推動複合材料液化石油氣容器之歷程與認可作業流程說明
Operating Procedure for the Promotion of Liquefied Petroleum Gas Composite Material Vessel Resume and Approval
推動複合材料液化石油氣容器之歷程與認可作業流程說明
Operating Procedure for the Promotion of Liquefied Petroleum Gas Composite Material Vessel Resume and Approval
文/消防月刊編輯室
一、前言
國內使用鋼製液化石油氣容器已有50 年以上的歷史,傳統鋼瓶雖然安全性足夠,但是其重量較重、易生鏽之因素,在搬運上及沿海等潮濕地區使用較為不便。目前全國約有3,041 家瓦斯行,在國內流通使用之鋼製液化石油氣容器約有1,160 萬支( 數據參考自內政部消防署公務統計報表),由此可知鋼瓶與民眾生活相當密切,如何減輕液化石油氣容器重量,降低瓦斯行員工負擔,為近來產業界相當重視之課題。隨著科技日新月異,歐美國家於西元2000 年時將複合材料(如玻璃纖維)應用在製造液化石油氣容器上,製造出新型的液化石油氣容器,稱為複合材料液化石油氣容器(以下簡稱複合容器),並通過各項認證後開始供人民使用及外銷至其他國家,為使民眾對於液化石油氣容器能有多種選擇,內政部消防署亦建立國內複合容器認可制度。本文即針對國內推動複合容器認可制度之歷
程,蒐集國內外資料向讀者介紹。
二、複合容器之構造特性
液化石油氣主要成分為丙、丁烷,較天然氣( 甲、乙烷) 燃燒產生之熱能較高,目前國內液化石油氣均以鋼瓶儲存。複合材料於1980 年代係使用於國防工業,至1990 年代便運用於車輛製造,直到2000 年才開始運用於液化石油氣容器,目前國際上具規模之製造複合容器公司之一為「Hexagon Ragasco」,本文即以該公司所生產之複合容器為範例,其構造可分成3 部分,係為內膽、外包覆複合材料纖維及保護外殼,如(圖1)、(圖2)及(圖3)。
■圖1 無縫聚合物做為內容物阻隔。
■圖2 複合材料纖維結構承受壓力,
防止在極端情況下壓力容器爆裂。
■圖3 保護外殼。
由表1 可知,複合容器重量較傳統鋼瓶重量為輕,而重量也是複合容器最大的特點之一,針對複合容器具有之特性分析如下:
表1 「Hexagon Ragasco」現有複合式液化石油氣容器規格  單位:公制
(一)耐腐蝕:
因為其材質為高分子複合材料纖維,其性質類似塑膠,故不會因為氣候而產生鏽蝕,(圖4)為美國進行複合容器與傳統鋼瓶2,500 小時的風化試驗結果。
■圖4 為美國進行複合容器(左)與傳統鋼瓶(右)2,500 小時
的風化試驗結果。
(二)重量輕:由表1 可以得知複合容器重量約較相同規格傳統鋼瓶減少約50% 至70%,對於搬運上能減輕瓦斯行員工或民眾之負擔。
(三)半透明:
複合容器瓶身為半透明(如圖5),可以肉眼觀察容器內剩餘之液化石油氣存量,有助於公平交易。
■圖5 複合容器瓶身為半透明。
(四)價錢較鋼製液化石油氣容器高:
複合容器製程為全自動化,且需要投入高度科技與製造機具,故其價格約為新臺幣3,000 元,為傳統鋼瓶2 倍以上。目前核准使用複合容器的國家約有44 國,其中又以歐美為主要使用國家,財團法人消防安全中心基金會曾於102 年6 月間赴挪威考查當地複合容器生產及使用狀況,因其重量輕,該國人民多於從事戶外活動時使用,如烤肉、露營、登山等等,與國內民眾多習慣於戶內使用之生活型態不同。在亞洲國家,韓國、印度與馬來西亞均有使用,其中韓國有3 家製造複合容器工廠,日本則取得政府特別許可後,104 年春天開始於國內試販售2 萬只複合容器,而我國則是於103 年5 月16 日發布「複合材料液化石油氣容器認可基準」與「複合材料液化石油氣容器認可作業及管理要點」,由於目前國內並無液化石油氣複合容器製造商,複合容器初步將以進口方式供國內瓦斯行及民眾選用。
三、國內複合容器認可制度推動沿革及
  認可作業介紹
我國經濟部標準檢驗局於101 年3 月26 日制定複合容器之國家標準:「CNS 15542 複合材料結構液化石油氣容器─規格及試驗法─第3部:纖維強化複合材料完全包裹具無承受負載金屬或非金屬內膽之液化石油氣容器」內容係參考ISO 11119-3 內容制定。
為建立複合容器認可檢驗規範,內政部消防署於102 年1 月21 日召開「複合材料液化石油氣容器認可及定期檢驗相關作業研商會議」,決議複合材料容器仍比照國內傳統鋼瓶採型式及個別認可制度,並參考CNS 15542 規定,擬訂「複合材料液化石油氣容器認可基準(草案)」,並於102 年8 月28 日將前揭草案函發各產官學界,請其就草案內容提供相關意見,以求慎重。經彙集各界意見後,於102 年12 月12 日邀集產官學各界代表召開研商會議,於會後仍持續積極與業界協商認可基準草案訂定事宜,並於103 年5 月
16 日發布。針對複合材料容器認可申請、合格與不合格容器處理及其他相關程序,另訂定「複合材料容器認可作業及管理要點」,於103 年5 月16 日連同「複合材料液化石油氣容器認可基準」一齊發布施行。關於複合材料液化石油氣容器認可流程內容說明如下:
(一)複合容器規格與使用年限:
1. 用途:供家庭或營業場所使用。
2. 規格:水容量2 公升至50 公升。
3. 試驗壓力為30bar, 工作壓力為20bar。
4. 使用及檢驗年限:依其設計使用年限而定,惟不得超過20 年;每5 年需檢驗1 次後始得繼續使用。
(二)型式認可試驗:
根據CNS 15542 或ISO11119-3 中對於型式認可測試項目之規範多達15 項,進行完整型式認可測試項目將耗時3、4 個月,在與國內專家學者及業界代表召開會議討論後,決議複合容器型式認可方式將由申請人提供國外第三方專業機構(如TÜV),頒給符合O11119-3 或EN14427等規範之認可證書,做為代替進行型式認可測試項目之方式,開放此一型式認可申請方式後,國內專業機構將不必再重複執行國外已試驗過之項目,申請人可直接依據「複合材料液化石油氣容器認可作業及管理要點」檢附國外第三方公證單
位核發之證書、測試報告及技術文件等,以書面審查之方式向內政部或內政部委託之專業機構申請型式認可。
型式認可書面審查文件如下:
1. 產品出廠證明。
2. 產品之設計圖,圖面應明確標示各部構造及零組件之名稱、尺度與材質,並附實體正面、側面、背面圖片(含照片)及有關說明資料(包括產品型錄、使用手冊等)。
3. 第三公證機構核發之符合EN14427或ISO11119-3 等國際規範之型式認可證書(證書如為國外第三公證機構發給者,應經我國駐外館處驗證,或經當地法院或公證公司認證)。
4. 符合EN14427 或ISO11119-3 規範之型式認可測試報告。
5. 品質管理說明書(內容包括產品之設計管理、品質管理系統,零組件及庫存品之管理,製造、組裝作業流程,試驗設備之維護管理等有關文件)。
6. 第三方公證機構認證之生產製程及品管系統之工廠證明文件。
7. 適用於充填液化石油氣之材料特性及品質之每批材料紀錄及證明文件(該紀錄及證明文件應可識別每一個容器生產使用之材料批號及確認用於製造每一批容器)。
8. 經內政部委託之專業機構出具之審查報告(須為申請日前之二年內作成者),載明引用規定,審查結果及規定之對照表。
9. 文件為外文資料者,應附中文譯本或適當之摘譯本。其中審查國外型式認可測試報告內容應具有下列項目:
1. 高溫潛變試驗
2. 缺陷試驗
3. 摔落試驗
4. 滲透試驗
5. 容器閥基座扭矩試驗
6. 洩漏試驗
7. 容器爆裂試驗
8. 周遭環境循環試驗
上開項目係內政部消防署與國內複合材料產官學界就國內民眾使用情況、複合容器安全性以及大環境等因素共同研議而得,未來由內政部委託之專業檢驗機構於審查複合容器型式認可時,必須檢視上開項目之測試報告是否符合規定,以保障容器使用安全。
(三)型式認可審查合格之處置:
內政部發給型式認可證書,並記載下列事項:
1. 公司或商號名稱、統一編號、地址及負責人姓名。
2. 工廠地址。
3. 認可之依據。
4. 有效期限。
5. 認可內容。
6. 注意事項。
7. 本部委託之專業機構名稱。
型式認可之有效期限為三年,期限屆滿前三個月內得申請延 展,每次延展期間為三年。申請延展未核准前,不得申請個別認可。
(四)個別認可試驗:
取得型式認可證書後,申請人始得申請個別
認可試驗,由1 批900 只複合容器中隨機抽取3
只容器檢驗,試驗項目共計5 項,分別為:
1. 周遭環境循環試驗
2. 容器爆裂試驗
3. 容器閥基座扭矩試驗
4. 洩漏試驗
5. 液壓試驗
前揭3 只容器送內政部委託之專業機構進行試驗,其中2 只分別進行周遭環境循環試驗及容器爆裂試驗;另1 只依序進行容器閥基座扭矩試驗、洩漏試驗及液壓試驗。試驗之方法及判定基準依CNS 15542 之規定辦理,如試驗通過,則該批容器視為合格,若有未通過試驗之項目,該批容器得針對未通過試驗項目申請補正試驗1 次。個別認可補正試驗應依下列步驟進行:
1. 周遭環境循環試驗及容器爆裂試驗之補正試驗,應各隨機抽取1只容器辦理試驗。
2. 另容器閥基座扭矩試驗、洩漏試驗及液壓試驗之補正試驗,隨機抽取1 只容器進行試驗,並均應通過試驗。
3. 補正試驗通過,則該批容器視為合格(但第1 次抽樣未通過試驗容器除外);倘仍有容器未通過補正試驗,則該批容器應全數視為不合格。
4. 所有完成個別認可試驗之抽樣複合容器因不再適合供民眾使用,應予銷毀或退運出口。
(五)認可合格複合容器瓶身處置:
1. 檢驗合格容器應發給液化石油氣容器合格證明及合格標示,前述證明資料應由申請人及內政部或內政部委託之專業機構分別保留一份,以供日後查考。2. 新出廠液化石油氣容器經認可合格後,由內政部或內政部委託之專業機構發給合格標示(如下頁圖6),由製造商、進口商列印資料後附加於合格容器護圈。
■圖6 由內政部或內政部委託之專業機構發給合格標示。
(六)認可不合格之容器處置:
1. 內政部或內政部委託之專業機構對於個別認可試驗不合格之複合容器,應以書面通知申請人。申請人接獲不合格通知後三個月內應依「複合材料液化石油氣容器
認可作業及管理要點」第十點規定自行篩選淘汰容器一併予以銷毀或報運出口。
2. 申請人執行前項銷毀作業一週前,應以書面陳報當地消防機關,及內政部或內政部委託之專業機構派員監毀;銷毀後一週內應將銷毀處置情形作成紀錄報請當地消防機關核轉本部及副知本部委託之專業機構。
3. 申請人辦理報運出口作業一週前,應以書面陳報當地消防機關,及內政部或內政部委託之專業機構;報運出口後三週內,應檢附關稅局出口報單等相關足資證明文件,陳報公司或商號登記所在地消防機關,及內政部或內政部委託之專業機構。
四、國外對於複合容器之測試方式
本文蒐集挪威對於複合容器之測試資料與照片,其中針對耐火試驗、摔落試驗、爆裂試驗、周遭環境循環試驗及洩漏試驗之過程整理資料如下:
(一)火燒試驗:
依據ISO11119-3(8.5.11 耐火試驗)容器應使用空氣或氮氣或特定的氣體,先將此容器加壓至試驗壓力的2/3 倍,使用木材、燃氣或其他碳氫燃料,所產生之適當火災模擬(下頁起圖7 ~圖15)。
1. 首先以水平放置實施耐火測試,監測及紀錄如下:
(1) 壓力釋放裝置的類型和特性。
(2) 初始壓力。
(3) 洩漏位置。
(4) 溫度。
(5) 時間。
■圖7 本次火燒試驗容器規格10kg 24.5L,灌裝丙烷液化石油氣。
■圖8 水平放置實施耐火試驗燃燒初期。
■圖9 燃燒中期容器閥洩壓燃燒。
■圖10 燃燒中期本體內膽破裂大量洩壓燃燒。
■圖11 燃燒後剩餘玻璃纖維。
2. 垂直放置實施耐火測試:
■圖12 燃燒初期。
■圖13 燃燒中期容器閥洩壓燃燒。
■圖14 燃燒中期本體內膽破裂大量燃燒。
■圖15 燃燒後剩餘玻璃纖維。
(二)摔落試驗:
本次摔落試驗依據ISO11119-3(8.5.9 摔落試驗)應使用2 個容器,各需加水到容量50%,並在容器的一端配上栓塞。以下圖所示,2 個容器應在高度1.2m,5 個不同的方位上,各被摔落2次至鋼板(下頁起圖16 ~圖21)。
■圖16 高度1.2m 處。
■圖17 容器正方位。
■圖18 容器斜45O 方位。
■圖19 容器橫方位。
■圖20 容器斜45O 方位摔落。
■圖21 容器反方位摔落。
經摔落試驗以5 個不同的方位上各被摔落2
次,容器外觀上把手護蓋損壞、容器桶底變形、
容器閥完整無損壞、檢視內膽是否損傷、容器上
端部損傷。
(三)爆裂試驗:
經摔落試驗後將其中1只容器實施容器爆裂試驗,以每秒不超過5bar 的速率將液壓增加,直到容器破損,其爆裂壓力或導致不合格情形發生時之壓力,應不小於設計複合容器之2 倍試驗壓力(圖22、圖23)。
■圖22 容器爆裂試驗機臺設備。
■圖 23 由容器上端部損傷處爆裂。
( 四) 周遭環境循環測試
經摔落試驗後另1只容器,實施周遭環境循環試驗,以連續反覆循環的方式,將容器施加壓力試驗,其中最大壓力為試驗壓力(ph),或在溫度65oC,最大形成壓力(Pmax)(圖24)。該循環壓力最小值不得超過循環壓力上限的10%,但是其絕對值不可大於30bar。循環頻率不得超過0.25 HZ ( 每分鐘15 次)。在試驗的過程中,容器外層表面的溫度不得超過50 oC。
■圖24 周遭環境循環試驗機臺設備試驗機臺操作。
(五)洩漏試驗:
在製造過程中內膽口基處加熱,安裝口基後自動設備測漏檢測是/否有漏氣情形(圖25),若測得有漏氣情形時,訊號傳回至電腦主機註明不合格原因並將原預定行程取消,轉出至剔除區由人員進行分析不合格原因並加以改善。
■圖25 洩漏試驗中。
五、國內專業機構檢驗能力:
為委託專業機構辦理複合容器認可業務,內政部邀集各專家學者組成審查小組於103 年12月26 日至申請機構:財團法人危險物品安全基金會,就是否具有複合容器認可能力進行資格實地審查,經審查其人員組成、檢驗機具(如圖26 至28)及相關履約能力後,結果為符合,並經內政部於103 年12 月31 日公告為委託辦理液化石油氣容器專業機構。
■圖27 容器閥基座扭矩試驗機。
■圖28 洩漏試驗機。
■圖26 液壓試驗機。
六、結語
液化石油氣為日常生活中不可或缺的能源,但同時也是具有危險性之可燃性氣體,且其儲存於高壓容器中,無論是使用不慎,或是容器不合格卻仍在使用等情形,都可能造成公共安全上的危害。消防署自民國94 年接手液化石油氣容器安全管理後,對新製造或進口之鋼製液化石油氣容器實施型式認可及個別認可檢驗制度,為民眾使用容器安全把關,未來複合容器亦依照上開認可制度進行檢驗,以確保容器安全性。另複合容器重量輕及外觀半透明之特性,可供國內民眾除了傳統液化石油氣鋼瓶外有另項消費選擇,期望能藉由輕量化之瓦斯容器及半透明之外觀,給予使用瓦斯行及民眾搬運便利性與交易之公平性。