氣瓶充裝介質(zhì)變更安全性探討

駱 輝黃強(qiáng)華薄 柯李 桐柴 森

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

（2.全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) 北京 100013）

氣瓶充裝介質(zhì)變更安全性探討

駱 輝1黃強(qiáng)華2薄 柯1李 桐1柴 森1

（1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

（2.全國氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) 北京 100013）

介紹我國法規(guī)中對于氣瓶充裝介質(zhì)方面規(guī)定，氣瓶充裝介質(zhì)不可以更改，增加企業(yè)運(yùn)行成本。介紹國際上關(guān)于氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定，可以參照CGA C-10以及ISO 11621的規(guī)定進(jìn)行氣瓶充裝介質(zhì)變更。詳細(xì)介紹了CGA C-10以及ISO 11621中關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更程序以及要求，只要采用規(guī)范的處理方法，氣瓶介質(zhì)變更后可以安全運(yùn)行。在目前情況下，根據(jù)我國氣體企業(yè)管理水平，可以有條件的開展氣瓶介質(zhì)變更。

氣瓶 充裝介質(zhì) 充裝介質(zhì)變更

氣瓶應(yīng)于壓縮氣體介質(zhì)的運(yùn)輸和存儲，氣瓶充裝的介質(zhì)通常為高壓氣體、液化氣體等，部分氣體有毒、有害、易燃等，因此氣瓶安全至關(guān)重要。為保障氣瓶使用運(yùn)行，通常根據(jù)充裝氣體種類、壓力、純度、使用環(huán)境、物理及化學(xué)性質(zhì)等因素選擇合適氣瓶，需要考慮壓力等級匹配、材料相容性等一系列因素。

我國法規(guī)規(guī)定充裝單一氣體的氣瓶必須專用，只能充裝和制造標(biāo)志規(guī)定一致的氣體，不得更改氣瓶制造標(biāo)志及用途，不得用于充裝其他氣體[1]。如介質(zhì)錯(cuò)裝或者混裝，可能導(dǎo)致充裝的介質(zhì)和氣瓶材料不相容或者原充裝介質(zhì)殘留和新充裝介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致事故發(fā)生。當(dāng)然，并不是所有氣體之間的氣瓶混裝都會(huì)引起事故，例如CrMo鋼制造的無縫氣瓶，即適合壓縮N2的充裝，只要壓力等級匹配，也適合空氣、He、H2、CNG等氣體充裝，并不會(huì)引起材料相容性問題，氣體殘留或者腐蝕產(chǎn)物也可以通過物理或者化學(xué)方法進(jìn)行清洗去除，不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而發(fā)生安全事故。

我國對氣瓶充裝介質(zhì)的規(guī)定，雖然有效避免了氣瓶因錯(cuò)裝、混裝而引起安全事故，但是也給企業(yè)氣瓶運(yùn)行增加成本，由于市場變化、氣體技術(shù)發(fā)展、采購周期等原因，常會(huì)造成企業(yè)儲備、購買的氣瓶和企業(yè)實(shí)際充裝所需氣瓶不相符，一方面造成企業(yè)某種氣體氣瓶大量閑置，而同時(shí)另外某種氣體氣瓶數(shù)量不能滿足生產(chǎn)需要，不得不投入大量資金用于對應(yīng)介質(zhì)氣瓶購買，增加企業(yè)運(yùn)行成本，造成社會(huì)資源閑置浪費(fèi)。

1 國內(nèi)氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定以及運(yùn)行狀況

根據(jù)《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，氣瓶只允許充裝和制造標(biāo)志規(guī)定一致的氣體，且不得更改制造標(biāo)志，因此按照國內(nèi)氣瓶制造標(biāo)準(zhǔn)制造的氣瓶，氣瓶標(biāo)志信息中除標(biāo)明該氣瓶主要技術(shù)參數(shù)外，還必須明確規(guī)定了充裝介質(zhì)，如圖1所示N2氣瓶，氣瓶標(biāo)志中有明確的“N2”標(biāo)志，其他氣體氣瓶也需要有對應(yīng)的充裝介質(zhì)名稱標(biāo)志，該標(biāo)志由氣瓶制造廠在出廠前完成。

圖1 氣瓶鋼印標(biāo)志

該項(xiàng)規(guī)定，很大程度避免了因氣體混裝、錯(cuò)裝造成的事故，但是也增加了氣體公司運(yùn)行成本。之前我國的氣瓶主要為80L以下的無縫氣瓶以及1000L以下的焊接氣瓶，單只氣瓶制造成本低廉，且氣瓶主要充裝工業(yè)氣體，氣體對氣瓶腐蝕較為嚴(yán)重，氣瓶使用壽命較短，因此該項(xiàng)規(guī)定和氣瓶運(yùn)行成本之間矛盾并不非常突出。然而，隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，市場出現(xiàn)運(yùn)輸工業(yè)氣體、電子氣體的大容積無縫氣瓶以及大容積焊接氣瓶，單只氣瓶價(jià)值近十萬元，國際上同類型氣瓶通常使用壽命30年以上。由于市場變化、技術(shù)發(fā)展、訂貨周期等原因，常會(huì)造成氣體公司充裝某種氣體的氣瓶大量閑置，又需要投入大量資金購買相同規(guī)格、類型的氣瓶充裝其他氣體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液化空氣、林德氣體等公司，閑置數(shù)百只容積為440L公稱工作壓力為16.6MPa材料為CrMo鋼的NH3氣瓶，價(jià)值數(shù)千萬元，而同時(shí)又需要購買相同類型氣瓶用于NO2充裝，上海一私營氣體運(yùn)輸公司，擁有數(shù)量H2長管拖車，由于業(yè)務(wù)發(fā)展原因，開始經(jīng)營運(yùn)輸He，按照規(guī)定，必須停運(yùn)H2長管拖車，投入數(shù)百萬元購置結(jié)構(gòu)基本相同的長管拖車用于He運(yùn)輸。

基于該項(xiàng)規(guī)定，一部分企業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行該項(xiàng)規(guī)定，增加了我國工業(yè)氣體成本，降低我國工業(yè)產(chǎn)品市場競爭力，同時(shí)也造成社會(huì)資源浪費(fèi)，無謂增加能源消耗，也不符合當(dāng)前倡導(dǎo)的降低能耗基本原則，因此說該項(xiàng)規(guī)定和運(yùn)行之間矛盾越來越突出。另一部分企業(yè)，為節(jié)約成本，采用閑置的某種氣瓶充裝另外一種介質(zhì)，例如圖2，氣瓶標(biāo)志中充裝氣體為Ar，而實(shí)際充裝介質(zhì)為He，實(shí)際充裝氣體和氣瓶鋼印標(biāo)志不符，這樣會(huì)在氣體使用、運(yùn)行中造成生產(chǎn)事故，對于某些氣體，甚至造成重大安全事故。在長管拖車定期檢驗(yàn)過程中，有些公司使用鋼印標(biāo)志為H2的長管拖車大容積無縫氣瓶充裝He。

圖2 氣瓶實(shí)際充裝氣體和充裝氣體鋼印標(biāo)志

2 國外氣瓶充裝介質(zhì)規(guī)定以及運(yùn)行狀況

國外氣瓶制造標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于氣瓶鋼印標(biāo)志規(guī)定中，并未要求標(biāo)示充裝介質(zhì)。在DOT標(biāo)準(zhǔn)中，只有按照特許令制造的氣瓶制造完成后必須標(biāo)示充裝介質(zhì)，如“CNG”氣瓶，其他氣瓶充裝介質(zhì)根據(jù)用戶要求，可以在氣瓶制中進(jìn)行介質(zhì)標(biāo)志，也可以由用戶在充裝之前進(jìn)行充裝介質(zhì)標(biāo)志。在ISO 13769關(guān)于氣瓶鋼印標(biāo)志中，也未規(guī)定所有氣瓶必須標(biāo)志充裝介質(zhì)，乙炔氣瓶可以標(biāo)志“C2H2”，但氣瓶在充裝之前必須標(biāo)志充裝介質(zhì)。

國外氣體公司氣瓶運(yùn)行中，可以對充裝介質(zhì)進(jìn)行更改，CGA C-10對哪些氣瓶可以進(jìn)行介質(zhì)變更[2]，以及不同類別氣體氣瓶在介質(zhì)變更過程中如何進(jìn)行處理進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，ISO 11621也對介質(zhì)變更程序進(jìn)行了類似規(guī)定[3]?；谶@些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一些國際化氣體公司，參照標(biāo)準(zhǔn)制定了氣體介質(zhì)變更內(nèi)部操作程序，并且有多年運(yùn)行和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，也并未因此發(fā)生安全事故。采用科學(xué)的方法對氣瓶充裝介質(zhì)進(jìn)行變更，如圖3所示原充裝N2氣瓶，更改為充裝SiH4氣瓶，使用單位將提高了氣瓶運(yùn)行效率，方便氣體公司運(yùn)行，節(jié)省運(yùn)行成本，提高產(chǎn)品國際市場競爭力。

圖3 國外氣瓶介質(zhì)變更后鋼印標(biāo)志

3 CGA-C10關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更方法及程序

CGA C-10對氣瓶介質(zhì)變更氣瓶范圍，根據(jù)充裝介質(zhì)進(jìn)行的氣瓶分類，不同類別之間充裝介質(zhì)變更需要進(jìn)行的處理措施，以及氣瓶內(nèi)部處理方式進(jìn)行了規(guī)定。

3.1 充裝介質(zhì)變更氣瓶范圍

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，并不是所有氣瓶都可以進(jìn)行充裝介質(zhì)變更，一些特定設(shè)計(jì)、制造的氣瓶不得進(jìn)行充裝介質(zhì)變更，如乙炔氣瓶、低溫氣瓶、非重復(fù)充裝氣瓶、帶村里氣瓶不得進(jìn)行充裝介質(zhì)變更，充裝特殊介質(zhì)的氣瓶，如充裝CO以及可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕的氣瓶，需要經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)才可以進(jìn)行介質(zhì)變更，否則不允許介質(zhì)變更，此外，充裝HF的氣瓶也不允許進(jìn)行介質(zhì)變更。

3.2 氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更程序

如對氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，首先確認(rèn)氣瓶、閥門、安全裝置等材料適應(yīng)于新充裝介質(zhì)，其次確認(rèn)原氣瓶壓力等級適用于新充裝介質(zhì)，還要檢查氣瓶是否在檢驗(yàn)有效期內(nèi)，最后要確認(rèn)瓶閥、接頭是否滿足新充裝介質(zhì)。

確認(rèn)完成后，介質(zhì)變更首先排放源瓶內(nèi)殘氣，拆卸瓶閥，其次去除原標(biāo)簽、油漆并進(jìn)行外部檢查，然后進(jìn)行氣瓶內(nèi)部檢查，根據(jù)充裝介質(zhì)以及內(nèi)部污染物、腐蝕情況，采用相應(yīng)化學(xué)或機(jī)械手段進(jìn)行清理，并進(jìn)行相應(yīng)檢測，再根據(jù)充裝介質(zhì)類型，重新進(jìn)行閥門安裝，最后重新進(jìn)行油漆、更改標(biāo)志等。

3.3 氣瓶介質(zhì)變更內(nèi)部處理程序及清洗要求

對于氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，由于充裝介質(zhì)，會(huì)在氣瓶內(nèi)部形成污染物或者殘留，如清理不干凈，殘留物會(huì)對新充裝介質(zhì)造成污染，甚至產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成安全事故，因此，氣瓶內(nèi)部清洗、檢測對氣瓶介質(zhì)變更安全性影響非常大。

●3.3.1 氣瓶充裝介質(zhì)分類

根據(jù)所充裝介質(zhì)的兼容性和污染物與更改后充裝氣體發(fā)生反應(yīng)的可能性，以及原充裝介質(zhì)對氣瓶可能產(chǎn)生的損傷，CGA C-10中將氣瓶充裝氣體分為七個(gè)類別。

Ⅰ 氧化性氣體，包括O2、N2O和含氧量超過23.5%的混合氣體；

Ⅱ 氧化性混合氣體，包括空氣以及含氧量低于23.5%的混合氣體；

Ⅲ 不可燃?xì)怏w和惰性氣體，包括惰性氣體、N2、CO2等；

Ⅳ 可燃?xì)怏w，包括CO、C3H6、C2H4、H2、LPG、CH4等；

Ⅴ 乙炔，溶解乙炔；

Ⅵ 低溫氣體氣瓶，包括LO2、LN2、LAr、LHe、LH2等；

Ⅶ 腐蝕性氣體、有毒氣體、自燃?xì)怏w、放射性氣體等，該類別氣體包含幾十種氣體，如NH3、Cl2、HCl、PH3、SiH4、SF6等。

●3.3.2 氣瓶介質(zhì)變更中常用檢測手段以及清洗方法

氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更過程中，需要判定氣瓶內(nèi)部是否有污染物或者殘留，并需要采用相應(yīng)方法進(jìn)行清洗。常用的檢測方法有氣味檢測、錘擊檢測、油脂檢測以及內(nèi)部宏觀檢查等。常用的清洗方法包括有機(jī)溶劑清洗，加熱處理，機(jī)械方式清理，如鋼絲刷打磨、打磨片打磨、噴砂等，水溶液清洗，堿性溶液清洗，清水沖洗等。

●3.3.3 不同類別氣體氣瓶介質(zhì)變更檢測及清洗措施

根據(jù)CGA C-10要求，不同類別氣體氣瓶之間介質(zhì)變更需要的程序和處理措施也不同，CGA C-10中對不同類別氣體氣瓶之間轉(zhuǎn)換所需的處理以及檢測方法進(jìn)行了規(guī)定。例如充裝Ⅱ類介質(zhì)氣瓶之間相互轉(zhuǎn)換，需要進(jìn)行氣味檢測和錘擊檢測，合格氣瓶可以不進(jìn)行任何內(nèi)部清洗，例如充裝Ⅰ介質(zhì)氣瓶變更為充裝Ⅳ介質(zhì)，氣瓶首先應(yīng)進(jìn)行排空，使用無油惰性氣體進(jìn)行吹掃清理，也可使用水溶液進(jìn)行清洗，例如充裝Ⅲ類別氣體氣瓶變更為充裝Ⅳ介質(zhì)，需要進(jìn)行內(nèi)部宏觀檢查，如有腐蝕產(chǎn)物等，需要進(jìn)行內(nèi)部清洗，關(guān)于充裝Ⅶ介質(zhì)氣瓶變更，由于該類型氣體比較危險(xiǎn)，進(jìn)行介質(zhì)變更需要有豐富的相關(guān)知識，并遵循制造廠相關(guān)程序進(jìn)行。

4 ISO 11621關(guān)于氣瓶介質(zhì)變更方法及程序

和CGA C-10類似，ISO 11621對氣瓶介質(zhì)變更氣瓶范圍，氣瓶介質(zhì)變更通用程序，充裝氣體類別劃分，以及不同類別之間充裝介質(zhì)變更需要進(jìn)行的處理措施等進(jìn)行了規(guī)定。

4.1 充裝介質(zhì)變更氣瓶范圍

ISO 11621適應(yīng)于無縫氣瓶、鋁合金氣瓶以及焊接氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，不適應(yīng)于乙炔氣瓶變更，也不適應(yīng)于毒性、腐蝕性、自燃、放射性介質(zhì)氣瓶進(jìn)行變更，如對該類型氣體氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，需要遵循更專業(yè)的操作程序。

4.2 氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更通用程序

根據(jù)ISO 11621，氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，共分十個(gè)步驟來完成，并不是所有氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更都需要完成全部步驟。

Ⅰ 外部檢查和準(zhǔn)備工作，包括確認(rèn)瓶內(nèi)充裝介質(zhì)，氣瓶外部檢查，閥門檢查，確認(rèn)氣瓶壓力等級，檢驗(yàn)日期，內(nèi)部介質(zhì)排放至大氣壓，去除表面油漆、標(biāo)簽、標(biāo)示等，根變更后充裝介質(zhì)類型，重新進(jìn)行油漆、粘貼標(biāo)簽等；

Ⅱ 氣瓶內(nèi)水分含量檢查，氣瓶內(nèi)部有無可見液體水；

Ⅲ 氣瓶內(nèi)部積液檢查，特別是更改后用于充裝氧化性介質(zhì)，內(nèi)部有無積液以及碳?xì)漕愇镔|(zhì)；

Ⅳ 確認(rèn)材料相容性；

Ⅴ 水分含量檢測，該項(xiàng)檢查比Ⅲ項(xiàng)要求較高，確保氣瓶在使用壓力和溫度下不出現(xiàn)液態(tài)水；

Ⅵ 內(nèi)表面缺陷狀況檢查；

Ⅶ 內(nèi)表面腐蝕狀況檢查；

Ⅷ 氣瓶內(nèi)部清洗及吹掃；

Ⅸ 確認(rèn)氣瓶之前充裝介質(zhì)和材料是否相容，必要時(shí)增加無損檢測或水壓試驗(yàn)；

Ⅹ 如懷疑氣瓶內(nèi)部出現(xiàn)過水，應(yīng)進(jìn)行無損檢測和水壓試驗(yàn)。

4.3 氣瓶介質(zhì)變更程序確定

氣瓶充裝不同種類氣體，氣體對氣瓶產(chǎn)生的影響不一樣，部分氣瓶可能產(chǎn)生腐蝕也可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，充裝介質(zhì)變更以后，充裝介質(zhì)性質(zhì)不一樣，對氣瓶要求也不一樣，ISO 11621根據(jù)氣瓶原充裝介質(zhì)以及更改后充裝介質(zhì)，在十個(gè)程序步驟中選取不同步驟組合。

●4.3.1 氣瓶充裝介質(zhì)分類

跟CGA C 10類似，ISO 11621首先將氣瓶充裝氣體分為七個(gè)類別。

A 非活性氣體，包括惰性氣體、N2等，以及FTSC編號為01X0的氣體，X=0～6；

B 非活性氣體但可能產(chǎn)生腐蝕，包括CO2、CO2混合氣體以及FTSC編號為01X0或11X0且含氧量低于21%的混合氣體；

C 氧化性氣體，包括O2、N2O、空氣，含氧量大于21%的混合氣體，以及FTSC編號為41X0且N2O含量大于60%的混合氣體；

D 可燃?xì)怏w，包括C2H4、CH4、C3H6、碳?xì)浠衔铩PG，以及FTSC編號為21X0的氣體、氣體混合物等；

E 脆化性氣體，H2，以及ISO 11114-1中易產(chǎn)生氫脆且無毒氣體等；

F 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕類氣體，包括CO以及CO混合氣體等；

G有毒氣體、腐蝕性氣體、自燃?xì)怏w等，包含毒性、劇毒氣體。

●4.3.2 氣瓶介質(zhì)變更中常用清洗方法

ISO 11621中規(guī)定的氣瓶清洗方法和CGA C-10中規(guī)定的方法基本類似，包括水溶液清洗，有機(jī)溶劑清洗，機(jī)械方法清洗等。

●4.3.3 不同類型氣體氣瓶介質(zhì)變更采用的程序

根據(jù)ISO 11621要求，不同類型類別氣體氣瓶之間介質(zhì)變更需要的程序和處理措施也不同，處理程序步驟見表 1。

表 1 不同類別氣體氣瓶之間變更采用程序步驟

5 結(jié)論和展望

只要方法得當(dāng)，處理科學(xué)，氣瓶介質(zhì)變更后可以安全運(yùn)行。我國目前對氣瓶充裝介質(zhì)方面的規(guī)定，氣瓶不能進(jìn)行介質(zhì)變更，給氣體企業(yè)氣瓶運(yùn)行帶來不便。特別是近些年出現(xiàn)的大容積無縫氣瓶以及電子氣體氣瓶，氣瓶造價(jià)較高，造成氣體企業(yè)積壓大量氣瓶，造成運(yùn)行成本增加，以及社會(huì)資源浪費(fèi)。而國外氣體公司，建議盡快完善我國法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)處理方法，提高氣瓶使用效率，降低運(yùn)行成本。

但是，我國目前氣體企業(yè)總體管理水平不高，個(gè)別企業(yè)存在氣瓶運(yùn)行不規(guī)范，氣體品質(zhì)參差不齊，如參照國外氣瓶運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，會(huì)帶來更多安全問題。在現(xiàn)階段，可以有條件開展氣瓶介質(zhì)變更，可以對管理水平較為規(guī)范企業(yè)擁有的價(jià)值較高的氣瓶進(jìn)行介質(zhì)變更，由氣瓶使用單位提出申請，氣瓶制造企業(yè)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及氣瓶使用情況制定介質(zhì)變更方案及處理工藝，由檢驗(yàn)單位對介質(zhì)變更處理過程進(jìn)行監(jiān)督，共同保障氣瓶安全運(yùn)行，同時(shí)為企業(yè)節(jié)省運(yùn)行成本。

[1] TSG R0006—2014 氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] CGA C-10—2005 Recommended Procedure for Changes of Gas Service for Compressed Gas Cylinders[S].

[3] ISO 11621—1997 Gas cylinders-Procedure for Change of Gas Service[S].

Discussion for Change of Filled Gas for Cylinders

Luo Hui1Huang Qianghua2Bo Ke1Li Tong1Chai Sen1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. National Standardization Administration of Gas Cylinders Beijing 100013)

This paper introduces the items on filled gas of Chinese regulation, the filled gas is not allowed to be changed for specified cylinder, so the operation cost is increased. The items on filled gas of international regulation is introduced, in which the filled gas can be changed according to CGA C-10 or ISO 11621. This article details the procedure and requirements for change of filled gas, if the specified procedure is carried out, the changed cylinder can run without hazard. Based on the current management level of Chinese company, the filled gas can be changed on certain conditions.

Cylinder Filled gas Change of filled gas

X933.4

B

1673-257X(2016)11-0013-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.004

駱輝(1980～)，男，碩士，氣瓶室主任助理，中級工程師，從事特種設(shè)備安全研究工作。

2016-01-12）