LNG车用供气系统

LNG车用供气系统操作、使用规范一、LNG基本特性•1）成分•天然气主要以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢及微量的氢、氦、氩等非烃类气体。各个地方的天然气的形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。•2）性质•由于天然气的主要成分为甲烷，且各地的组成不同，其密度一般在426~470kg/m3之间，如果甲烷含量越高则密度越小。液化天然气的密度还是温度的函数，温度越高密度越小。所以阐述性质的时候主要以甲烷为主。需要准确的物性参数需要个液化天然气生产厂家提供。•3）一般外观•高纯度的液化天然气是无色、无味的透明液体。由于它的低沸点，当观察时，液体常常有强烈的沸腾；当暴露到大气中时，由于空气中水蒸气的凝结，将见到大量的蒸汽云。二、LNG的安全提要•1）天然气存在着火的危险•LNG的燃点为650℃，比汽油、柴油的燃点高，点火能也高于汽柴油、LPG，所以比汽柴油、LPG更难点燃。LNG的燃烧范围比较小，一般为5~15%。-106.7℃以上的LNG蒸汽比空气轻，稍有泄露立即挥发飞散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度，因此，无论LNG还是它的蒸汽都不会在一个不封闭的环境下爆炸。•液化天然气在环境温度下泄露时，迅速蒸发产生大量的天然气气体，形成蒸汽云团。因此，在储存、装卸或使用天然气的场合，不允许抽烟或明火，否则有可能导致危险甚至人身伤害。•如果液化天然气泄露在密闭的环境或有热源（无点火源）空间，由于其会变成蒸汽体积迅速扩大，同样有爆炸的危险。因此，储存液化天然气的场所要求开敞、通风，以便于蒸汽能够扩散开来。•当天然气在空气中的浓度超过1%时，操作人员应当撤离现场。•LNG火灾特点：火焰传播速度较快，质量燃烧速率大，约为汽油的2倍；火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾，具有复燃、复爆性，难以扑灭。•注：消防•消防的目的主要是扑灭火源或控制火焰扩散。首先应当切断泄露源，然后控制可燃物，再次扑灭火源。扑灭火源时应当选取正确的灭火剂，对于液化天然气最好的灭火剂是化学干粉灭火剂（碳酸钾）。干粉扑向火焰时，像浓云一样罩住火焰，减少热辐射。高温使得干粉放出结晶水或产生分解，不仅吸收火焰的部分热量，还可以降低燃烧区内的氧气浓度。•2）有窒息的危险•天然气的过分积聚可能会使空气中氧浓度变稀，人处在这种环境中可能会导致昏迷、伤害，甚至窒息。当空气中氧气体积含量低于20%时，操作人员应当注意；如果氧气的含量进一步降低时操作人员应当撤离。•当操作人员因缺氧失去知觉时，应当立即将其撤离现场，并进行人工呼吸。如果操作人员停止呼吸，应当立即进行人工呼吸并马上送往医院治疗。当空气中氧气浓度＜10%，天然气浓度＞50%时，对人体产生永久伤害，在此情况下，工作人员不能进入LNG区域。•3）低温•由于液化天然气的温度很低，假如和身体皮肤接触，由于液体的迅速气化将会引起严重的冻伤，也称冷灼伤。若接触到常温管材和设备，就可能发生脆裂现象。•发生灼伤时应当采取以下处理方法：•（1）当皮肤与低温表面粘结时，可用热水加热方法使皮肉解冻，然后再挪开冻结部位，并将伤员移至温暖的地方（约22℃）；•(2)除去所有妨碍冻伤部位血液循环的衣物；•（3）将冻伤的部位立即进行水浴，水温要求41℃~46℃，不允许使用干燥或直接加热的方式；如果水温超过46℃，就会加剧损伤冻伤区的身体组织；•（4）立即将伤员送往医院做进一步治疗；•（5）如果伤员大面积冻伤，且体温已经下降，就需要将伤者浸泡在41℃~46℃的水中，再尽快将伤者送往医院；•（6）冻伤的身体部位在加热后开始疼痛、肿胀，如果伤势不严重，应当对冻伤部位进行缓慢、持续的加热，直至皮肤由灰白色变成粉红色或红色；•（7）伤员不许抽烟、喝酒，因为这样会减少流往冻伤组织的血液量，注射破伤风针剂，防止感染。•4）LNG还具有易蒸发、易扩散、流淌等特性•LNG（按甲烷考虑）的沸点是-162℃，易蒸发。三、车用LNG供气系统技术方案•1）系统组成和流程•车用LNG供气系统包括专用车载低温绝热瓶、充装接口、安全限流装置、LNG汽化器、稳压器、压力显示等装置组成,其流程见下图:•供气必备条件：LNG储存瓶内压力始终高于发动机要求的进气压力0.2Mpa以上，供气管路上的调压阀出口压力设定比发动机要求的进气压力高0.05～0.1Mpa。•为维持瓶内高于发动机进气压力，我们采用了两种技术方案：•a、气瓶不带自增压，加气站对储存的LNG（-140～-162℃）进行加温，使其饱和蒸汽压达到发动机要求的压力（LNG温度不同，对应的饱和蒸汽压不同），充装到车用瓶内不调压；LNG瓶正常工作温度为-130℃左右；•b、气瓶带自增压，加气站不对储存的LNG进行调温，LNG饱和蒸汽压的压力尽可能低，这样有利于LNG储存、减少气站排空损失；LNG充装到车用瓶内后进行自增压直至高于发动机进气压力0.2Mpa,并自动稳压，LNG瓶正常工作温度为-162℃以上；当LNG温度高于-130℃时，可关闭自增压系统。•两种方案供气方式相同：•供气过程如下：LNG经瓶上限流阀送至水浴式汽化器汽化成气态并升温后，再经调压器降压至设定值进发动机。•供气温度控制：一般发动机规定的进气温度范围为-20℃～40℃，如进气温度过高或过低可调节汽化器热水的进水量。•2)系统技术性能•供气流量：根据发动机给定参数设定管件内径；•供气压力:可在0.25—1.2MPa内设定，工作时设定值波动±10PSI；•供气温度:可在10℃--40℃内设定;•系统有优先使用气相功能,即当LNG瓶内压力高于经济阀设定值时优先使用气相，保持瓶内压力基本恒定;•系统有自增压功能,即液体饱和压力不足时,可开启自带的增压系统给瓶内增压:•本系统充液时可闷充,无须接气相,不放空;•充液速度可达40㎏/分钟;•本系统使用的液体温度为-162℃～－110℃；•3.系统主要部件参数结构•3.1车用LNG气瓶•详见《汽车用液化天然气瓶》总图3.1.1车用LNG气瓶技术参数•本系统的LNG气瓶是公司已设计定型产品,其技术参数为:计算压力3.18MPa、工作压力1.59MPa、设计温度-196℃、工作温度-162℃,充装系数0.9,主体材料为0Cr18Ni9(304),瓶上设有一、二级安全阀、进出液口、限流阀、气相口、电容式液位计、压力表和瓶内压力自动调压装置（经济阀出厂设定压力为0.8MPa）及自增压(稳压)系统•汽车用液化天然气供气系统流程简图•序号代号名称功能•1V1放空阀（手动）用于气瓶压力泄放•2C2充液接头、加气面板用于加气机与气瓶连接•3V2进液止回阀用于控制燃料进入瓶内•4V3手动截止阀用于控制燃料流出瓶外•5V4过流阀防止供应管路断裂时燃料大量外泄•6V5节约阀用于控制气瓶内部压力•7V6平衡阀平衡罐内气液压力•8V7稳压阀控制进发动机气量•9V8手动自增压截止阀瓶内自增压开关阀•10V9自增压调节阀瓶内自增压控制阀•11Pr2空温式汽化器用于瓶内增压•12Pr1水浴汽化器将LNG转换成气态天然气•13LG液位计显示表显示气瓶内燃料液位•14Pg压力表显示气瓶内压力•15S1主安全阀用泄压方式来保护气瓶•16S2副安全阀用泄压方式来保护气瓶•17稳压罐维持发动机用气要求•谨慎：在饱和压力满足发动机供气要求时不用自增压，截止阀（V8）应关闭；只有在饱和压力不能满足发动机供气要求时才开启自增压截止阀（V8）；车辆停运10分钟以上也应关闭截止阀（V8）。•气瓶外形尺寸•见附图•注：总重核算所对应的液化天然气密度为0.426kg/L，空重包括支座重量。•3.1.2车用LNG气瓶结构•采用双层夹套容器，在内胆外壁缠绕数十层高绝热性能的铝箔+玻璃纤维纸，并在夹套间进行高真空技术处理，使气瓶可达到超级绝热性能。•在夹套间设置了低温吸附和常温吸附装置，可保证气瓶不论在低温使用或常温闲置时，夹套空间的真空度保持相对稳定。•内胆上充液管设计成单管直喷结构，减少充装阻力，可以在LNG充入内胆时稳定，并可使内胆中的部分气相被LNG液化，以保持充装过程中内胆的气相压力的相对稳定性。•气瓶内胆与外壳采用了轴向组合支撑(一端固定、一端滑移)，可以保证气瓶在运行中不会因为颠冲而使内胆与外壳之间发生相对位移和结构变形，以及内胆因充装了液化天然气后冷缩而拉断支撑及管线的现象。•内胆中设有防过量充装装置。•气瓶采用电容式液位计，该系统由三个子系统组成：传感器、信号转换器和显示仪表;其作用是根据气瓶内的燃料高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号转换器,再由信号转换器传送给显示仪表。•气瓶所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用保护环或保护罩进行防护。•3.1.3车用LNG气瓶性能•气瓶真空夹层性能•静态蒸发率＜2.4%d•气瓶在冲击条件下的完整性。即对气瓶的最关键部位（自行指定，管路系统端除外）进行10米高的跌落试验和对管路系统端3米高的跌落试验,跌落试验完毕后的1小时内，气瓶外壳不得有结露或结霜现象（内胆与外壳连接支撑部位除外）。•气瓶安装在汽车上应能承受8g重力加速度冲击(车上的支撑件也应承受8g重力加速度冲击);•气瓶有优先使用气相功能,工作时罐内相对压力稳定;•气瓶内胆设计有两级安全阀在超压时起到保护作用。在超压情况下首先打开的是主安全阀（开启压力为1.75MPa，254psi）;副安全阀（开启压力为2.9MPa，420psi）的压力设定点较主安全阀高，在主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀启动。•夹层超压条件下的保护是通过一个环形的抽空塞来实现的。如果内胆发生泄漏（导致夹层压力超高），当压力达到0.1～0.2MPa抽空塞将打开泄压。•3.1.4车用LNG气瓶设计制造依据•该产品在我国无行业或国家标准,富瑞公司依据产品的性能要求和特点制定了《汽车用液化天然气气瓶》Q/320582HRK09-2008企业标准。•该企业标准非等效采用了美国运输部DOT4L－1999中的178.57Specification4Lweldedinsulatedcylinders的范围、材料、设计等规定,参照美国汽车工程师协会SAEJ2343RecommendedPracticesForLNGPoweredHeavy-DutyTrack《液化天然气重型卡车的推荐作法》和美国防火协会NFPA57LiquefiedNaturalGas(LNG)VehicularFuelSystemsCode(《汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准》)，安全附件的泄放量计算参照《压力容器安全技术监察规程》附件五及美国CGAS-1.1-2001第5.9节等内容。该企业标准经国家气瓶标准技术委员会审查备案。•3.2供气管路主要部件配置•3.2.1调压阀•工作温度为-196℃-+120℃,调压范围0.3-1.2MPa,公称通径依据发动机流量用气要求选定,出口压力可依据发动机要求设定。•3.2.2充装接口•为使液化天然气汽车加气方便快捷、安全可靠，公司研发了一种快速充装接头，也是国内标准接头，其技术参数：公称压力PN4.0MPa,公称通径DN25mm，温度为-196℃～+80。•3.2.3汽化器•见附图•汽化器安装在气瓶和发动机之间。（汽化器所需热能由发动机提供）受发动机高温影响的冷却液流入汽化器隔层对汽化管加热。当液化天然气进入汽化器，来自发动机的高温冷却液将其气化并加热，随后供给发动机,为了保证系统发挥最大功效，汽化器的安装应尽可能地靠近气瓶，最大距离不超过3米。•冷却液的流向应与液化天然气的流向一致，汽化器一般水平安装（天然气进出口处于水平方向），热水进出口应在上方，避免形成气阻。•最大工作压力（液化天然气）：2.2MPa(320psig)•最大冷却水压力：0.4MPa(60psig)；•最大汽化量:依据发动机用气量确定；•材料：不锈钢；•冷却液：温度不低于75℃，氯离子含量不大于25mg/L；•3.2.4加气面板•加气面板上安装有充气接口、回气接口及显示气瓶内压力的压力表,详见加气面板简图。•3.2.5管道配置•出液管为Ф14×1.5不锈钢管