天燃氣重型商用車制造工藝技術(shù)流程研究

賈存泰 鄭亞運 張棟梁 魏紫鵬 馬偉光 高林

作者簡介：賈存泰（1995—），男，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向為商用車整車裝配制造工藝。

參考文獻引用格式：

賈存泰， 鄭亞運， 張棟梁， 等. 天燃氣重型商用車制造工藝技術(shù)流程研究[J]. 汽車工藝與材料， 2024（5）： 18-26.

JIA C T， ZHENG Y Y， ZHANG D L， et al. Research on Manufacturing Process Technology for Gas-Powered Heavy-Duty Commercial Vehicles[J]. Automobile Technology & Material， 2024（5）： 18-26.

摘要：為研究天然氣商用車與傳統(tǒng)商用車（柴油）的能源性質(zhì)差異，闡述了燃料特性、加注設(shè)備成本、常見泄漏情形和商用車污染物及溫室氣體的排放情況、續(xù)航能力等內(nèi)容，對天然氣商用車供氣系統(tǒng)氣瓶及氣路結(jié)構(gòu)、原理進行分析說明，并對國內(nèi)某重型商用車供氣系統(tǒng)布置形式進行分解，制定了天然氣重型商用車的裝配工藝流程及工藝規(guī)范。最后，研究了GB 19239—2022《燃氣汽車燃氣系統(tǒng)安裝規(guī)范》的泄漏試驗操作規(guī)程，參考氮氣置換技術(shù)，梳理了天然氣重型商用車的氮氣置換操作規(guī)程和天然氣重型商用車從裝配到入庫的生產(chǎn)工藝。

關(guān)鍵詞：重型商用車 天然氣 制造工藝 氮氣置換 泄漏試驗

中圖分類號：U466? ?文獻標志碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230315

Research on Manufacturing Process Technology for Gas-Powered Heavy-Duty Commercial Vehicles

Jia Cuntai， Zheng Yayun， Zhang Dongliang， Wei Zipeng， Ma Weiguang， Gao Lin

（FAW Jiefang Qingdao Automotive Co.， Ltd.， Qingdao 266200）

Abstract： To explore the differences in energy properties between natural gas commercial vehicles and traditional commercial vehicles （diesel）， this paper described natural gas characteristics， the cost of refueling equipment， common leakage scenarios， and the emissions of pollutants and greenhouse gases from commercial vehicles， as well as their driving range， then analyzed and explained the gas cylinder and gas route structure and principles of the natural gas commercial vehicle supply system. Arrangement of gas supply system for a domestic heavy-duty commercial vehicle was dissected， and the assembly process and technical specifications for natural gas heavy duty commercial vehicle were developed. Finally， the paper studied the leakage test operation procedures of the GB 19239-2022 “Gas Vehicle Gas System Installation Specifications”， and summarized the nitrogen displacement operation procedures and production processes for natural gas heavy-duty trucks from assembly to storage.

Key words： Heavy-duty commercial vehicle， Natural gas， Manufacturing process， Nitrogen replacement， Leakage test

1 前言

目前，我國重型商用車仍以柴油動力為主，但天然氣動力的車型市場份額正逐年增長。2023年上半年，我國商用車市場持續(xù)復(fù)蘇，天然氣重型商用車增長最快。

天然氣重型商用車運輸成本更低[1]。液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）與壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，CNG）之間的價格相差較小，市面上的天然氣重型商用車能源以LNG為主，因此，本文僅分析LNG與柴油的經(jīng)濟性。根據(jù)上海石油天然氣中心發(fā)布的數(shù)據(jù)：2022年8月23日至2023年8月23日，LNG出廠最高價7 804元/t，最低價為3 783元/t；柴油出廠最高價為9 164元/t，最低價為7 234元/t。經(jīng)燃料熱值計算可知，LNG完全燃燒的熱量為6.7～13.7 MJ/元，柴油完全燃燒的熱量為4.3～5.4 MJ/元。此外，天然氣重型商用車氮氧化物排放量極低，無需尿素還原氮氧化物。

2 天然氣及傳統(tǒng)能源分析

2.1 天然氣及傳統(tǒng)能源概述

天然氣（Natural Gas，NG）是由以氣態(tài)低分子烴為主要組成部分的混合物，根據(jù)儲存運輸方式的不同，主要分為管道天然氣（Pipeline Natural Gas，PNG）、LNG及CNG，還有一種比較特殊的液化壓縮天然氣（Liquefied-Compressed Natural Gas，L-CNG），以LNG狀態(tài)儲存，而加注時經(jīng)壓縮氣化為CNG。天然氣作為清潔能源，具備熱值高、含碳量低、含硫量低、儲量豐富的優(yōu)點。在完全燃燒獲得同等能量的前提下，天然氣排放的CO2約為煤炭的67%，約為原油的43%。

柴油與天然氣類似，主要成分為烴類，構(gòu)成柴油的烴類主要為復(fù)雜烴類，沸點遠高于構(gòu)成天然氣的低分子烴，因此，柴油在常溫常壓條件下以液態(tài)存在，凝固點較高。我國輕柴油按凝固點分為6個標號，凝固點為-44～8 ℃，使用者需要根據(jù)需求選擇。在北方，車輛會采用主、副油箱設(shè)計：低溫條件下，低容量的副油箱加注凝固點較低的柴油，大容量的主油箱加注凝固點較高的柴油，車輛起動后先使用副油箱的柴油驅(qū)動，車輛運行一段時間后，將燃燒的部分熱量通過水等介質(zhì)加熱主油箱，當溫度高于主油箱柴油凝固點后，使用主油箱供油。

2.2 天然氣及傳統(tǒng)能源特性

2.2.1 物理特性

將常態(tài)天然氣降至-161.5 ℃使其液化得到LNG，通常在-161.5 ℃、0.1 MPa的條件下進行儲存、運輸；液化天然氣是以沸騰狀態(tài)儲存，沸騰的LNG蒸發(fā)形成溫度接近于LNG液體溫度的蒸發(fā)氣，該氣體與PNG、CNG的物理特性不同。蒸發(fā)是吸熱過程，當部分液態(tài)天然氣蒸發(fā)時，該部分液態(tài)天然氣吸熱后變?yōu)長NG的蒸發(fā)氣，吸取熱量使其它部分溫度降低至沸點以下。在系統(tǒng)外無輸入能量或輸入的能量極少，且其它環(huán)境條件不變的情況下，有限空間內(nèi)LNG蒸發(fā)氣量基本固定。當壓力等條件改變時，有限空間內(nèi)LNG蒸發(fā)氣量會變?yōu)榱硪粋€平衡狀態(tài)，該現(xiàn)象稱為閃蒸：經(jīng)計算機輔助分析可知，壓強為100～200 kPa時，1 m3 LNG壓強每降低1 kPa，閃蒸的氣體量約為0.4 kg。

CNG是將常態(tài)天然氣在10～25 MPa壓強下壓縮后得到的，壓縮比一般為200∶1。

雖然LNG和CNG是天然氣在不同條件下的狀態(tài)，但熱值不同：LNG的熱值約為52 MJ/kg，CNG的熱值約為38 MJ/kg。柴油的熱值一般為33 MJ/L，即39 MJ/kg。因此，CNG的熱值與柴油相當，LNG的熱值明顯高于柴油；天然氣的密度較低，LNG的密度約為0.43 kg/L，CNG壓縮比低于LNG，但范圍較大，無法給出準確數(shù)值，經(jīng)計算，LNG的熱值約為22.4 MJ/L，高于CNG的熱值。在一般環(huán)境條件下，天然氣的爆炸極限為5%～15%。

2.2.2 排放特性

天然氣與柴油構(gòu)成主體均為烴類，因此，其燃燒的主要產(chǎn)物均為CO2。2種燃料中都含有一定量的硫、氮等元素，污染排放物中含有不完全燃燒得到的烴類（HC）、一氧化碳（CO）、硫化物和氮氧化物。涂小岳等給出的LNG和柴油攪拌車生命周期污染物排放差異圖（圖1）可知[2]：LNG攪拌車燃燒得到的硫化物、氮氧化物及顆粒物（Particulate Matter）均顯著低于同規(guī)格的柴油攪拌車。LNG攪拌車碳氫化合物 （Hydrocarbon，HC）及一氧化碳（CO）排放量受當時LNG發(fā)動機熱效率低的影響，如今天然氣發(fā)動機本體熱效率已達到54.16%，污染物排放量會顯著降低。

柴油商用車配有尿素罐，尿素與氮氧化合物會進行化學(xué)反應(yīng)，NO2與尿素的反應(yīng)為：

[4CO（NH2）2+14NO2→4CO2+7N2+8H2O]

尿素可以將二氧化氮中的正四價氮元素還原成氮氣中的零價氮元素，同時生成二氧化碳和水等物質(zhì)。而天然氣商用車沒有尿素罐，LNG污染物排放與圖1接近，而柴油污染物排放高于圖1[2]。

2.2.3 車用續(xù)航特性

柴油重型商用車通常采用多油箱組合，容量高于1 200 L，以某LNG牽引重型商用車為例，油箱包含后背1 350 L+側(cè)置2×500 L，可加注2 350 L的LNG燃料。3種燃料（LNG、CNG、柴油）中，LNG的續(xù)航能力最強，CNG最弱。但實際上，考慮到加氣站較少，LNG重型商用車大多設(shè)計為大氣罐車型，市面上的LNG重型商用車氣罐容積一般為1 000 L，因此，LNG重型商用車續(xù)航能力低于柴油車型。

2.2.4 加注設(shè)備特性

LNG車型與柴油車型加注燃料均需儲罐、加注機、管道等設(shè)備，但LNG需要低溫儲存，儲罐一般采用雙層壁真空絕熱容器，內(nèi)容器為奧氏體不銹鋼，外容器為碳鋼，中間絕熱層為膨脹珍珠巖并抽真空。CNG的加注設(shè)備包含進氣系統(tǒng)、脫硫裝置、壓縮機、脫水裝置、儲氣裝置、順序控制盤、加氣機、冷卻水系統(tǒng)、高壓管道，成本為同等規(guī)模的LNG加注設(shè)備的3倍以上。加注設(shè)備建設(shè)成本由高到低依次為柴油、LNG、CNG[3]。

2.2.5 泄漏特性

當LNG向常溫空氣中泄漏時，剛蒸發(fā)的天然氣氣體密度大于空氣；當溫度上升到一定值后，其密度開始小于空氣，而極低溫的天然氣會吸取大量熱量，使空氣中的水蒸氣液化冷凝，形成肉眼可見的云霧團。

當LNG向常溫液態(tài)介質(zhì)泄漏時，由于2種液體間存在極大溫差，會導(dǎo)致接觸表面的2種分子出現(xiàn)快速熱交換，相態(tài)快速改變，產(chǎn)生爆炸（不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不伴隨燃燒），該現(xiàn)象稱為快速相態(tài)轉(zhuǎn)變。

當少量CNG緩慢泄漏時，CNG快速膨脹，比LNG更快散布于空氣中，達到爆炸極限；由于可觀察的特征明顯弱于LNG泄漏時的特征，提前介入處理的反應(yīng)時間往往極短。

當大量CNG快速泄漏時，大量壓縮氣體快速膨脹，該過程可近似視為絕熱膨脹，迅速對外做功，產(chǎn)生爆炸（不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不伴隨燃燒）[4]。

2.3 小結(jié)

本節(jié)主要從LNG、CNG、柴油的構(gòu)成、燃燒產(chǎn)物、熱值、續(xù)航能力、加注設(shè)備建設(shè)成本等方面進行比較：LNG比柴油優(yōu)勢更大，尤其在運輸成本方面，LNG、CNG均顯著優(yōu)于柴油。

3 天然氣氣瓶及氣路基本結(jié)構(gòu)

3.1 氣瓶基本結(jié)構(gòu)

3.1.1 LNG氣瓶基本結(jié)構(gòu)

LNG氣瓶作為存放、供給、可重復(fù)添加燃料的絕熱低溫壓力容器，由內(nèi)、外2層構(gòu)成，如圖2所示。內(nèi)層由多層鋁箔和玻璃纖維構(gòu)成絕熱層，多層材料在高真空環(huán)境下隔熱性好、熱導(dǎo)率低，且能夠承受一定的壓力。外層由一層高強度鋼材包裹，用于支持內(nèi)層材料，同時與內(nèi)層形成一個夾層，夾層空間為高真空，與內(nèi)層絕熱層構(gòu)成絕熱系統(tǒng)，減少液化天然氣損失。內(nèi)、外層之間有一層支撐系統(tǒng)，用于承受運輸中的振動和真空壓力。

3.1.2 CNG氣瓶基本結(jié)構(gòu)

目前，氣瓶通常采用復(fù)合材料制成，由內(nèi)膽層和復(fù)合材料層組成，如圖3所示。內(nèi)膽層通常為聚乙烯材料，具有良好的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫性，與天然氣無不良反應(yīng)。外層為復(fù)合材料，采用纖維纏繞法將纖維和樹脂纏繞成型，纖維作為氣瓶的主要受力體，抗拉強度高、密度低，能夠保證氣瓶整體結(jié)構(gòu)強度；樹脂主要用于保證安全性能，有良好的止裂效果，發(fā)生泄漏時不會產(chǎn)生碎片。

3.2 氣瓶基本結(jié)構(gòu)

3.2.1 LNG氣路基本結(jié)構(gòu)

LNG氣瓶的所有管路及閥類裝置均集中在氣瓶的一側(cè)，并配有保護模塊，如圖4所示。

充液時，LNG由進液口（C1）通過單向閥（FCv）進入氣瓶，從氣瓶上方進入時會將部分天然氣蒸汽液化，使氣瓶中壓力恒定，減少損失。

氣瓶設(shè)置自增壓系統(tǒng)，由增壓截止閥（Pv）、調(diào)節(jié)閥（PBr）及自增壓盤管（Pr）構(gòu)成，自增壓時需關(guān)閉除增壓截止閥（Pv）以外的其他截止閥，此時低溫液態(tài)天然氣通過截止閥進入自增壓管盤（Pr）加熱成為蒸汽形態(tài)，之后進入氣瓶頂部空間，氣瓶內(nèi)部壓力提高，當壓力達到設(shè)定值時增壓截止閥（Pv）關(guān)閉。自增壓系統(tǒng)僅通過自增壓盤管（Pr）與空氣進行熱量交換產(chǎn)生所需壓力，不需要額外能源。

供液通道由出液單向閥（DCv）、出液截止閥（Vu）和過流閥（Ef）構(gòu)成，液化天然氣通過單向閥進入供氣模塊，當過流閥進、出口壓力差達到設(shè)定值時，過流閥自動關(guān)閉，此時氣瓶增壓，壓力達到需求值時繼續(xù)供氣。

系統(tǒng)除正常供液通道外，還設(shè)置一條經(jīng)濟通道，由經(jīng)濟閥（Er）、出液截止閥（Vu）及過流閥（Ef）構(gòu)成，經(jīng)濟通道開啟時，氣瓶上部蒸汽通過經(jīng)濟閥（Er）進入供氣模塊，此時出液單向閥（DCv）內(nèi)流量很小，使氣瓶內(nèi)壓力降低，當壓力到達經(jīng)濟閥（Er）設(shè)定值時，經(jīng)濟通道關(guān)閉，恢復(fù)正常供液模式。

供氣模塊由汽化器（Va）、管路降壓調(diào)節(jié)閥（LRe）、緩沖罐、管路安全閥（LSv）、電磁閥（Sv）及管路壓力表（P2）組成。液化天然氣進入供氣模塊后，被發(fā)動機冷卻液加熱氣化，再至管路降壓達到發(fā)動機所需壓力后送往發(fā)動機。

氣瓶設(shè)置2級安全模塊，由主安全閥（Svp）、副安全閥（Svs）、氣瓶壓力表（P1）、液位計（LG）、手動放氣口（Vv）構(gòu)成，當出現(xiàn)意外情況，氣瓶內(nèi)壓強急劇升高時，安全閥開啟泄壓，以保證氣瓶內(nèi)部安全，副安全閥（Svs）設(shè)定值略高于主安全閥（Svp），當主安全閥（Svp）失效時，副安全閥開啟泄壓。

3.2.2 CNG氣路基本結(jié)構(gòu)

相對于LNG，CNG氣路具有有良好的互換性，可以根據(jù)需要定制產(chǎn)品尺寸，如圖5所示。

供氣時，天然氣首先流進過流保護集成閥，當天然氣出現(xiàn)泄漏造成流量超標時，過流保護裝置會自動關(guān)閉供氣通道。操控面板包含壓力表、充氣閥、充氣截止閥、系統(tǒng)排空閥，壓力表用于顯示系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力；充氣閥為單向閥，用于快速向氣瓶內(nèi)充氣；充氣截止閥為球閥，起截斷充氣通路的作用，可手動控制；系統(tǒng)排空閥為球閥，在系統(tǒng)維護時，用于排出管路內(nèi)的天然氣。高壓精濾器由殼體、濾芯和密封膠圈構(gòu)成，用于過濾CNG氣體中的雜質(zhì)。高壓電磁閥為通路中的安全保護裝置，當系統(tǒng)斷電時，自動切斷供氣通路。氣量顯示器顯示壓力傳感器接受到的信號，在儀表板上顯示當前剩余氣量，氣體通過壓力傳感器后送往發(fā)動機。

4 NG車型與傳統(tǒng)車型制造差異

4.1 NG車型概念

目前國內(nèi)商用車企業(yè)以傳統(tǒng)能源為主，NG能源為輔，制造過程采用混流生產(chǎn)模式。因此，各主機廠NG商用車生產(chǎn)工藝均基于其傳統(tǒng)車型優(yōu)化調(diào)整而來[5]。

4.2 結(jié)構(gòu)差異

對比傳統(tǒng)燃油車，NG商用車產(chǎn)品配置、結(jié)構(gòu)差異主要集中在燃料供給系統(tǒng)、排氣及尾氣處理系統(tǒng)、尿素供給系統(tǒng)、掛車擋板模塊，如表1所示。

4.3 裝配工藝分析

配置、結(jié)構(gòu)差異必然會帶來裝配工藝的變化，受制于傳統(tǒng)車型工序劃分及人員分布，在策劃NG車型裝配工藝時，需盡可能進行同工時工序置換，避免打破現(xiàn)有線平衡狀態(tài)。另外，還需分析NG能源特性，制定專項工藝。經(jīng)策劃和長期實踐優(yōu)化，明確了NG車型裝配工藝，如表2所示。

4.4 生產(chǎn)工藝流程

在生產(chǎn)天燃氣車型過程中，為保證物料組織、車用氣瓶安裝過程、充裝調(diào)試得到有效控制，裝配調(diào)試符合設(shè)計要求，特制定本生產(chǎn)工藝流程，適用于總裝車間裝調(diào)天燃氣車型的整個生產(chǎn)過程。

4.4.1 工藝準備

燃氣車《生產(chǎn)計劃排產(chǎn)單》下達后，總裝車間制造工程師應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品文件的技術(shù)要求，在生產(chǎn)之前完成工藝文件編寫，作為裝調(diào)過程中的指導(dǎo)文件。

4.4.2 生產(chǎn)發(fā)板

物流站在接到生產(chǎn)計劃排產(chǎn)單后，及時向物流部門發(fā)出要貨看板，保證生產(chǎn)物料按時送至生產(chǎn)工位。

4.4.3 物料接收

生產(chǎn)物料送達工位后，由生產(chǎn)工段負責物料的質(zhì)量確認。天燃氣發(fā)動機總成附件以及氣瓶總成附件由生產(chǎn)工段指定專人驗收。若出現(xiàn)質(zhì)量問題由物流站負責處理。

4.4.4 在線裝配

在線裝配時，生產(chǎn)工段的操作人員應(yīng)嚴格遵守《燃氣車裝配作業(yè)指導(dǎo)書及控制計劃》，裝配時，根據(jù)工藝要求檢驗，裝配及檢驗完畢后，完成《燃氣車安裝過程卡》。

4.4.5 資料搜集

在線裝配完畢后，生產(chǎn)工段負責將無需在線裝配的附件清點確認后放置在駕駛室內(nèi)，并將《燃氣車安裝過程卡》于當日生產(chǎn)完畢后交總裝車間技術(shù)組。技術(shù)組負責《燃氣車安裝過程卡》的臨時保管，每季度連同《生產(chǎn)計劃排產(chǎn)單》送質(zhì)量保證部存檔。

4.4.6 車輛下線

車輛下線時，生產(chǎn)工段根據(jù)《總裝車間車輛安全下線管理規(guī)定》停放車輛。

4.4.7 泄漏試驗、氮氣置換

在整車調(diào)試前，整車工段應(yīng)根據(jù)《燃氣車泄漏試驗操作規(guī)程》《燃氣車氮氣置換操作規(guī)程》對燃氣系統(tǒng)進行氣密性試驗和氮氣置換，完成《燃氣車氮氣置換及泄漏試驗報告》，試驗合格后，交總裝車間技術(shù)組，技術(shù)組每季度連同《生產(chǎn)計劃排產(chǎn)單》送交質(zhì)量保證部存檔。

4.4.8 車輛整備

試驗測試結(jié)束后，整車工段根據(jù)《燃氣車駕駛操作規(guī)程》進行燃氣的充裝作業(yè)，作業(yè)完畢后由整車工段進行整車調(diào)試、交檢、維修、入庫等工作。

5 NG商用車制造領(lǐng)域?qū)ｍ椆に?/p>

本節(jié)主要介紹針對NG商用車的專項工藝，包括燃氣、泄漏試驗、氮氣置換、駕駛操作規(guī)程。

5.1 泄漏試驗

5.1.1 試驗?zāi)康?/p>

為了避免天然氣泄漏造成安全事故，NG商用車在裝配完成后需進行泄漏試驗。

5.1.2 試驗內(nèi)容

泄漏試驗基本原理及裝置如下：

使用增壓泵對供氣腔體進行加壓，當燃氣系統(tǒng)達到設(shè)定檢測壓力后，使用中性發(fā)泡液檢測燃氣管路的各個連接點，確定密封性能。

用于進行泄漏試驗的氣密性試驗裝置的控制面板如圖6所示。

泄漏試驗注意事項如下：

a. 當試驗裝置增壓泵工作壓強≤0.8 MPa、氣源壓強≤0.8 MPa時可安全接入。當出現(xiàn)特殊情況時可調(diào)節(jié)調(diào)壓閥減壓，保證試驗裝置輸入壓力不高于0.8 MPa。

b. 高壓針閥截止閥為錐形截止閥，關(guān)閉力矩不能高于18 N·m。在升壓過程中，截止閥如有滲漏，應(yīng)卸壓后再重新關(guān)閉截止閥，避免用力過大損壞閥芯，縮短使用壽命。

c. 試驗裝置所使用的氣體增壓泵的增壓比為40∶1，如將氣源壓強調(diào)至0.5 MPa，增壓后的氣體壓強可達到20 MPa。

泄漏試驗操作程序如下：

a. 試驗前，向試驗裝置二聯(lián)體的油霧器加入潤滑油。

b. 連接需要試壓的管路，關(guān)閉卸荷閥，打開高壓針閥，保證氣源壓強不高于0.8 MPa。

c. 調(diào)整二聯(lián)體的壓強，如將氣源壓強調(diào)至0.5 MPa，增壓后氣體壓強為20 MPa。將LNG車型的系統(tǒng)檢測壓強設(shè)定為1.6 MPa，將CNG車型的系統(tǒng)檢測壓強設(shè)定為20 MPa。

d. LNG車型需要通電開啟電磁切斷閥，以保證系統(tǒng)管路完全聯(lián)通，如圖7所示。

e. 打開手動換向閥（俗稱手拉閥），氣體增壓泵開始工作，當高壓壓力表達到要求時關(guān)閉手動換向閥，增壓泵停止工作。

f. 燃氣管路系統(tǒng)中此時的壓力為設(shè)定檢測壓力，使用中性發(fā)泡液檢測燃氣管路的各個連接點，如果出現(xiàn)泄漏，若擰緊不能阻止泄漏，則需要卸荷后對管路拆卸維修。

g. 檢驗完畢后，關(guān)閉手動換向閥，切斷驅(qū)動氣源，打開卸荷閥，將管路中的高壓氣體卸荷后再拆下被試件。

h. 完成《燃氣車氮氣置換及泄漏試驗報告》。

5.2 氮氣置換

5.2.1 置換目的

在常規(guī)條件下，空氣中如混合體積分數(shù)為5%～15%的天然氣是可燃的。而對于維修及剛完成裝配下線的車輛，供氣系統(tǒng)腔體內(nèi)存在有一定量的空氣，如果直接對其進行加注，當腔體內(nèi)天然氣占比達到5%～15%時，混合氣體非常容易發(fā)生爆炸。因此，在NG商用車進行泄漏試驗后，應(yīng)對供氣系統(tǒng)腔體進行氮氣置換[6]。

5.2.2 置換內(nèi)容

氮氣置換的基本原理及所需裝置如下：

將供氣腔體抽真空，通過反復(fù)注入并排出氮氣，逐步稀釋并替代空氣，裝置如圖8所示。

氮氣置換操作程序如下：

a. 泄漏試驗結(jié)束并卸荷完畢后，將該裝置管路01口與燃氣車氮氣置換接口按圖8連接，打開燃氣車氮氣置換接口閥門。

b. LNG車型需要通電開啟電磁切斷閥，以保證系統(tǒng)管路完全聯(lián)通。

c. 管路連接完畢后，關(guān)閉卸荷閥JF2，打開截止閥JF1，對管路抽真空，當真空度達到-0.07 MPa時，關(guān)閉截止閥JF1。

d. 打開氮氣瓶瓶閥充氮氣，調(diào)整氮氣減壓閥，壓力減至1 MPa后，將燃氣系統(tǒng)管路中的氮氣壓力充至1 MPa。

e. 關(guān)閉氮氣瓶瓶閥，打開卸荷閥JF2，將壓力降至0.1 MPa后關(guān)閉卸荷閥JF2。

f. 打開氮氣瓶瓶閥，調(diào)整氮氣減壓閥，壓力調(diào)整為0.5 MPa，向燃氣系統(tǒng)管路充裝氮氣，壓力到達0.5 MPa后重復(fù)步驟d，完成后關(guān)閉氮氣瓶瓶閥，打開卸荷閥JF2，將壓力減至0.2 MPa后關(guān)閉卸荷閥JF2。

g. 關(guān)閉燃氣車氮氣置換接口的閥門，斷開裝置01口與燃氣車氮氣置換接口，氮氣置換完畢。

h. 完成《燃氣車氮氣置換及泄漏試驗報告》。

5.3 駕駛操作規(guī)程

5.3.1 LNG車型駕駛規(guī)范

LNG車型加氣操作規(guī)范如下：

加氣前，需使用干燥氮氣對閥門進行吹掃，無法打開的閥門需拆除其連接部位進行分段吹掃，吹掃結(jié)束后還需用氮氣在1.6 MPa壓力下進行氣密性試驗，確保無漏氣、漏點，方可進行加氣。

加氣時，車輛周圍50 m內(nèi)不得存在火源、易燃物及可燃物品，未經(jīng)允許不可使用電氣及通信設(shè)備，且加注場地應(yīng)開闊通風(fēng)，必須配備不少于2個 5 kg的干粉滅火器。加氣時車輛需熄火，關(guān)閉所有閥門，加液口需保持清潔，充氣前若氣瓶表面有結(jié)霜或結(jié)露現(xiàn)象要停止充氣并處理。由于液化天然氣為低溫液體，操作人員需做好防凍措施，加氣后衣服上可能存在天然氣殘留，作業(yè)后不可立即靠近火源或易燃物。在充氣時閥門可能會因遇冷而不易關(guān)閉，不可強行擰動，需解凍后再操作。充氣后，由于液化天然氣會變?yōu)檎羝?，?dǎo)致瓶內(nèi)壓力迅速上升，超過安全閾值后安全閥開啟，造成浪費，所以加滿氣后應(yīng)及時使用。

加注定額如表3所示，另若入庫前氣瓶內(nèi)氣量小于20 L，則需要補加20 kg天然氣。

出車前例檢規(guī)范如下：

每日行車前，需對LNG氣瓶管路及連接模塊處進行檢漏，確保無泄漏后可正常駕駛。

發(fā)動機起動規(guī)范如下：

汽車起動時，需將出液截止閥開啟1/4圈，防止因開啟速度過快堵死過流閥，待氣路壓力與氣瓶壓力相等時，將出液閥完全打開。當氣溫低于0 ℃時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不得高于1 000 r/min，需熱車至60 ℃后方可行車，避免因氣溫過低，天然氣沒有完全氣化，造成發(fā)動機熄火，嚴重時凍壞燃氣濾清器。

行駛規(guī)范如下：

當液位顯示器報警時，應(yīng)及時補充天然氣，使用時需保持氣瓶內(nèi)液化天然氣存儲量為1～5 L，確保氣瓶內(nèi)有一定的氣壓，防止放空閥開啟時空氣進入。在低溫環(huán)境下行駛時，需觀察氣化器表面有無結(jié)霜現(xiàn)象，如有需怠速熱車，當水溫達到60 ℃、確保氣化器能正常工作后繼續(xù)行駛；低溫時排氣管內(nèi)可能會出現(xiàn)水滴或白煙，此為正?，F(xiàn)象，天然氣燃燒產(chǎn)物中水含量較高，遇冷形成白煙或水滴，升溫后此現(xiàn)象自然消失。

LNG系統(tǒng)屬于低溫可燃物，行駛中若發(fā)現(xiàn)泄漏，需立即停車，關(guān)閉所有閥門，通知專業(yè)人員進行處理；如發(fā)生大量天然氣泄漏，必須立即疏散，隔離現(xiàn)場，待燃氣散盡后進行處理。若發(fā)生火災(zāi)現(xiàn)象，需立即關(guān)閉電源、氣瓶閥門，隔離現(xiàn)場，通知專業(yè)人員處理。

車輛停放時間超過6 h時，需關(guān)閉出液截止閥。每次停車后，需關(guān)閉電源總開關(guān)及氣瓶所有閥門，且將車輛停放在開闊通風(fēng)處。

汽車檢漏時必須用檢漏儀及中性發(fā)泡液，嚴禁使用明火。所有接頭、連接模塊、閥門、儀表、管路等燃氣裝置安裝時需保持清潔。

5.3.2 CNG車型駕駛規(guī)范

加氣操作規(guī)范如下：

加氣時，車輛周圍50 m內(nèi)不得存在火源、易燃物及可燃物品，不可使用電氣及通信設(shè)施，加注場地應(yīng)開闊通風(fēng)，必須配備不少于2個5 kg干粉滅火器。充氣時需要先熄火，掛空擋，拉手剎，關(guān)閉所有電源開關(guān)，取下充氣閥上防塵銷，接上地線后，方可開始充氣，充氣至20 MPa后，停止充氣，關(guān)閉球閥，插上充氣閥防塵銷，關(guān)閉操作面板室門。加氣時，瓶內(nèi)氣壓不得超過20 MPa，且人不可站在充氣閥正對面，截止閥應(yīng)慢慢開啟，防止沖擊壓力表、閥及其他零部件。若氣瓶內(nèi)壓力為0，則必須用氮氣置換氣瓶內(nèi)殘余CNG氣體后再進行充氣。

加注定額如表4所示，若入庫前氣瓶內(nèi)氣壓低于5 MPa，則需要補加天然氣至氣瓶內(nèi)部氣壓達到10 MPa。

加氣后，需檢查系統(tǒng)，特別是氣瓶各閥口及連接部位是否有漏氣，確保無泄漏后方能上路行駛。

車輛起動前，首先檢查燃氣系統(tǒng)高壓表指示壓力是否正常，然后檢查系統(tǒng)管路、閥口及連接模塊是否有泄露，確保無泄漏方可起動。

車輛起動前，需打開高壓球閥，剩余氣體量氣壓高于2 MPa即可起動行駛。

汽車行駛時，駕駛員需隨時觀察氣瓶內(nèi)氣壓，保證瓶內(nèi)氣壓高于2 MPa，若低于2 MPa則需加氣；同時，若低壓表指針出現(xiàn)劇烈波動，示數(shù)已低于1.1 MPa，且安全閥還未開始工作，應(yīng)立即停車檢查，若故障無法排除，需關(guān)閉主氣閥。

CNG屬于低溫可燃物，行駛中如發(fā)現(xiàn)泄漏，需立即停車并關(guān)閉所有閥門，通知專業(yè)人員處理；如發(fā)生大量天然氣泄漏，須立即疏散，隔離現(xiàn)場，待燃氣散盡后處理。若發(fā)生火災(zāi)現(xiàn)象，需立即關(guān)閉電源、氣瓶閥門，隔離現(xiàn)場，通知專業(yè)人員處理。

車輛需停車熄火時間不低于3 h時，需關(guān)閉高壓球閥及車輛電源，需停車超過24 h時，需關(guān)閉所有閥門。每次停車后，應(yīng)檢查氣路是否有漏氣現(xiàn)象，氣瓶有無松動，檢查后關(guān)閉所有閥門及電源，記錄高壓表壓力示數(shù)，用以再次起動前判斷系統(tǒng)是否漏氣。

汽車檢漏時必須用檢漏儀及中性發(fā)泡液，嚴禁明火。所有接頭、連接模塊、閥門、儀表、管路等燃氣裝置安裝時需保持清潔。拆卸系統(tǒng)管路及零部件時，必須先卸荷。

6 結(jié)束語

經(jīng)長期作業(yè)實踐驗證，氣密性試驗、氮氣置換、駕駛規(guī)范等能夠滿足商用車裝配工藝需求，完全滿足生產(chǎn)及質(zhì)量要求，其原理可橫展應(yīng)用。NG商用車裝配工藝及氣體加注量，需根據(jù)實際生產(chǎn)工藝及用戶需求進行相應(yīng)調(diào)整。

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