車(chē)用LNG供氣系統(tǒng)介紹

賀立奎 范建鵬 李文進(jìn) 王子全

摘 要：隨著環(huán)保政策及排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，LNG（液化天然氣）汽車(chē)相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。文章通過(guò)對(duì)LNG液化天然氣特性及其供氣系統(tǒng)的組成原理的介紹，能夠更清楚直觀的了解車(chē)用LNG供氣系統(tǒng)的工作模式，為L(zhǎng)NG汽車(chē)的設(shè)計(jì)、維修使用等提供指導(dǎo)參考，以期為新能源天然氣車(chē)的發(fā)展提供良好的支持。關(guān)鍵詞：LNG;供氣系統(tǒng);組成;原理中圖分類(lèi)號(hào)：X382 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）01-116-03

Introduction of antomobile LNG supply system

He Likui， Fan Jianpeng， Li Wenjin， Wang Ziquan

（ Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.， Shaanxi Xi'an 710043 ）

Abstract：?With the upgrade of environmental protection policies and emission standards， LNG （liquefied natural gas） vehicles have more and more advantages over traditional fuel vehicles. The article introduces the characteristics of LNG liquefied natural gas and the composition principle of its gas supply system. It can understand the working mode of LNG supply system more clearly and intuitively， and provide guidance for the design， maintenance and use of LNG vehicle， so as to provide good support for the development of new energy natural gas vehicle.Keywords： LNG; Gas supply system; Form; principleCLC NO.： X382 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2019）01-116-03

1 LNG基礎(chǔ)知識(shí)介紹

1.1 液化天然氣介紹

液化天然氣即為液態(tài)的天然氣 （Liquefied Natural Gas），簡(jiǎn)稱(chēng)“LNG”，是天然氣經(jīng)過(guò)低溫冷凝等一系列處理，使天然氣在超低溫（-162°C）常壓狀態(tài)下液化，成為液態(tài)，其主要成分為甲烷?；臼菬o(wú)色、無(wú)味的;對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕性;不溶解于水，但在許多有機(jī)化合物以及氫氣和氧氣中是溶解的。天然氣燃燒時(shí)僅排放水和少量的二氧化碳粉塵和極微量的一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸铮篊H₄+2O2 → CO²+2H₂O。

1.2 LNG安全操作規(guī)范^[1]

涉及LNG的操作過(guò)程中潛在危害主要來(lái)自其物理性質(zhì)：

—— LNG在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下有極低的溫度：-162℃。

—— 有大的氣液體積比（ 620：1 ），如果減壓措施不當(dāng)，將導(dǎo)致壓力迅速升高。

—— 天然氣是易燃性氣體（燃點(diǎn)538°C）和窒息性氣體。

在有LNG的現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)工作時(shí)，需具有如下安全常識(shí)：

使LNG設(shè)備遠(yuǎn)離火焰或電火花;

在LNG設(shè)備維修、充裝、存儲(chǔ)的地區(qū)不允許煙火進(jìn)入;

在充裝有LNG的設(shè)備上工作時(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瓶排空、卸壓、置換;

所有進(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(mén);

安全閥的出口應(yīng)連接入安全外部排泄系統(tǒng)。

2 LNG供氣系統(tǒng)組成

LNG供給系統(tǒng)主要組成零部件由氣瓶、汽化器、緩沖罐、自增壓裝置、固定裝置、電磁閥、穩(wěn)壓器、管路組成，如下圖1：

其中 LNG氣瓶是一種低溫絕熱、壓力容器，儲(chǔ)存LNG，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖5.2，包括內(nèi)膽和外殼組成， 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（內(nèi)膽與外殼之間的空間）被抽成高真空，共同形成良好的絕熱系統(tǒng)。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。在氣瓶超壓時(shí)，首先主安全閥開(kāi)啟（壓力為 1.9MPa）泄壓。副安全閥是在主安全閥失效的情況下才會(huì)開(kāi)啟（壓力為 2.4MPa），確保氣瓶更安全，內(nèi)膽內(nèi)部設(shè)計(jì)有防過(guò)充裝置（容器、容積為內(nèi)膽的10%），在充裝過(guò)程中可以避免過(guò)量充裝。氣瓶的充裝率為 90% 。例如：公稱(chēng)容積500L氣瓶，其有效充裝容積為 500L×0.9=450L。

外殼通過(guò)前后支撐與內(nèi)膽連接，并與內(nèi)膽形成真空空間，此真空空間提升了氣瓶的絕熱性能。同時(shí)外殼也起到了保護(hù)內(nèi)膽的作用。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 0.1～0.2MPa 抽空塞將自動(dòng)打開(kāi)泄壓。當(dāng)抽空塞發(fā)生泄漏或真空破壞，氣瓶絕熱能力會(huì)下降或失效。這時(shí)可能發(fā)生外殼“冒汗”、氣瓶升壓速度快或結(jié)霜現(xiàn)象。當(dāng)然，在使用時(shí)，與氣瓶連接的管道出現(xiàn)結(jié)霜或凝水現(xiàn)象是正常的。

氣瓶瓶頭上有加注口、回氣口、截止閥、過(guò)流閥、單向閥、安全閥、增壓閥、經(jīng)濟(jì)閥、壓力表等組成。

汽化器：功能是讓LNG吸收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的熱量后由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。

緩沖罐：儲(chǔ)存一定容積的天然氣，用于車(chē)輛啟動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間燃?xì)庑枨罅吭龃蟮那闆r。

電磁閥：即電磁開(kāi)關(guān)，常閉狀態(tài)，開(kāi)啟時(shí)，燃?xì)饪奢斔偷桨l(fā)動(dòng)機(jī)。由車(chē)輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)（鑰匙）控制。

穩(wěn)壓器：其功能是降低并穩(wěn)定燃?xì)鈮毫?，保證燃?xì)鈮毫Ψ习l(fā)動(dòng)機(jī)要求。

自增壓裝置：除了氣瓶上的增壓截止閥、增壓閥外，自增壓裝置還有一段帶有翅片的管路，如下圖，其功能是LNG通過(guò)翅片管路的過(guò)程吸收環(huán)境熱量，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)后在回到氣瓶中。

固定裝置：固定裝置組成：氣瓶支架（框架）、緊固帶、橡膠墊帶、連接支架等。常見(jiàn)的分為氣瓶后置和氣瓶 置兩種，見(jiàn)下圖3和圖4所示。

3 LNG供給系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

LNG系統(tǒng)由氣瓶、自增壓模塊、汽化器、緩沖罐、電磁閥、穩(wěn)壓器、濾清器（發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)）等部件組成。如右圖所示，供給系統(tǒng)按功能可以劃分：a）供氣系統(tǒng) b）自增壓路線 c）自減壓路線 d）安全閥泄壓路線 e）氣瓶充裝路線 f）液位顯示系統(tǒng)見(jiàn)下圖5：

a）供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)路線由截止閥、過(guò)流保護(hù)閥、汽化器、緩沖罐、管路安全閥、電磁閥、穩(wěn)壓器、管路管路壓力表、管路安全閥組成。LNG進(jìn)入汽化器后，被發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液加熱變成氣體，通過(guò)緩沖罐、電磁閥、穩(wěn)壓器供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉃V清器入口。

b）自增壓路線

自增壓路線由增壓截止閥、增壓閥、翅片管組成。開(kāi)啟增壓截止閥狀態(tài)下，當(dāng)氣瓶壓力低于增壓閥設(shè)定壓力值時(shí)，增壓閥開(kāi)啟，LNG通過(guò)增壓閥進(jìn)入翅片管吸熱變成飽和蒸汽，再回到氣瓶氣相空間，由于天然氣氣態(tài)和液態(tài)的體積比約620：1，因此較少的LNG會(huì)變成大量的天然氣，在這個(gè)包含氣瓶的密閉的循環(huán)空間中，液變氣的體積變化，變?yōu)榱藲馄康膲毫ι?。?dāng)氣瓶壓力升至需要的壓力（增壓閥的設(shè)定壓力）時(shí)，增壓閥自動(dòng)關(guān)閉，氣瓶壓力不再升高。

c）自減壓路線

自動(dòng)減壓路線由經(jīng)濟(jì)閥、供氣路線組成。當(dāng)瓶?jī)?nèi)壓力高于經(jīng)濟(jì)閥設(shè)定的壓力時(shí)，且在正常供氣過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)閥開(kāi)啟，氣瓶氣相空間的天然氣由經(jīng)濟(jì)閥進(jìn)入供氣路線， 供給發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著氣相空間的天然氣不斷使用，瓶?jī)?nèi)壓力會(huì)逐漸降低至經(jīng)濟(jì)閥的設(shè)定壓力，此時(shí)，經(jīng)濟(jì)閥關(guān)閉。

d）安全閥泄壓路線

安全泄壓路線主要由主安全閥、副安全閥、氣瓶壓力表、手動(dòng)放空口等組成。當(dāng)氣瓶壓力達(dá)到安全閥設(shè)定壓力值時(shí)，安全閥開(kāi)啟，氣瓶?jī)?nèi)部氣相空間的天然氣通過(guò)安全閥排放到空氣中，使得氣瓶壓力降低，當(dāng)氣瓶壓力低于安全閥設(shè)定壓力值時(shí)，安全閥關(guān)閉。當(dāng)氣瓶壓力低于安全閥壓力，但仍需泄壓時(shí)，可通過(guò)打開(kāi)防空截止閥的方式，將天然氣排到空氣中。

e）氣瓶充裝路線

充裝路線由加注口、回氣口、進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y以及管道組成。加液站用加液槍的機(jī)械力量把加注口頂開(kāi)，LNG在加液站低溫泵泵入加液管道，并頂開(kāi)進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y，進(jìn)入氣瓶。當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)部快加滿(mǎn)的瞬間，由于液體的不可壓縮性，瓶?jī)?nèi)的壓力會(huì)迅速升高，達(dá)到加液機(jī)設(shè)定的停機(jī)壓力時(shí)，加液機(jī)停止加液，加氣的過(guò)程完成。

f）液位顯示系統(tǒng)

液位系統(tǒng)主要由液位傳感器、變送器、顯示組件、密封組件等組成。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了液化天然氣的特性及LNG供氣系統(tǒng)的組成及原理，隨著環(huán)保政策的影響及排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，LNG汽車(chē)將越來(lái)越成為發(fā)展的主流，通過(guò)對(duì)LNG供給系統(tǒng)的介紹，能夠?yàn)長(zhǎng)NG供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維修等提供相關(guān)的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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