علیرضا لرک

چكيده

الزمات ایمنی در تجهیزات مختلف این نیاز را به وجود می آورد که از قوانین یکسانی استفاده گردد.این قوانین در قالب استاندارد به وجود می آید.در این مقاله ضمن بررسی استاندارد های موجود در ضمینه مخازن گاز طبیعی فشرده(CNG)،به معرفی آنها می پردازد.استاندارد ISO،استاندارد ایالات متحده آمریکا و همچنین استاندارد ملی ایران در این مورد بررسی می گردد.این تشریح شامل معرفی جداول استاندارد و پارامترهای مهم در تعیین استاندارد مربوطه می باشد....

1- مقدمه:

گاز طبيعي فشرده كه به عنوان سوخت در خودروها به كار مي رود تا فشار 200    bar فشرده مي شود. وجود فشار بالا در سيستم سوخت رساني اين خودروها و تجهيزات مرتبط با آ نها نظير تجهيزات سوختگيري و كمپرسورها، اين نياز را ايجاد مي كند كه الزامات ايمني بالايي در اين تجهيزات رعايت شود. در ايران به موازات توسعه اين صنعت توجه به تدوين استانداردها و مقررات و نيز كيفيت و ايمني آغاز شده و تعداد قابل توجهي استاندارد مرتبط با به CNG وضعيت استاندارد ملي در آمده است. سازمانهاي بين المللي كه در اين زمينه فعاليت دارند CEN و ISOمي باشند كه هر كدام از كميته هاي فني مسئوليت  تدوين يك مجموعه استاندارد مرتبط با يك موضوع را به عهده دارند.

در سازمان بين المللي استاندارد ISO گروه TC8SC3 WG17،روي استانداردهاي مخازن كار مي كنند. در كميته اروپايي استاندارد CEN گروهTC 326  ،روي مخازن ذخيره خودروهاي NGV و گروه TC 282 روي گروه سيستمهاي كوچك ذخيره مخازن CNGكار مي كنند.برخي از استانداردهاي معروف در اين زمينه عبارتند از:

1- . ISO 10001-1 سيستم سوخت خودرو با گاز طبيعي فشرده – الزامات ايمني

2- .ISO 10001-2 سيستم سوخت خودرو با گاز طبيعي فشرده – رو شهاي آزمون.

3- . ISO 11439 مخازن گاز – مخازن گاز طبيعي فشرده و پرفشار براي ذخيره روي خودرو.

برخي از استانداردهاي رايج بین المللي در جدول 1 خلاصه شده اند. همزمان با توسعه و گسترش استفاده از سوخت  CNGدر خودروها، كشورهاي مختلف مجموعه اي از استانداردها را در اين زمينه پذيرفته اند. در هر حال نياز به يك استاندارد بين المللي در اين زمينه حس مي شد.در اين زمينه استاندارد ISO موارد خاصي را براي سوخت CNG طي چندين سال تهيه كرده است. اين استاندارد به طراحي و ساخت مخازن ذخيرة گاز براي خودروهاي مختلف كمك مي كند. اين استاندارد هم اكنون در حال توسعه و گسترش براي تبديل به يك استاندارد كامل است. فعاليتهاي لازم جهت نيل به استاندارد توسعه يافته در اين زمينه توسط  ANGVدر حال انجام است كه هدف آن تدوين استانداردي خاص براي مخازن CNG است. در اين زمينه يك گروه متخصص از طرف كميتة بين المللي  ISOجهت فعاليت و بررسي هاي لازم تعيين شده است.

جدول1- برخي از استانداردهاي رايج بين المللي

2- استاندارد ISO

هدف نهايي گروه17 TC8SC3 WG ارائة گواهي با عنوان مخازن تحت فشار بالا روي ، خودرو، براي ذخيره گاز طبيعي به عنوان يك سوخت، مي باشد. نيازمنديهاي استاندارد براساس عملكرد چندين ساله اين كميته در سراسر جهان است (به خصوص در ايتاليا، نيوزيلند، كانادا و ايالات متحده).استانداردها براساس فشار پاية bar 200 و دماي استاندارد 15oC تدوين شده اند. اين استانداردها اجازة استفاده از ساير فشارها را مشروط بر طراحي و ساخت تجهيزات، براساس آن فشار مي دهند. موارد و خواسته هاي منحصر به فرد استاندارد بيشتر در زمينة ماده، جنس، روشهاي شكل دهي و ساخت سيستمهاي گازسوز مي باشد. استاندارد، نيازهاي خاص صنايع اتومبيل سازي را درنظر گرفته و همچنين نيازمنديهاي ذخيرة يك گاز غيرهمگن در محل ثابتي در خودرو را با امكان شارژ مجدد به دفعات زياد و محدوديتهاي مخازن گازطبيعي درنظر مي گيرد. در استانداردهاي پيشين اكثر مواردي كه در مورد مخازن ذخيره گاز معين شده بودند مربوط به ذخيره گاز، تحت فشار بالا در استفاده هاي صنعتي مختلف بود. ولي تعدادي از كارافتادگي در اين مخازن مشاهده شد كه نشان داد، طراحي و ساخت اين مخازن براي خودروهاي گازسوز چندان مناسب نيست.

استاندارد جديد به دنبال رو شهايي جهت ساخت مخازني مقاوم و سبك براي استفاده در خودروهاي گا زسوز مي باشد كه قيمت اين مخازن كم بوده و داراي ايمني كافي جهت عمر طولاني تحت فشار بالا، باشد. بدين ترتيب مواردي در اين استانداردها مشخص شد كه جزئيات سرويس دهي، طراحي و نحوة استفاده از مخازن فشاربالاي گاز را در خودروهاي گازسوز مشخص نمودند. همچنين استانداردها به دنبال تأمين اطمينان ساخت  مخازن فشار بالا به طوري بودند  كه عمر اين مخازن از مقدار زمان  كاركرد اين مخازن در خودرو، بيشتر باشد تا در طول عمر مفيد خود دچار خستگي، از كارافتادگي و شكست نگردند. اين مسأله به نشت پيش از شكست  (LBB) موسوم است و درحال حاضر يكي از مهمترين قسمتهاي طراحي مخزن گاز طبيعي است.

مطابق با استانداردهاي جديد، مخازن گاز بايد در انتهاي عمر مفيد خود از كار افتاده شوند.هميشه عمر مخزن بيش از عمرخودرو است، يعني قبل از اين كه مخزن از كار افتاده شود، عمر مفيد خودرو  پايان  يافته است. عمر  كلي و دراز مدت  مخازن به عواملي  مثل  شرايط كاري، شرايطي  كه  مخزن تحت آن  شرايط نگهداري مي شود و فشار  پرشدن  مخزن  بستگي دارد. توجه خاصي به مخازن فشاربالاي كامپوزيتي در اين زمينه ها شده است، زيرا از نظر آسيبهاي مكانيكي وارده حساستر هستند.

استاندارد (CNG 4 ISO/FDIS/11439)

اين استاندارد بين المللي  درخصوص طراحي، روابطي را ارائه نمي كند، بلكه الزاماتي را توصيه مي كند كه با استفاده از اين الزامات كفايت طراحي تأييد مي شود. اين استاندارد شامل كليات زير مي باشد:

1- الزامات مواد مورد استفاده در ساخت مخزن شامل رزين، الياف، آستري و نافي فلزي

2- الزامات طراحي شامل فشار آزمون( 1/5برابر فشار كاري(، فشار تركيدن مطابق با جدول تحليل تنش برشي و محوري در لايه هاي داخلي مخزن، قرارگيري نازل در انتهاي عدسي شكل به صورت عمودي و در مركز محافظت در برابر آتش، اطمينان كافي از عمل نمودن وسايل تخليه فشار.

در اين حالت مي بايست نسبت تنش و فشار تركيدن مطابق با شرايط موجود در استاندارد تعيين شود. اين مقادير در جدول 2  به عنوان نمونه براي  مخازن  نوع 4 فهرست شده اند.

جدول2-مقادير حداقل فشار تركيدن و نسبتهاي تنش در مخازن نوع4

3-الزامات ساخت مخزن، شامل چگونگي ساخت آستري، نحوه و شرايط الياف پيچي روي مخزن، نحوه و شرايط پخت مخزن، كنترل كيفيت رزوه هاي نافي و محافظت مخزن در برابر شرایط محیطی.

4- الزامات آزمون مخزن ،اين استاندارد بيشترين توجه را به آزمونهاي محصولات دارد.به عبارتي چنانچه مخزن ساخته شده بتواند آزمونهاي پيشبيني شده در اين استاندارد را با موفقيت پشت سر بگذارد آنگاه الزامات چندگانه برآورده شده و كفايت طراحي تأييد ميگردد.

3- استانداردهاي رايج در ايالات متحده

دو گروه استاندارد رايج براي مخازن CNG در ايالات متحده وجود دارد.  

ANSI/AGA NGV21 - 1

2 - DOTNHTSA STANDARD FMVSS304 -2 

پيش از اين استانداردها، مخازن براساس استانداردهاي بهبود يافته توسط انجمن گاز فشرده[6]  طراحي و ساخته مي شدند. اين استانداردها هم اكنون به نام  FRP-1براي مخازن نوع 3و2-FRP براي مخازن نوع 2 شناخته مي شوند. كه در جدول3 فهرست شده اند.

جدول3- خلاصه اي از استانداردهاي مخزن در ايالات متحده

4- استانداردهاي ملي ايران

در اين بخش به مروري اجمالي از استانداردهاي ملي ايران و اينكه آنها چگونه ايمني و دوام را تحت بررسي قرار مي دهند، پرداخته مي شود. پاره اي از اين استانداردها در جدول4 فهرست شده اند. مشاهده مي شود كه استانداردهاي مذكور تا حد معقولي با يكديگر هماهنگ هستند والزامات فني آنها با يكديگر يكپارچه است. درنتيجه مخزني كه الزامات  يك استاندارد را پشت سر بگذارد،به احتمال قوي الزامات ساير استانداردها را نيز برآورده خواهد كرد.

اين استانداردها مانند ساير استانداردها عملكرد را محور اصلي قرار مي دهند و وارد جزئيات فرآيند ساخت و مواد نمونه نمي شوند. به اين دليل درصورت رعايت نكات ايمني و قابليت اعتماد امكان ورود فناوري هاي جديد را به اين حيطه فراهم مي نمايند.

آزمونهاي ارزيابي كيفي اين استانداردها نمايندة الزامات استفاده ميداني هستند و به تحمل آسيب، مقاومت محيطي و دوام، طي عمركاري 20 ساله مخزن مرتبط هستند. برآوردن اين الزامات آزمون، ايمني را طي عمركاري مخزن تضمين مي نمايد.

استانداردهاي مرتبط با مخزن، شامل استانداردهاي اجزاء نيز مي باشند، مثل استانداردهاي سري  ISO 1000براي اجزاي خودرو گازسوز،  ANSI/IAS PRDI براي وسايل اطمينان تخليه فشار (PRD) و استاندارد 3.1  ANSI/AGA NGV براي اجزاي سيستم و 1000 NFPA52  ISO براي سيستم سوخت خودروي گازسوز.

5- نتیجه گیری:

به طور کل،هدف استاندارد ها بالا بردن ایمنی و عمر کاری مخزن هاست که به وسیله تدوین قوانینی این مهم را فراهم می کند.در این میان استاندارد ISO دارای رواج و توجه بیشتری می باشد،که استاندارد های دیگر نیز تقریبا تلفیقی از آن هستند.استاندارد ایران نیز که بخش اعظم آن تکرار سایر استاندارد هاست،در زمینه تولید مخازنCNG پر کاربرد و دقیق است.از همین رو برای تولید داخلی کشور کاملا مناسب می باشد.  

 جدول4-استانداردهاي ملي ايران

 1 - Compressed Natural Gas

Leak Before Burst1-

GAS Cylinder-High Pressure Cylinders for the On-board Storage of Natural Gas as a Fuel for Automotive 1- Vehicles

- نسبت تنش عبارت است از تنش موجود در الياف در حداقل فشار تركيدن مشخص شده، تقسيم بر تنش موجود در الياف در فشار كاري

- نسبت تركيدن برابر است با نسبت فشار واقعي تركيدن مخزن به فشار كاري