車用液化天然氣儲罐應(yīng)用

LNG的主要成分是甲烷，它被冷卻至-160I℃左右的溫度，并在高壓下作為低溫液體儲存。作為一種低溫液化氣體燃料，LNG的危險性有別于汽油柴油等傳統(tǒng)車輛燃料。LNG儲存在高絕熱性能的儲罐中，當(dāng)它一旦被加熱到環(huán)境溫度氣化，體積會增大到液體時的600倍左右，而天然氣在空氣中的濃度達(dá)到5%~15%時就可燃，因此即使少量的液體泄漏也會引起大量燃燒。這種高膨脹率的特性還會在燃料管路堵塞時導(dǎo)致管道內(nèi)形成極高的壓力，使得管路和發(fā)動機(jī)無法運行。同時與低溫液體和低溫燃料管路接觸都會引起低溫凍傷。因此使用LNG作為車輛燃料，除了與傳統(tǒng)燃料相同需要遠(yuǎn)離明火和高溫之外，還要保持設(shè)備區(qū)域的良好通風(fēng)，以防止泄漏時甲烷氣體的累積。在LNG系統(tǒng)上工作時，要保護(hù)眼睛和外露的皮膚。

從而，低溫液體燃料的加注也不同于傳統(tǒng)車輛燃料。在LNG加注站，空的儲罐應(yīng)在幾分鐘內(nèi)完成加滿過程，盡可能縮短低溫液體與環(huán)境的接觸時間，減少因外界傳熱使燃料氣化而引起的壓力升高。同時，為了避免燃料浪費和燃料泄漏后可能產(chǎn)生的火災(zāi)隱患，無氣體排放的低溫液體燃料加注過程是最理想的。

一個低溫儲罐，無論絕熱多好，可是在周圍環(huán)境和低溫液體之間都會有熱量的漏入，時間一長，低溫液體將會變熱，這會導(dǎo)致低溫液體膨脹，使儲罐內(nèi)壓力增大。當(dāng)壓力達(dá)到臨界值時，安全閥會起跳釋放儲罐內(nèi)的壓力。如果不提供LNG液體隨時間而受熱膨脹的空間，LNG儲罐的維持時間會很短。因此，允許的最大充滿率即有效容積，不應(yīng)超過總?cè)莘e的90%。為了避免無氣體排放的超量加注，應(yīng)在燃料罐內(nèi)設(shè)置防加滿裝置。利用一個容積為燃料罐總?cè)莘e10%的空腔，通過小孔與燃料罐氣相頂部連通，當(dāng)燃料罐壓力開始升高流量下降時，燃料罐主罐已經(jīng)加滿，開始有少量液體進(jìn)入空腔，此時應(yīng)立即關(guān)閉加注閥門。這樣加注結(jié)束后，可利用空腔來平衡LNG燃料受熱引起的壓力升高。這樣，即使車輛不運行，LNG車用儲罐也將有一個星期的儲存時間。

目前各種規(guī)格的LNG儲罐已經(jīng)在公共交通車輛和重型卡車等大中型車輛中使用和推廣，與LNG加注站配合，使用方便控制簡單，并起到了環(huán)保和節(jié)能的作用。相信在不久的未來，隨著我國清潔能源的推廣和環(huán)境保護(hù)的促進(jìn)，車用LNG儲罐將會有更大的市場空間。

1、應(yīng)急處理人員的著裝要求

皮膚或眼睛接觸到液化天然氣會導(dǎo)致類似燒傷的冷灼傷，注意不要使其濺落或溢出。要對眼睛、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)手套和長套袖，保護(hù)胳膊;要穿上無箍口長褲，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>

2、處于火災(zāi)環(huán)境時

應(yīng)及時關(guān)閉所有與氣、液相相通的閥門。當(dāng)閥門無法關(guān)閉或泄漏處無法堵塞時，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)過對液化天然氣引發(fā)的火災(zāi)使用干粉滅火器的訓(xùn)練。

3、內(nèi)容器意外泄漏時

此時，因內(nèi)部液體泄漏而使內(nèi)容器處于過剩壓力狀態(tài)下，將會導(dǎo)致并造成事故，應(yīng)盡快小心地將瓶內(nèi)的液體排放出來。在條件許可的情況下，應(yīng)盡快將損壞的瓶轉(zhuǎn)移至無明火、易燃物以及無行人通過的場所進(jìn)行應(yīng)急處理。

4、處于閥門凍住時

若閥門凍住，應(yīng)使用清潔無油的溫水或熱氮氣解凍后，方可操作。不得用錘或其他物件敲擊。

1、檢漏

可以用便攜式甲烷探測器對車輛的燃?xì)庀到y(tǒng)天然氣泄漏點進(jìn)行檢查(應(yīng)遵照探測器制造商的說明書正確使用)。為確保車輛正常運行，應(yīng)定期的進(jìn)行系統(tǒng)檢漏，如果發(fā)現(xiàn)漏點應(yīng)立即進(jìn)行維修。在一些特殊條件下用探測器難以準(zhǔn)確判斷泄漏點時，可以借助肥皂液檢查漏點。

(1)管路泄露

①警告:一旦燃料泄漏，就存在安全隱患，所以供氣系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有泄漏時車輛要立即停止行駛，遠(yuǎn)離火種，由專業(yè)維修人員進(jìn)行維修;

②關(guān)閉儲罐氣相閥及出液閥;

③對漏點進(jìn)行嚴(yán)格維修，復(fù)檢;

④確認(rèn)完全修復(fù)后，才能繼續(xù)行駛。

(2)儲罐組件泄露

①如果在氣相回路發(fā)現(xiàn)漏點，必須在開始維修之前將儲罐內(nèi)的壓力放空至零;

②如果在液相回路發(fā)現(xiàn)漏點，則必須將瓶內(nèi)液體排盡后才能開始維修 ;

2、常見故障與維修

1、常規(guī)充裝

汽車液化天然氣的充裝是通過一根獨立的軟管完成。首先將加氣槍與加液口連接，然后啟動加氣機(jī)充液開關(guān)，液化天然氣將通過連接軟管等進(jìn)入儲罐內(nèi)膽。通過內(nèi)膽頂部進(jìn)液管對瓶內(nèi)(BOG)進(jìn)行再液化降低瓶內(nèi)壓力，使充液快速完成。充裝閥是一個單向閥，充液時液體在壓力作用下自動打開，無需手動開關(guān)。當(dāng)充液達(dá)到額定量時，充液自動停止。單向閥節(jié)關(guān)閉。其作用機(jī)理是當(dāng)噴孔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，此時加氣機(jī)停止充液。

2、回氣充裝

汽車液化天然氣的充裝是通過兩根軟管完成。首先將加氣槍與加液口連接，然后將回氣槍與回氣口連接，打開氣相閥，啟動加氣機(jī)充液開關(guān)，液化天然氣將通過連接軟管等進(jìn)入儲罐內(nèi)膽。儲罐內(nèi)部NG通過回氣口回到加氣站儲罐中，降低瓶內(nèi)壓力，使充液快速完成。

3、熱瓶充裝

通常我們將首次充裝LNG前和停止工作兩周以上的瓶稱為"熱瓶"。下面是熱瓶充裝程序:

1、首先向瓶內(nèi)充入大約50L的LNG，靜置，在瓶內(nèi)LNG氣化升壓的過程中，瓶內(nèi)膽也得到冷卻;

2、當(dāng)瓶內(nèi)壓力達(dá)到正常工作壓力后，進(jìn)行系統(tǒng)的檢漏;

3、通過回氣口排放NG降低壓力后即可按常規(guī)充裝程序進(jìn)行操作。

在有NG或LNG的現(xiàn)場內(nèi)工作時，需具有如下安全常識:

1、使LNG設(shè)備遠(yuǎn)離火焰或電火花;

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

3、在充裝有LNG的設(shè)備上工作時需戴護(hù)目鏡、臉罩、絕熱手套;

4、在拆卸零件維修時需給LNG瓶排空、卸壓、置換;

5、所有進(jìn)入盛裝LNG儲罐現(xiàn)場人員均應(yīng)穿能防火和防靜電的工作服及工作鞋;

6、操作人員應(yīng)培訓(xùn)上崗;

7、儲罐在不使用時，操作人員應(yīng)關(guān)好所有閥門;

8、安全閥的出口應(yīng)連接入安全外部排泄系統(tǒng)。

車用LNG瓶操作過程中潛在危害主要來自其物理性質(zhì):

1、LNG在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下具有極低的溫度:-162℃;

2、具有很大的氣液體積比，如減壓措施不當(dāng)，將導(dǎo)致壓力迅速升高。LNG的氣液體積比大致為:625:1;

3、天然氣是易燃性氣體(燃點650°C)和窒息性氣體;

4、在密閉空間可能產(chǎn)生爆炸(空氣中可燃極限5~15%)。

液化天然氣汽車改裝結(jié)構(gòu)主要由LNG車用瓶、水浴式汽化器、組合式調(diào)壓閥、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)組成。

水浴式汽化器主要利用發(fā)動機(jī)循環(huán)冷卻水通過熱傳遞，把液化天然氣加熱汽化，使天然氣達(dá)到滿足發(fā)動機(jī)使用溫度、流量要求。組合式調(diào)壓閥主要作用是將汽化后的天然氣進(jìn)行減壓，使之滿足發(fā)動機(jī)的使用壓力要求，達(dá)到降壓穩(wěn)壓的作用。緩沖罐的作用除具備緩沖功能外還可以儲存一定量的氣體備用。當(dāng)汽車功率較大，啟動時需要較多的天然氣時，可以在管路降壓調(diào)節(jié)閥后配備一只緩沖罐。如果受到汽車安裝空間的限制，汽車功率不大且供氣管路的長度(其作用相當(dāng)于緩沖罐)滿足需要時，可以不配備緩沖罐。

該流程中還需配備安全閥，安全閥的開啟壓力需小于該系統(tǒng)配件中的最小工作壓力。

電磁閥的作用是當(dāng)發(fā)動機(jī)點火開關(guān)關(guān)閉或處于次要位置、以及發(fā)動機(jī)熄火點火開關(guān)仍處于開啟狀態(tài)時，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)能夠阻止天然氣流向發(fā)動機(jī)，防止天然氣泄漏。

LNG車用瓶結(jié)構(gòu)分為儲罐內(nèi)容器、儲罐外容器、儲罐接口閥門、LNG液位傳感器和絕熱被。LNG車用瓶瓶體結(jié)構(gòu)示意圖見圖。

儲罐是一種儲存LNG的高真空絕熱容器，主體結(jié)構(gòu)含內(nèi)膽和外膽，中間為真空和絕熱保溫型式。目前內(nèi)膽設(shè)定的最高工作壓力為1.59MPa，計算壓力按2倍最高工作壓力取值。在內(nèi)膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和光潔的鋁箔組成的多層絕熱材料，多層材料在高真空條件下具有熱導(dǎo)率低、隔熱性能高、重量輕的特點。夾層中配有氧化鈀、分子篩等以延長真空使用壽命。外殼設(shè)計主要用于與內(nèi)膽形成夾層空間，用于保障內(nèi)膽的到達(dá)最好的絕熱效果，效果越好，LNG在儲罐內(nèi)儲存的時間就越長。

儲罐內(nèi)膽與外殼采用了軸向組合支撐(一端固定、一端滑移)，可以保證儲罐在運行中不會因為顛沖而使內(nèi)膽與外殼之間發(fā)生相對位移和結(jié)構(gòu)變形，以及內(nèi)膽因充裝了液化天然氣后冷縮而拉斷支撐及管線的現(xiàn)象。

儲罐所有的外部管路、管路附件都設(shè)置在儲罐的一端，并用環(huán)保環(huán)或保護(hù)罩進(jìn)行防護(hù)。管路系統(tǒng)的設(shè)置能夠滿足液化天然氣的充裝和供給。

內(nèi)膽設(shè)置了兩級安全閥(管路系統(tǒng)中，LNG車用瓶管路系統(tǒng)圖如圖)會在內(nèi)膽超壓時起到保護(hù)的作用。在超壓情況下主安全閥(Svp，開啟壓力為1.9MPa)首先打開，其作用泄放由于絕熱層和支撐正常的漏熱損失導(dǎo)致的壓力上升、或真空遭破壞以及在失火條件下的加速漏熱導(dǎo)致的壓力上升。副安全閥(Svs，開啟壓力為2.41MPa)的壓力設(shè)定比主安全閥高，在主安全閥失效或發(fā)生堵塞時，副安全閥啟動。

在夾層超壓條件下，外殼的保護(hù)是通過一個環(huán)形的真空塞來實現(xiàn)的。正常情況下，真空塞被大氣壓壓緊在真空塞座內(nèi)，使大氣與夾層空間隔絕，保證夾層的真空度。由于低溫液體或蒸汽受熱后體積變化比較大，即使少量的低溫液體或蒸汽泄漏進(jìn)入夾層，也會導(dǎo)致夾層壓力迅速升高。當(dāng)夾層壓力超過0.17MPa(表壓)左右，真空塞將會打開泄壓。

管路系統(tǒng)中設(shè)置了經(jīng)濟(jì)閥(Er)，在使用過程中(長時間停駛除外)經(jīng)濟(jì)閥能夠優(yōu)先使用儲罐內(nèi)膽頂部由于自然蒸發(fā)被汽化而形成的天然氣蒸汽，從而降低儲罐內(nèi)部壓力，使得只要在使用儲罐的壓力就不會升至安全閥的開啟壓力，因而不用放空，減少經(jīng)濟(jì)損失。同時還設(shè)置了過流閥(Ef)，當(dāng)外部管路發(fā)生破裂，管路流量大于設(shè)定值時，過流閥自動關(guān)閉，當(dāng)關(guān)閉過流閥前的液體使用閥后，過流閥自動回位。通過過流閥自動關(guān)閉，從而可以有效避免危險的發(fā)生。

管路系統(tǒng)中還設(shè)置了自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)包括:增壓截止閥(PV)、增壓調(diào)壓閥(PBr)、增壓盤管(Pr)及相應(yīng)的管路。根據(jù)汽車需要用氣量來設(shè)定增壓調(diào)壓閥的開啟壓力，當(dāng)儲罐內(nèi)壓力低于這一設(shè)定值時，增壓調(diào)壓閥自動開啟，瓶內(nèi)液化天然氣進(jìn)入帶翅片的增壓盤管內(nèi)，與空氣熱交換變?yōu)闅怏w，通過增壓回氣口返回瓶內(nèi)，實現(xiàn)儲罐自增壓的目的，當(dāng)壓力達(dá)到或高于自增壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力時，增壓調(diào)壓閥自動關(guān)閉，自增壓暫停。該系統(tǒng)使用方便，只需出廠時預(yù)先設(shè)置好增壓調(diào)壓閥開啟壓力，保持增壓截止閥為開啟狀態(tài)即可，裝車后無需人為刻意的操作。

與石油相比，汽車使用天然氣可以減少NO排放約25%，NO90%，減少NO排放40%減少SO2和煙塵顆粒物排放達(dá)100%，不含鉛、苯等致癌物質(zhì)。相對石油來說，使用天然氣作為汽車燃料，在減少碳排放方面具有極高的性價比。同時，天然氣汽車比普通汽柴油汽車降低噪音30%~50%，大大提高了城市生活和環(huán)境質(zhì)量。

隨著油價高企和人力成本的上升，交通運輸企業(yè)運營成本不斷增加，特別是城際客運行業(yè)，成本高企和天路發(fā)展的沖擊已經(jīng)讓客運公司運營如履薄冰，使用天然氣(主要是LNG)作為替代燃料已經(jīng)成為企業(yè)節(jié)能降本的利器。

汽車天然氣充裝形態(tài)分為LNG汽車和壓縮天然氣(CNG)汽車2種。

1)CNG

①儲存壓力高(20MPa)，有一定危險性;

②車用鋼瓶自重大，一次攜帶燃料少，續(xù)駛里程短(150km左右);

③CNG加氣站占地多，且有噪音污染，城市布站困難;

④一定規(guī)模的CNG加氣站不能脫離天然氣管網(wǎng)建設(shè)，難以網(wǎng)絡(luò)化布點。

2)LNG

①儲存壓力低，容器相對輕巧，儲存量大，儲運安全方便;

②能量密度高，加注時間快，續(xù)駛里程長(600~800km);

③LNG加氣站占地面積小，施工簡單，投資少，動力設(shè)備能耗低，運行成本低;

④LNG有專用槽車運輸，建站不受天然氣管網(wǎng)制約，便于場站布局;

⑤對于城市燃?xì)膺\營，一定程度上替代CNG可保障管道用戶供氣。

由于LNG儲存壓力低，LNG車用儲罐所需壁厚薄，盛裝LNG后的儲罐整體重量較輕，LNG氣化比大，續(xù)駛能力強(qiáng)，目前輕重量型客車、大型貨車已基本淘汰CNG形式的改裝，而改用LNG形式，出于安全考慮，目前小型轎車還未采用LNG改裝形式。

隨著近年來液化天然氣(LNG)工業(yè)的大發(fā)展，作為清潔的石化能源，LNG因其運輸方便、使用靈活、不受管網(wǎng)制約等特點，終端應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊，LNG在交通運輸行業(yè)的應(yīng)用具有安全、環(huán)保、整車?yán)m(xù)駛里程長、環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)勢;在全世界呼吁綠色環(huán)保、節(jié)能減排的大背景下，以LNG作為汽車用燃料的期盼越來越高。國家積極推廣實施節(jié)能減排和以氣代油政策，有效推動了天然氣作為交通運輸替代燃料的使用和發(fā)展。在此背景下，汽車用LNG儲罐具有廣闊的發(fā)展和使用空間。