车用气瓶型式批准中的火烧试验

什么是型式批准？

    每当气瓶制造单位新设计或者由型式气瓶经过改变某种设计参数设计变更出的首次制造的气瓶均可称为新的气瓶型式，在出厂以商品型式被应用于商用车或者乘用车前应当进行型式试验，未通过型式试验的气瓶不得出厂，而由型式批准机构完成对气瓶制造单位的审核及气瓶型式试验后出具型式试验证书的整个过程即称为型式批准。

   在所有车用气瓶的型式试验中，实验难度最大、试验结果最值得关注，甚至从某种程度而言直接决定了气瓶的使用安全的实验是火烧试验，也可以称耐/防火性能测试。火烧试验的主要目的是模拟气瓶在火灾情况下的表现，确保气瓶在遭遇高温时不会发生爆炸或其他危险情况。通过这些测试，可以评估气瓶材料的耐火性和结构完整性。

在TSG R7002-2009特种设备安全技术规范《气瓶型式试验规则》中对火烧试验装置进行了配置要求，如下：

（1）具有可靠的安全防护装置及火烧试验场地；

（2）火烧试验用火源可采用多种类型，如天然气、木材和石油气等；

（3）具有能够进行动态数据采集，实时显示及记录压力、温度、时间的测试仪器，并且能保证压力值误差范围在0.5%之内。

以下对不同型式的车用气瓶火烧试验方法进行介绍。

气瓶布置形式：气瓶应水平放置，并使瓶体下侧在火源上方约10cm处，同时需采用金属挡板防止火焰直接冲击瓶阀和TPRD；

试验介质：气瓶充装天然气/空气到公称工作压力P；

火源要求：火源燃烧器长度1.65m，火焰均匀分布且保证火焰能触及气瓶下部和两侧的外表面；

火源位置要求：①对长度≤1.65m的气瓶，其中心位置位于火源中心；②对长度＞1.65m的气瓶，若气瓶仅一端安装TPRD，火源从远离TPRD一端开始设置；若气瓶两端均安装TPRD，则火源从两个TPRD中间位置开始设置。

数据采集：至少3只热电偶沿气瓶方向布置于瓶身下侧，监测气瓶表面温度，热电偶间距不小于0.75m。温度和压力数据采集记录时间间隔不大于30s；

温度要求：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5 min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。

                                                火烧试验布置简图

3型氢气瓶内胆通常由合金钢或铝制成，厚度相对较大，主要用于常规压力和温度下的储存，常见压力等级为35MPa；4型氢气瓶内胆由复合材料（如碳纤维或玻璃纤维增强塑料）制成，重量轻，强度高。外层通常有保护性材料包覆，以提高耐热性和抗冲击性，压力等级可达70MPa。通常车用氢气瓶为3型瓶、4型瓶，由于4型氢气瓶的内胆材料由常规2或3型瓶的金属内胆变为了塑料内胆，火烧试验方法上产生了较大区别。

3型气瓶及其附件应进行火烧试验，并同时满足以下要求:

a) 局部火烧位置应为气瓶上距安全泄压装置最远的区域。如果气瓶两端均装有安全泄压装置，火源应处于安全泄压装置间的中心位置;

b) 试验前,用氢气或空气缓慢将气瓶加压至公称工作压力P;

c) 火源为液化石油气(LPG)、天然气或者煤油燃烧器，其宽度应大于或者等于气瓶直径，使火焰由气瓶的下部及两侧将其环绕。局部火烧时的火源长度为(250±50)mm，整体火烧时的火源长度应吞没整个气瓶;

d) 气瓶应水平放置，并使其下表面距火源约100mm。在气瓶轴向不超过1.65m 的区域内至少设置5个热电偶(至少2个设置在局部火烧范围内；至少3个设置在其他区域)。设置在其他区域的热电偶应等间距布置且间距小于或者等于 0.5 m。热电偶距气瓶下表面的距离为(25±10)mm。必要时，还可在安全泄压装置及气瓶其他部位设置更多的热电偶；

e) 试验时应采用防风板等遮风措施，使气瓶受热均匀；

f) 火烧试验时，热电偶指示温度如图所示。局部火烧阶段，气瓶火烧区域上热电偶指示温度在点火后1min内至少应达到300 ℃，在3min内至少达到600 ℃,在之后的7min内不得低于600℃，但也不得高于900℃。点火10min后进入整体火烧阶段，火焰应迅速布满整个气瓶长度，热电偶指示温度至少应达到800 ℃，但不得高于1100 ℃。热电偶指示温度应满足表4的规定。

4型气瓶及其附件应进行火烧试验，并同时满足GB/T 42612附录I的试验方法，因为试验方法较复杂，内容比较多，此处不方便展开描述，感兴趣的小伙伴可以入群交流讨论。

图4：IV型瓶火烧试验热电偶布置图

火烧试验是保证车用气瓶安全性的重要环节。通过严格的测试和评估，能够有效防止因火灾等极端情况导致的事故，确保车辆在实际使用中的安全性。这也为相关产品的认证和市场准入提供了可靠的依据，促进了气瓶技术的推广与应用。总体而言，不同内胆、不同介质的气瓶在火烧实验的试验方法上存在显著差异，主要体现在材料性质、试验标准、试验步骤、评估重点和安全措施等方面。这些差异反映了不同类型气瓶的设计目标和应用场景，以确保在各种条件下的安全性和可靠性。