1.3 应对瓶体内胆材料的最大抗拉强度进行限定,如果其硫、磷含量分别不大于0.005%和
0.010%,并按附录A及GB/T 4157进行硫化氢应力腐蚀试验(应力环法),允许材料的实际抗拉强度大
于880MPa,但是不应大于1000MPa。设计时,内胆材料屈服强度的保证值应不超过抗拉强度保证值
的90%。
5.3.1.4 缠绕气瓶水压试验压力Ph为公称工作压力P 的1.5倍。
5.3.1.5 内胆最小设计爆破压力应为缠绕气瓶公称工作压力P 的1.3倍。
5.3.1.6 缠绕气瓶最小设计爆破压力不应小于表3中的给定值。为保证在承受持续载荷和循环载荷条
件下复合材料缠绕层的设计具有高度可靠性,纤维应力比应满足表3的规定。
5.3.1.7 应采用能用于材料非线性分析的软件(专用计算机程序或有限元分析程序),建立计算复合材
料力学性能的适当模型,对缠绕气瓶进行自紧压力、自紧后零压力、公称工作压力和最小设计爆破压力
下的应力分析,确定缠绕层和内胆中的应力分布,纤维应力比应符合表3的规定。
5.3.1.8 如果采用碳纤维,设计上应采取防止缠绕气瓶金属部件产生电化学腐蚀的措施。
5.3.2 端部结构
端部结构可采用半球形、椭圆形、碟形等凸形结构,允许缠绕气瓶在端部开瓶口,瓶口的中心线应与
缠绕气瓶的中心线一致。
5.3.3 瓶口螺纹
瓶口螺纹应按GB/T 8335的规定。瓶口的厚度,应能保证在承受紧阀的力偶矩和铆合颈圈的附加
外力时不变形。
5.3.4 最大允许缺陷尺寸
应规定内胆任何一点的最大允许缺陷尺寸以保证缠绕气瓶通过压力循环试验。确定最大允许缺陷
尺寸方法见附录B。
5.4 制造
5.4.1 内胆和缠绕气瓶制造应符合本文件的规定,并应符合产品图样和有关技术文件的规定。
5.4.2 内胆一般采用下列制造方法:
a) 以钢坯、钢锭、钢棒为原材料,经挤压、拉伸或旋压减薄、收口制成;
b) 以无缝钢管为原材料,经收底、收口制成;
c) 以钢板为原材料,经冲压、拉伸或旋压减薄、收口制成。
5.4.3 内胆制造前应以材料的炉罐号对化学成分进行验证,分析方法按 GB/T 223(所有部分)或
GB/T 4336执行,结果应符合5.2.1的要求。
5.4.4 内胆不应进行焊接处理。
5.4.5 采用无缝钢管经收底制成的内胆应在收口前逐只进行底部密封性试验。
5.4.6 对内胆和缠绕气瓶的表面缺陷允许采用专用工具进行修磨。
5.4.7 制造应分批管理,内胆成品和缠绕气瓶成品均以不大于200只加上破坏性试验用内胆或缠绕气
瓶数量为一个批。
5.4.8 热处理内胆应通过连续加热炉进行整体热处理,热处理应按经评定合格的热处理工艺进行。淬
火工艺可用油或水中加添加剂作为淬火介质。在水中加添加剂作为淬火介质时,内胆在介质中的冷却
速度不应大于在20℃水中冷却速度的80%。内胆热处理后应逐只进行无损检测。
5.4.9 缠绕气瓶制造前应对缠绕层材料按批进行确认,应符合5.2.2及以下要求:
a) 树脂的环氧当量应按GB/T 4612测定;
b) 纤维线密度(公制号数)应按GB/T 7690.1测定;
c) 纤维的断裂强度应按GB/T 7690.3或GB/T 3362测定。
5.4.10 缠绕和固化应按评定合格的工艺进行,并按GB/T 19466.2规定的方法对缠绕层复合材料进行
玻璃化转变温度的测定。
5.4.11 应在缠绕气瓶水压试验前进行自紧处理。自紧压力应大于水压试验压力,且不大于按5.3.1.7
计算的自紧压力的上限。
5.4.12 缠绕气瓶在水压试验后,应进行内表面干燥处理,不应有残留水渍。
5.4.13 瓶口螺纹的牙型、尺寸和公差,应按GB/T 8335或相关标准的规定。
5.5 附件
5.5.1 瓶阀
5.5.1.1 瓶阀应按 GB/T 17926的规定,应有安全泄压装置,型式应为易熔合金塞和爆破片复合式
结构。
5.5.1.2 爆破片的公称爆破压力为水压试验压力,允许偏差为+10-0 %;易熔合金塞的动作温度为110℃±
5℃,其余要求应符合相关标准的规定。
5.5.1.3 安全泄压装置的额定排量应按GB/T 33215进行计算,不应小于气瓶的安全泄放量,并能保证
气瓶通过6.2.10规定的火烧试验。
5.5.2 颈圈
如需装配,颈圈与瓶体的装配禁止用焊接方式。
5.5.3 瓶帽
如需装配,瓶帽宜采用可卸式结构。
5.5.4 附件螺纹
采用螺纹联接的附件,其螺纹牙型、尺寸和公差应按GB/T 8335或相关标准的规定。
6 试验方法
6.1 内胆
6.1.1 壁厚和制造公差
内胆壁厚应按附录C进行超声波全覆盖壁厚测量。内胆制造公差应采用标准量具或专用的量具、
样板进行检查。
6.1.2 底部密封性试验
采用适当的试验装置对内胆底部内表面中心区加压,加压面积至少应为内胆底部面积的1/16,且
加压区域直径至少为20mm,试验介质可为洁净的空气或氮气。加压到密封性试验压力后,至少应保
压1min,保压期间在内胆底部外表面中心区涂刷肥皂液,观察是否有泄漏发生。
6.1.3 内、外观
目测检查,可借助于内窥灯或内窥镜检查内表面。
6.1.4 瓶口内螺纹
目测和用按GB/T 8336或相应标准的量规检查。
6.1.5 内胆热处理后各项性能指标测定
6.1.5.1 取样
取样要求如下:
a) 取样部位见图2所示;
b) 试样应从筒体中部截取,采用实物扁试样;
c) 取样数量:拉伸试样1件,横向冲击试样3件,冷弯试样4件。
6.1.9 硬度检测
硬度应采用在线检测,按GB/T 230.1或GB/T 231.1执行。
6.1.10 水压爆破试验
按GB/T 15385规定的试验方法在常温条件下进行水压爆破试验,并同时满足以下要求:
a) 管路中不应存有气体;
b) 升压速度应不大于0.5MPa/s;
c) 测出从开始到内胆爆破瞬间水的总压入量;
d) 自动绘制压力-时间和压力-进水量曲线。
6.1.11 硫化氢应力腐蚀试验
硫化氢应力腐蚀试验应按附录A执行。
6.2 缠绕气瓶
6.2.1 缠绕层力学性能
6.2.1.1 层间剪切强度
应采用按GB/T 1458规定制作的具有代表性的缠绕层的试样,试验有效试样数应不少于3个。水
煮沸24h后,再按GB/T 1458规定的方法进行试验。
6.2.1.2 抗拉强度
应采用按GB/T 1458规定制作的具有代表性的缠绕层的试样,试验有效试样数应不少于3个。再
按GB/T 1458规定的方法进行试验。
6.2.2 缠绕层外观
目测检查。
6.2.3 水压试验
按GB/T 9251规定的外测法进行水压试验,试验压力为1.5P。
6.2.4 水压爆破试验
按GB/T 15385规定的试验方法,在常温条件下进行水压爆破试验,并同时满足以下要求:
a) 管路中不应存有气体;
b) 在超过设计压力80%后的升压速度应不大于1.4MPa/s;如超过设计压力80%后的升压速度
大于3.5MPa/s,则应在设计的最小爆破压力下保压5s;
c) 测出从开始到缠绕气瓶爆破瞬间水的总压入量;
d) 自动绘制压力-时间或压力-进水量曲线。
6.2.5 气密性试验
在水压试验合格后,按GB/T 12137规定的试验方法进行气密性试验,试验压力为P。
6.2.6 常温压力循环试验
按GB/T 9252规定的试验方法,在常温条件下进行压力循环试验,并同时满足以下要求:
a) 循环压力下限应不高于2MPa,循环压力上限应不低于缠绕气瓶的许用压力Pm;
b) 压力循环速率不应超过10次/min。
6.2.7 极限温度压力循环试验
试验步骤如下:
a) 将零压下的缠绕气瓶置于温度不低于65℃、相对湿度不低于95%的环境中48h;
b) 然后使缠绕气瓶在温度不低于65℃、相对湿度不低于95%的环境中按GB/T 9252进行压力
循环试验,其中:
---循环压力下限应不高于2MPa,循环压力上限应不低于缠绕气瓶的许用压力Pm;
---压力循环速率应不超过10次/min;
---压力循环至7500次;
c) 再将缠绕气瓶置于低温环境中,测量并控制缠绕层外表面温度不高于-40℃;
d) 使缠绕气瓶在温度不高于-40℃的环境中按GB/T 9252进行压力循环试验,其中:
---循环压力下限应不高于2MPa,循环压力上限应不低于公称工作压力P;
---压力循环速率不应超过3次/min;
---压力循环至7500次;
e) 将缠绕气瓶按6.2.4的规定进行水压爆破试验。
6.2.8 加速应力破裂试验
在温度不低于65℃,缠绕气瓶加水压不低于许用压力Pm 条件下,缠绕气瓶静置1000h。然后按
6.2.4的规定进行水压爆破试验。
6.2.9 枪击试验
用不小于7.62mm的穿甲弹,穿透1只用压缩天然气或空气充压到公称工作压力P 的缠绕气瓶。
子弹应至少完全穿透缠绕气瓶的一侧瓶壁。子弹应以约45°的角度射击瓶壁。
6.2.10 火烧试验
6.2.10.1 缠绕气瓶的放置
缠绕气瓶应水平放置,并使瓶体下侧在火源上方约100mm处。应采用金属挡板防止火焰直接接
触瓶阀和泄压装置。金属挡板不应直接接触泄压装置和瓶阀。
6.2.10.2 火源
火源长度1.65m,火焰分布均匀。在火源长度范围内,火焰应能触及缠绕气瓶下部及两侧的外
表面。
6.2.10.3 温度和压力测量
至少用3只热电偶沿缠绕气瓶下侧均匀设置,以监控表面温度,其间隔距离不小于0.75m。用金
属挡板防止火焰直接接触热电偶,也可以将热电偶嵌入边长小于25mm的金属块中。试验过程中,每
间隔不大于30s的时间,记录一次热电偶的温度和缠绕气瓶内的压力。
6.2.10.4 一般试验要求
用天然气或空气将缠绕气瓶加压到公称工作压力P。火烧试验时,应采取预防缠绕气瓶突然发生
爆炸的措施。点火后,火焰应迅速布满1.65m的长度,并由缠绕气瓶的下部及两侧将其环绕。点火后
5min内,至少应有1只热电偶指示温度达到590℃,并在随后的试验过程中不应低于这一温度。
对于长度≤1.65m的缠绕气瓶,其中心位置应置于火源中心的上部。对于长度 >1.65m的缠绕气
瓶,按下列要求放置:
a) 如果缠绕气瓶的一端装有泄压装置,火源开始于缠绕气瓶的另一端;
b) 如果缠绕气瓶的两端都装有泄压装置,则火源应处于泄压装置间的中心位置;
c) 如果缠绕气瓶采用了绝热层附加保护,应在工作压力下进行两次火烧试验:一次是火源中心处
于缠绕气瓶长度中间;另一次是用另外一只缠绕气瓶,使火源起始于缠绕气瓶两端中的一端。
6.2.11 裂纹容限试验
沿缠绕气瓶缠绕层外表面纵向方向加工两条缺陷,缺陷尺寸至少为:一条长度×深度为25mm×
1.25mm,另一条长度×深度为200mm×0.75mm。然后按GB/T 9252进行压力循环试验,并符合以
下要求:
a) 循环压力下限应不高于2MPa,循环压力上限应不低于缠绕气瓶的许用压力Pm;
b) 压力循环速率应不超过10次/min;
c) 压力循环至缠绕气瓶失效或超过15000次。
6.2.12 酸环境试验
用质量浓度为30%的硫酸溶液(密度为:1.219g/cm3)浸渍在加水压至不低于缠绕气瓶的许用压力
Pm 的缠绕气瓶缠绕层外表面100h,浸渍区域为ϕ150mm直径范围。然后按6.2.4的规定进行水压爆
破试验。
6.2.13 未爆先漏试验
按GB/T 9252规定的试验方法,在常温条件下进行压力循环试验,并同时满足以下要求:
a) 循环压力下限应不高于2MPa,循环压力上限应不低于水压试验压力Ph;
b) 压力循环速率应不超过10次/min;
c) 压力循环至缠绕气瓶失效或超过45000次。
6.2.14 高温蠕变试验
在温度不低于100℃,缠绕气瓶加水压至不低于许用压力Pm 条件下,缠绕气瓶静置200h。然后
按6.2.3和6.2.4的规定进行水压试验和水压爆破试验。
7 检验规则
7.1 试验和检验判定依据
7.1.1 内胆
7.1.1.1 壁厚和制造公差
壁厚和制造公差应符合以下要求:
a) 壁厚偏差不应超过设计壁厚的+17 0%;
b) 筒体的平均外直径不应超过公称外直径D 的±1%;
c) 筒体的圆度在同一截面上测量其最大与最小外直径之差,不应超过该截面平均外直径的2%;
7.1.2.3 水压试验
在水压试验压力下,保压时间不少于30s,压力表指针不应回降,瓶体不应泄漏或明显变形。泄压
后容积残余变形率不应大于5%。
水压试验报告中应包括缠绕气瓶实测水容积和重量,水容积和重量应保留一位小数。
示例:水容积或重量的实测值为40.675,水容积表示为40.6,重量表示为40.7。
7.1.2.4 水压爆破试验
实测爆破压力不应低于最小设计爆破压力,破口的起始点应位于筒体部分。
7.1.2.5 气密性试验
气密性试验压力应为公称工作压力,保压时间不少于1min,瓶体、瓶阀和瓶体瓶阀联接处均不应
泄漏。因装配而引起的泄漏现象,允许返修后重做试验。
7.1.2.6 常温压力循环试验
在按6.2.6规定压力循环至15000次的过程中,瓶体不应泄漏或破裂。再加压循环至45000次,允
许泄漏失效,瓶体不应发生破裂。对于结构型式B,且采用钢管旋压收口成型的底部,在任何情况下其
熔合部位不应泄漏。
7.1.2.7 极限温度压力循环试验
在按6.2.7的规定进行加压循环过程中不应有纤维脱离、瓶体泄漏和破裂现象。
经极限温度压力循环后,其水压爆破压力不应低于85%的最小设计爆破压力。
7.1.2.8 加速应力破裂试验
按6.2.8规定进行加速应力破裂试验后,其水压爆破压力不应低于85%的最小设计爆破压力。
7.1.2.9 枪击试验
在按6.2.9规定枪击试验过程中,子弹至少穿过一侧瓶壁,瓶体不应破裂。
7.1.2.10 火烧试验
在按6.2.10的规定进行火烧试验中,缠绕气瓶内气体应通过安全泄压装置泄放,且开始泄放压力
应不小于缠绕气瓶的许用压力Pm,缠绕气瓶不应发生爆炸。
7.1.2.11 裂纹容限试验
带规定缺陷的缠绕气瓶在按6.2.11的规定先进行压力循环至3000次的过程中,瓶体不应泄漏。
再进行压力循环12000次,允许泄漏失效,但不应破裂。
7.1.2.12 酸环境试验
按6.2.12的规定经酸环境试验后,其水压爆破压力不应低于85%的最小设计爆破压力。
7.1.2.13 未爆先漏试验
按6.2.13规定压力循环至瓶体泄漏失效,或压力循环超过45000次。瓶体不应发生爆破。对于结
构型式B,且采用钢管旋压收口成型的底部,在任何情况下其熔合部位不应泄漏。
附 录 C
(规范性)
超声检测
C.1 概述
本附录规定了钢质内胆的超声检测方法。其他能够证明适用于钢质内胆制造工艺的超声检测技术
也可以采用。
C.2 一般要求
C.2.1 超声检测设备应能实现对内胆筒体的自动检测,并至少能够检测到C.4.2规定的对比样管的人
工缺陷,还应能够按照工艺要求正常工作并保证其精度。设备应有质量合格证书或检定认可证书。
C.2.2 从事超声检测人......
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