浅析我国液化天然气汽车构成与发展

浅析我国液化天然气汽车构成与发展

卢峰

卢峰（黑龙江省农垦交通局红兴隆收费所）

摘要：目前，我国一些大城市的汽车尾气排放是城市大气污染的主要源头，因此，发展清洁能源汽车已成为刻不容缓的的选择。压缩天然气汽车(CNG)以其能耗低、污染物排放量小而受到各国的欢迎，是国际公认的最理想的车用替代能源。发展天然气汽车对于解决环境问题和能源问题都具有重要意义。本文简要介绍了液化天然汽车的发展状况，并提出了液化天然气汽车的发动机、燃料系统主要组成部分的功能和原理。

关键词：汽车天然气发展构成

0引言

液化天然气(LiquefiedNaturalGas简称LNG)是天然气经净化和液化(-162℃)后形成的，液化后其体积只有液化前的1/625，也就是说其汽化为气体后，体积将扩大625倍。其主要成分是甲烷(75%以上)。相对密度(气体)为0.60～0.70，液体密度是430～460Kg/m3，高热值41.5～45.3MJ/m3，燃点650℃，爆炸极限为5%～15%，压缩系数为0.74～0.82，其H2S含量不超过4×10-6(φ)，总含硫不超过30(气体)，N2含量不超过1.0%(摩尔)。

1CNG汽车的发展前景

CNG汽车和加气站具有广阔的发展前景，主要表现在以下几方面：①汽车保有量的飞速增长、石油资源和环保的严峻形势，决定了发展天然气汽车成为解决能源问题和环境问题的重要途径。②“十一五”期间，新型清洁能源汽车已被列入《国家科技发展中长期规划》，国家将继续组织实施涉及各种清洁能源汽车的重大科技项目，重点支持包括天然气汽车在内的整车、零部件等关键技术，将进一步促进天然气汽车的发展。③我国天然气资源大规模开发及管道建设步伐加快使发展CNG和加气站成为可能。根据我国天然气利用规划，近十年“西气东输”、“陕京二线”等一大批输气管道及沿线城市燃气管道相继建成，我国大规模利用天然气的基础设施逐步完善，天然气加气站也将逐步形成网络。

2CNG汽车和加气站发展对策探讨

为加快以天然气为燃料的清洁汽车的发展，提出以下建议：①政府出台鼓励和扶持政策：世界各国发展经验表明，政府的支持是加快发展的必要条件，其经济政策是影响其发展的重要因素，应在法律方面予以保障，在燃气汽车生产、改装、零部件生产，加气站建设，燃气汽车购买和使用、维修等环节制定价格、税收、投资、补贴等方面配套的优惠政策。燃气价格是影响燃气汽车发展的重要因素，只有燃气价格与汽油价格形成足够大差价时，燃气汽车的发展才具有经济基础和推动力。②加强领导，实行统一管理。发展CNG汽车必须建设优质、便利的加气站，需要规划、公安、消防、劳动、技监等部门的支持。③在市政规划中，加气站与加油站应统筹考虑，合理布局，协调发展。尽量利用现有土地资源，在确保环境安全的前提下建设油气合一站。④遵循CNG汽车与加气站同步发展的原则，只有在加气站成网的条件下，CNG汽车才能真正发展。同时也只有CNG汽车规模到了一定数量，加气站才能正常运转，实现盈利。⑤严格法律制度：制定严格的汽车尾气排放法规，切实做到不达标车辆坚决不予以上路，对CNG汽车改装厂的资格进行严格审查，认证。首先应将城市城市公交车、出租汽车作为CNG汽车发展的重点，杜绝部分公交车冒黑烟污染环境的现象。⑥加大宣传力度。目前，天然气汽车尚处于起步阶段，社会公众对它的环保性，安全性，经济性，可靠性还不充分了解，所以，要进行广泛的社会宣传，努力提高人们对汽车尾气危害性的认识，使人们了解CNG是清洁、安全、经济的车用燃料，使发展天然气汽车得到社会各方面的认可和支持。

压缩天然气汽车由于其显著的经济效益和社会效益将成为天然气市场开发应用的一个新领域。在环境保护越来越受到重视的形势下，随着天然气资源的开发和应用领域的拓宽，此举将是减轻环境污染压力、缓解石油紧缺，实现可持续发展的可靠保证。

3液化天然气汽车组成

液化天然气汽车(LNGV)是将液化天然气储存在温度为112K、压力为0.1MPa左右的储存罐内，其密度为标准状态下的600多倍，体积能量密度约为汽油的72%，已接近汽油。液化天然气汽车主要由发动机和燃料系统组成。

3.1LNGV发动机国内外对LNGV发动机的研究起步较晚，由于LNG的优良特性使得LNGV的发动机具有许多优点，例如LNG燃料成分的单一性有利于发动机压缩比等设计参数的确定，避免乙炔、丙烷等成分的爆燃对发动机及其部件的不良影响；利用其低温特性降低混合气的温度，提高发动机的热效率，同时降低NOX的排放等。美国的各大发动机公司如BMW、Caterpillar、Cummins、DetroitDiesel、DodgeGasoline、Ford、JohnDeer、Mack等均生产LNG发动机，其排放都至少满足美国的低排放标准(LEV)，Cummins公司的LNG发动机甚至可以满足超低排放标准(ULEV)。另外，日本的SUZIKIM，NISSHIN等多家公司也已经成功地研制出应用于微型客车的LNG电控进气道多点喷射发动机。我国目前尚无自主研发的液化天然气发动机。

3.2LNGV燃料系统LNGV车用燃料系统主要由LNG储罐、连接管线、充气接口、汽化器、液位和压力指示表、气体供给装置等部件组成。

3.2.1车用LNG储罐它是LNGV组成中最关键的设备之一。一般LNG被储存在-160℃以下，储存压力0.13～0.16MPa，因此要求储存容器耐低温、耐压，目前多采用双层金属真空加多层缠绕绝热，要求LNG日蒸发率在2%以内(7～14天之内不产生蒸发损失)。目前国内主要使用德是美国MVE公司生产的储罐，这种储罐使车用燃气的供给不需要用泵或专用的增压汽化器，简化了系统结构、提高了其工作的可靠性，同时降低了制造成本。另外，这种储罐加气时，无须对罐内残存的气相做放空处理，可以使用单管加气系统，省去了加气站放空管线。

3.2.2车用LNG汽化器它的主要作用就是利用发动机冷却水做热源(少量即可)，将LNG汽化。为了减轻车辆载重，一般由铝合金制造。水浴式LNG汽化器是一种典型的小型管壳式结构，串联在发动机冷却液回路上，采用逆流换热的工作原理利用发动机冷却液对LNG或LNG和气相天然气的混合物进行汽化和加热。发动机工作在不同工况下，单位时间内流经汽化器的燃料流量也将随之变化，这种流量的变化主要依赖于储罐和汽化器出口的压力差，随着发动机负荷的增加，压力差也将随之增加，从而导致天然气流量的增加，反之亦然。

3.2.3燃气供给装置所谓燃气供给装置是指汽化器之后的燃气供给和控制装置，包括减压调节器、功率调节阀和混合器等，与CNGV车用燃气供给装置略有区别的是减压调节器的入口压力不超过2MPa，通过1～2级减压即可，其它部分与CNGV车用燃气供给系统基本相同。

3.2.4减压调压阀和混合器减压调压阀其基本原理和性能与压缩天然气汽车(CNGV)系统相同，就是将汽化器产生的天然气压力(约0.145MPa)调压到车用压力(约0.115MPa)。压缩天然气(CNG)由于压力高采用三级调压，而LNG采用一级调压就可以了。混合器是一种利用文丘里原理，保证空气/燃料在静态与动态下均能按正确比例混合的机械装置。

3.2.5安全系统该系统主要由主、副安全阀，过流阀、放空阀和单向阀等装置组成，分别控制燃气压力、流量和流向。主安全阀(设定压力为1.6MPa)、副安全阀(设定压力为2.4MPa)用来保证系统压力不超过最大工作压力，以保证车辆的安全；过流阀作用是下游(主要指汽化器之后)供气管路一旦发生破裂或断开事故时，燃气流量超过设定值，过流阀迅速切断气路，避免燃气大量外泄；放空阀作用是在系统检修或车辆长期停驶时用来排尽罐内残存的燃料，放空管线一般设置在车辆外廓的最高点，且远离火源和蓄电池等部件；单向阀作用是防止燃料倒流。