液化天然氣（LNG）汽車綜述

文代志，陸 軍

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

作為汽車燃料的液化天然氣（Liquefied Natural Gas），簡(jiǎn)稱LNG，以其熱值高、污染少、儲(chǔ)運(yùn)方便等特點(diǎn)，已逐步得到了推廣應(yīng)用。

天然氣汽車以環(huán)保效益明顯、使用經(jīng)濟(jì)性較好、推廣應(yīng)用成本較低、安全性有保障、氣源較豐富等優(yōu)點(diǎn)，已為世界所重視，是國(guó)內(nèi)節(jié)能減排的主要代用燃料汽車之一。而隨著我國(guó)沿海20 多座LNG 接受站建成后，接受處理LNG 能力近7 000 萬(wàn)t，并且我國(guó)現(xiàn)已建成LNG 液化工廠30 余座，年液化能力500 萬(wàn)t，可供20多萬(wàn)輛汽車使用；同時(shí)在西氣東輸一線、二線、中石化上海線相繼建成的情況下，管輸天然氣不斷發(fā)展，這些都為發(fā)展LNG 汽車奠定了良好的資源基礎(chǔ)。

1 LNG 的特點(diǎn)

LNG 是天然氣的一種特殊的存在形態(tài)，它是對(duì)含90%以上甲烷（CH4）的天然氣進(jìn)行脫烴、脫硫、脫水、清除CO2等凈化處理后，再實(shí)施低溫冷凝等一系列處理（主要利用膨脹制冷工藝），使天然氣中的甲烷成分在–162℃時(shí)液化分離，常壓狀態(tài)下液化形成LNG 的主導(dǎo)成分。

LNG 的物理參數(shù)見表1。由于各地方的LNG 不盡相同，所以物理特性參數(shù)必須以LNG 供應(yīng)商的為準(zhǔn)。

（1）LNG 通過(guò)深冷前的凈化處理，幾乎除掉了天然氣中的全部雜質(zhì)，深冷凈化處理過(guò)程中，又分離出不同液化點(diǎn)的重?zé)N類成分和其他氣體成分，因此LNG 的純度很高。LNG 燃料成分的單一性和一致性、可靠性熱值和辛烷值高，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比等設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，避免了乙烷、丙烷等成分的爆燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其部件造成的不良影響。LNG 不含硫和機(jī)油，低碳，對(duì)排放和環(huán)境有利。

表1 LNG 的物理參數(shù)

（2）LNG 的能量密度是CNG 的3 倍，這表明LNG 儲(chǔ)存效率更高，可以使車輛獲得較長(zhǎng)的行駛里程，或者說(shuō)在相同行駛里程的情況下，可以使車輛的總質(zhì)量更小，從而比使用CNG 有更好的燃料經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)儲(chǔ)存效率高，也使LNG 更利于運(yùn)輸，擴(kuò)大了LNG 使用的地域范圍。

（3）LNG 的儲(chǔ)氣瓶為具有絕熱夾層的壓力氣瓶，儲(chǔ)存溫度約為–162 ℃，儲(chǔ)存壓力稍高于1.0 MPa，相比CNG 通常以20～25 MPa 的高壓儲(chǔ)存在高壓氣瓶中，LNG 常壓低溫絕熱儲(chǔ)存，比高壓儲(chǔ)存的容器更安全，且相對(duì)于CNG 的高壓鋼瓶，LNG 儲(chǔ)氣瓶總質(zhì)量降低很多。

（4）使用LNG 可以充分利用其低溫特性，降低混合氣的溫度，從而降低燃燒溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，同時(shí)降低NOx 的排放。

（5）LNG 安全性能好。LNG 燃點(diǎn)為650 ℃，比汽、柴油、LPG 的著火點(diǎn)都要高，LNG 泄漏與空氣混合的爆炸極限為5%～15%，相對(duì)密度為空氣的一半，稍有泄漏，很快會(huì)在空氣中揮發(fā)擴(kuò)散。而LPG 的爆炸極限為2.4 % ～9.5 %，燃點(diǎn)為465 ℃，氣化后密度大于空氣，泄漏后不易揮發(fā)擴(kuò)散；汽油的爆炸極限為1.0%～7.6%，燃點(diǎn)為427 ℃；柴油的爆炸極限為0.5%～4.1%，燃點(diǎn)為260 ℃。因此，LNG 汽車比LPG 汽車、汽柴油汽車使用起來(lái)更安全。

（6）LNG 運(yùn)輸方便。液態(tài)的LNG 便于經(jīng)濟(jì)可靠地遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，建設(shè)LNG 汽車加氣站不受天然氣管網(wǎng)的制約，只要找到LNG 氣源，就可以建站。

（7）在同等熱值條件下，LNG 比汽油、柴油價(jià)格便宜20%～30%，使用LNG 作為汽車燃料，將大大降低汽車的運(yùn)行成本。

2 LNG 汽車的燃料系統(tǒng)

LNG 汽車的主要核心部件，由LNG 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)構(gòu)成，其中燃料系統(tǒng)主要由LNG 儲(chǔ)氣瓶總成、儲(chǔ)氣瓶附件、氣化器和燃料加注系統(tǒng)等組成。

車用LNG 儲(chǔ)氣瓶，是作為一種低溫絕熱壓力容器，設(shè)計(jì)有雙層（真空）結(jié)構(gòu)。內(nèi)膽用來(lái)儲(chǔ)存低溫液態(tài)的LNG，在其外壁纏有多層絕熱材料，具有超強(qiáng)的隔熱性能，同時(shí)夾套（兩層容器之間的空間）被抽成高真空，共同形成良好的絕熱系統(tǒng)。外殼和支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠承受運(yùn)輸車輛在行駛時(shí)所產(chǎn)生的相關(guān)外力。內(nèi)膽設(shè)計(jì)有兩級(jí)安全閥，在超壓時(shí)起到保護(hù)作用。在超壓情況下，首先打開主安全閥開啟壓力為1.75 MPa，副安全閥開啟壓力為2.9 MPa，設(shè)定壓力較主安全閥高，在主安全閥失靈或發(fā)生故障時(shí)，副安全閥工作，這樣使氣瓶使用確保安全。外殼在內(nèi)部超壓條件下的保護(hù)，是通過(guò)一個(gè)環(huán)形的真空塞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果內(nèi)膽發(fā)生泄漏（導(dǎo)致夾套壓力超高），夾層壓力達(dá)到0.1～0.2 MPa，真空塞將自動(dòng)打開泄壓。當(dāng)真空塞發(fā)生泄漏或真空破壞，使絕熱能力下降或失效，這時(shí)可能發(fā)生外殼“冒汗”或結(jié)霜現(xiàn)象。當(dāng)然，在與氣瓶連接的管道末端，出現(xiàn)結(jié)霜或凝水現(xiàn)象是正常的。

儲(chǔ)氣瓶附件主要有：進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y、岀液截止閥、過(guò)流閥、壓力表、一級(jí)安全閥、二級(jí)安全閥（手動(dòng)放空閥）、氣相閥、經(jīng)濟(jì)閥、真空塞、液位計(jì)的傳感器及連接管路等。

LNG 在儲(chǔ)氣瓶中，以低溫的液態(tài)和氣態(tài)形式儲(chǔ)存，能夠以純液態(tài)形式或氣液混合形式從氣瓶中被放出，通過(guò)汽化器將其加熱成為氣體。汽化器安裝在氣瓶和發(fā)動(dòng)機(jī)之間。汽化器與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)相連，冷卻液流經(jīng)汽化器殼程并對(duì)盤管進(jìn)行加溫。汽化器本身不會(huì)使LNG 燃料壓力增加。汽化器一般包括穩(wěn)壓器和（水浴式）增壓器，當(dāng)LNG 進(jìn)入汽化器，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫冷卻液將其氣化，并加熱轉(zhuǎn)化為0.5～0.8 MPa 的氣體供給發(fā)動(dòng)機(jī)。

燃料加注系統(tǒng)包括有：加液口、回氣口、氣瓶壓力指示表、調(diào)壓后壓力指示表及其管路等，一般會(huì)將這些零件集成于一塊面板上（即加液面板），以便操作。

3 LNG 汽車的充裝

LNG 汽車的充裝，首先要在使用前，確保所有的管路連接可靠，并檢漏檢驗(yàn)確認(rèn)合格后方能進(jìn)行。其充裝方式主要有以下3 種：

3.1 常規(guī)充裝

LNG 汽車燃料的充裝，是通過(guò)一根獨(dú)立軟管完成的。充液時(shí)，首先將瓶?jī)?nèi)壓力泄放回收（降到0.7～0.8 MPa），將加氣槍與（車用LNG 氣瓶）加液口快速接頭連接，然后啟動(dòng)加氣機(jī)充液開關(guān)，LNG 將通過(guò)連接軟管，進(jìn)入氣瓶?jī)?nèi)膽。液體通過(guò)安裝在內(nèi)膽頂部的進(jìn)液管注入。采取這種充液方式的目的，是降低氣瓶頂部壓力、對(duì)瓶?jī)?nèi)存留的LNG 閃蒸氣（BOG）進(jìn)行再液化回收，以避免放空損失。充裝閥是一個(gè)單向閥，充液時(shí)液體在壓力作用下，自動(dòng)進(jìn)入氣瓶，無(wú)需手動(dòng)開關(guān)。當(dāng)液位達(dá)到額定位置時(shí)，充液自動(dòng)停止。其作用原理是當(dāng)LNG 液體漫過(guò)頂部進(jìn)液管時(shí)，管口背壓迅速升高并與充液壓力平衡，壓力達(dá)到加氣機(jī)設(shè)定的停止壓力（約1.2 MPa），此時(shí)加氣機(jī)停止充液。

3.2 放空充裝

可以從增壓型氣瓶（或LNG 槽車）向車用LNG氣瓶中充裝LNG，用一根充裝軟管，將增壓型氣瓶和車用LNG 氣瓶加液口相連后，即可開始充液。當(dāng)車用LNG 氣瓶中的壓力升高時(shí)，打開放空閥進(jìn)行放空，但是必須確保增壓型氣瓶和車用LNG 氣瓶的氣體飽和壓力，不低于發(fā)動(dòng)機(jī)所需的工作壓力。連續(xù)充裝直到LNG 從放空閥溢出，依次關(guān)閉放空閥和增壓型氣瓶充液閥，并卸下充液軟管。

3.3 熱瓶充裝

通常將首次充裝LNG 前和停止工作兩周以上的車用LNG 氣瓶稱為“熱瓶”。熱瓶的充裝，按照以下程序進(jìn)行：

首先向瓶?jī)?nèi)充入大約15 L 的LNG，靜置，在瓶?jī)?nèi)LNG 氣化升壓的過(guò)程中，氣瓶?jī)?nèi)膽也得到冷卻；當(dāng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到正常工作壓力后，進(jìn)行系統(tǒng)的檢漏；通過(guò)放空降低壓力后，即可按常規(guī)充裝程序進(jìn)行操作。

4 LNG 汽車的運(yùn)行及維護(hù)注意事項(xiàng)

4.1 運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

LNG 汽車的運(yùn)行操作程序，一般應(yīng)注意以下數(shù)點(diǎn)：

（1）每天行車之前必須檢查氣瓶與托架、供氣裝置與安裝梁之間固定是否牢固，燃?xì)庠O(shè)備的狀態(tài)是否完好，所有氣管的連接處是否漏氣，檢查各傳感器接頭是否有松動(dòng)現(xiàn)象。

（2）檢查完畢后先打開氣瓶放空閥、然后緩慢打開出液閥（一般開啟3-4 圈即可）。打開各閥門時(shí)要將閥門完全打開后要回?cái)Q一圈，以防閥門被卡住。停車后先關(guān)閉出液閥，放空閥可處在常開狀態(tài)。若停車時(shí)間超過(guò)兩天，則需關(guān)閉放空閥，每天檢查一下氣瓶壓力，若高于1.5MPa，則應(yīng)泄壓。瓶?jī)?nèi)壓力過(guò)高時(shí)一定要開啟放空閥放空泄壓，應(yīng)盡量避免安全閥的頻繁開啟。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后怠速運(yùn)行30 s，檢查機(jī)油壓力和水溫是否正常。

（4）單燃料氣體發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度較低的情況下起動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)現(xiàn)排氣管冒白煙或有水滴冒出，這屬于正常現(xiàn)象，原因是NG 中H 含量較多，故最終燃燒產(chǎn)物中H2O 較多，在低溫時(shí)不能汽化，形成白煙或水滴。隨著排溫升高，白煙和水滴將消失。

（5）其余使用操作及注意事項(xiàng)與使用汽油燃料時(shí)相同。

4.2 燃料系統(tǒng)維護(hù)注意事項(xiàng)

LNG 汽車（燃料系統(tǒng)）的維護(hù)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）LNG 燃料系統(tǒng)的定期維護(hù)與修理，應(yīng)在有關(guān)資質(zhì)認(rèn)證部門取得合格證書的專業(yè)的維修廠（場(chǎng)）進(jìn)行。

（2）執(zhí)行LNG 車輛燃料系統(tǒng)維護(hù)和修理的技工，須經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，并取得培訓(xùn)合格證，其他人員不得擅自維修。

（3）維修場(chǎng)地嚴(yán)禁吸煙，場(chǎng)內(nèi)應(yīng)有防火消防措施。如氣瓶已充氣，車輛與周圍明火距離不得小于10 m。

（4）維修車輛時(shí)，嚴(yán)禁敲擊或碰撞氣瓶、減壓閥、管線、及各種閥體。

（5）在車輛維護(hù)和故障排除過(guò)程中，如涉及燃?xì)庋b置的管路接頭、閥門、儀表、減壓裝置的拆裝、調(diào)整等作業(yè)時(shí)，維修人員應(yīng)首先斷開蓄電池供電電路（若需要進(jìn)行電焊操作時(shí)，則必須拆除總電源正負(fù)極），關(guān)閉總氣閥與瓶閥，待卸壓后方可拆卸故障部位。

（6）如果難以準(zhǔn)確診斷困難，在保證車輛周圍10 m 內(nèi)無(wú)明火的前提下，允許開啟總氣閥進(jìn)行帶壓檢查。漏氣部位明確后，應(yīng)立即關(guān)閉總氣閥和全部瓶閥，待卸壓后方可拆卸、維修。

（7）排除供氣系統(tǒng)故障時(shí)，必須關(guān)閉總氣閥和全部瓶閥，進(jìn)行管路卸壓，嚴(yán)禁在帶壓狀態(tài)下進(jìn)行修理作業(yè)。

（8）應(yīng)嚴(yán)格檢查卡套是否完好無(wú)損。高壓管線、卡套接頭只能更換新的，不允許重復(fù)使用。在維修好后，應(yīng)采用氣體檢測(cè)儀或肥皂水進(jìn)行泄漏檢驗(yàn)。

（9）在拆檢管路和各種接頭后，必須對(duì)管路進(jìn)行吹管處理，防止燃?xì)夤苈穬?nèi)進(jìn)入沙塵。

（10）在沖洗車輛時(shí)，應(yīng)特別注意避開發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)部件，如火花塞、點(diǎn)火線圈、噴射閥等。

5 安全防護(hù)及應(yīng)急處理方案

（1）LNG 汽車的操作過(guò)程中的潛在危害，主要來(lái)自LNG 的物理性質(zhì)。因LNG 在環(huán)境大氣壓下，具有極低的溫度（-162 ℃），皮膚或眼睛接觸到液化天然氣，會(huì)導(dǎo)致類似燒傷的冷灼傷。LNG 具有很大的氣液體積比，如果減壓措施不當(dāng)，將導(dǎo)致壓力迅速升高。天然氣是窒息性、易燃性氣體，因此在有LNG 或NG的現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)工作時(shí)，需具有必要的安全常識(shí)，遠(yuǎn)離火焰或電火花；在LNG 相關(guān)系統(tǒng)維修、充裝、存儲(chǔ)的地區(qū)，不允許煙火進(jìn)入；在有LNG 的場(chǎng)所工作時(shí)，需戴護(hù)目鏡、臉罩、絕熱手套；在拆卸零件維修時(shí)，需給LNG 氣瓶排空、卸壓、置換；進(jìn)入盛裝LNG 氣瓶現(xiàn)場(chǎng)人員，均應(yīng)穿能防火和防靜電的工作服及工作鞋；操作人員應(yīng)培訓(xùn)上崗；氣瓶在不使用時(shí)，操作人員應(yīng)關(guān)好所有閥門；安全閥的出口，應(yīng)連接入安全外部排泄系統(tǒng)。

（2）應(yīng)急處理人員的著裝要求。要對(duì)眼睛、皮膚等易與液體接觸的部位，進(jìn)行保護(hù)；要戴上防護(hù)鏡或面套，建議戴上易于脫下的防護(hù)手套和長(zhǎng)套袖，保護(hù)胳膊；要穿上無(wú)箍口長(zhǎng)褲，褲管要蓋住鞋子，以擋住溢出的液體；應(yīng)急處理人員的衣服，應(yīng)為棉制，最好是沒有口袋也沒有卷起的部分；嚴(yán)禁穿戴可能引起靜電的化纖衣物，腳部應(yīng)穿沒有鐵釘?shù)钠ば?/p>

（3）處于火災(zāi)環(huán)境時(shí)。應(yīng)及時(shí)關(guān)閉所有與氣、液相通的閥門。當(dāng)閥門無(wú)法關(guān)閉或泄漏處無(wú)法堵塞時(shí)，切不可用水直接噴淋液體泄漏處，推薦使用干粉（最好是碳酸鉀）滅火器。應(yīng)急處理人員應(yīng)經(jīng)過(guò)對(duì)LNG 引發(fā)的火災(zāi)使用干粉滅火器的訓(xùn)練。

（4）內(nèi)容器意外泄漏時(shí)。此時(shí)，因內(nèi)部液體泄漏，而使內(nèi)容器處于過(guò)剩壓力狀態(tài)下，將會(huì)導(dǎo)致并造成事故，應(yīng)盡快小心地將瓶?jī)?nèi)的液體排放出來(lái)。在條件許可的情況下，應(yīng)盡快將損壞的瓶轉(zhuǎn)移至無(wú)明火、易燃物以及無(wú)行人通過(guò)的場(chǎng)所，進(jìn)行應(yīng)急處理。

（5）處于閥門凍住時(shí)。若閥門凍住，應(yīng)使用清潔無(wú)油的溫水或熱氮?dú)饨鈨龊螅娇刹僮?。不得用錘或其他物件敲擊。

6 結(jié)束語(yǔ)

可以看到，LNG 具有污染低、抗爆性好、蘊(yùn)藏豐富、推廣應(yīng)用成本低、儲(chǔ)運(yùn)方便等特點(diǎn)，而LNG 相關(guān)車輛應(yīng)用技術(shù)、加氣技術(shù)的發(fā)展，已日趨成熟。隨著我國(guó)能源及環(huán)境問(wèn)題的日益突出，我國(guó)政府逐步推廣了對(duì)LNG 能源產(chǎn)業(yè)的建設(shè)和支持，使LNG 燃料汽車在我國(guó)將有著廣闊的發(fā)展前景。

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