中国L N G 汽车及加气站技术应用分析及推广建议.docx

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中国LNG汽车及加气站技术应用分析及推广建议

中国LNG汽车及加气站技术应用分析及推广建议

LNG2011-01-2413:

51:

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　　基金项目：

国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（编号：

２００８AA１１A１６６）和四川省教育厅自然科学重点项目（编号：

０７ZA１１９）。

　　作者简介：

何太碧，１９７０年生，副教授，硕士；主要从事清洁汽车工程及加气站技术研究工作。

地址：

（６１００３９）四川省成都市西

华大学交通与汽车工程学院。

电话：

（０２８）８７７２０５３４。

E‐mail：

vechile＿２００１＠２６３．net

中国LNG汽车及加气站技术应用分析及推广建议

何太碧１　黄海波１　林秀兰１　李良君２

１．西华大学交通与汽车工程学院　２．中国石化中原油田石油化工总厂

　　何太碧等．中国LNG汽车及加气站技术应用分析及推广建议．天然气工业，２０１０，３０（９）：

８２‐８６．

　　摘　要　节能与新能源汽车发展战略对LNG汽车及加气站的应用推广带来了新的契机。

为此，分析了LNG理化

特性，探讨了中国LNG汽车及加气站的现状和发展优势，基于国内天然气汽车多元化区域性推广的迫切需求，结合国情

提出了促进中国LNG汽车大面积应用推广建议：

①加快LNG配套基础设施建设；②大力发展L‐CNG加气站；③加快制

定LNG相关技术标准；④加强LNG汽车产业引导和政策扶持；⑤建立协调联动的LNG汽车应用推广体系；⑥遵循由点

到线，有线到面，逐步推广的发展思路；⑦及早建立天然气汽车运行管理信息平台；⑧建立燃气汽车专项维修基金。

　　关键词　中国　LNG汽车　LNG加气站　应用分析　推广建议

　　DOI：

１０．３７８７／j．issn．１０００‐０９７６．２０１０．０９．０２１

　　根据使用天然气的不同形态，天然气汽车（NGV）

分为压缩天然气（CNG）汽车和液化天然气（LNG）汽

车。

天然气汽车以环保效益明显、使用经济性较好、推

广应用成本较低、安全性有保障、气源较丰富等优点，

已为世界所重视，是国内节能减排的主要代用燃料汽

车之一［１］。

国家“十五”规划期间，天然气汽车推广进

展顺利，初步建立起我国天然气汽车产业化的技术平

台，制定了CNG汽车及加气站的部分标准。

“十一

五”期间，天然气汽车以整车和关键技术的研发、示范

应用和市场推广为重点。

国家“８６３”课题“四川省天然

气汽车运行试验与技术考核”，即意在推动天然气汽车

从市内公共交通应用，延伸到城际公路运输范围，扩展

天然气汽车的车型类别和运行地域。

由于CNG汽车

续驶里程短（一般为１５０～１８０km），建站受制于天然

气管输网等制约因素，而LNG汽车特别适合于城际

间的中长途客运班车和货源及线路稳定的中、重型卡

车，能有效弥补CNG汽车限于城市车辆的发展缺陷。

故要实现城际间天然气汽车应用推广目标，推进LNG

汽车应用势在必行。

1　LNG理化特性

　　LNG是天然气经净化和低温液化（－１６２℃）后

形成的一种无色无味无毒液体，主要成分甲烷的含量

一般能达到９０％以上，各地生产的LNG组分及相关

特性各异，其密度取决于其组分，通常在４３０～４７０

kg／m３之间，体积约为液化前气态体积的１／６００。

　　作为汽车燃料，LNG较CNG具有以下优势：

①燃

料杂质少、纯度高（个别LNG中甲烷含量能达到

９９％）、精纯的LNG燃烧更彻底，使发动机性能充分

发挥，排放更加洁净；②CNG汽车相对于汽油和柴油

汽车而言，动力性下降５％～１５％，而电喷式LNG汽

车相对于汽油和柴油汽车，动力降低不到２％［２］；

③LNG储罐为常压低温绝热容器，比CNG高压钢瓶

压力要求低，自重降低很多；④LNG常压使用，防撞、

抗爆性好，LNG汽车较CNG汽车更安全；⑤由于燃料

储箱体积小，重量轻，燃料能量密度大，相应提高了汽

车装载利用率［３］，LNG汽车续驶里程约为CNG汽车

的３倍，可超过４００km。

2　国内LNG加气站技术应用

　　LNG加气站的主要设备有LNG储罐、调压气化

器、LNG低温泵、加气机和控制系统。

较CNG加气

站，LNG加气站无需造价昂贵及占地面积宽的多级压

缩机组，大大减少了加气站初期投资和运行费用。

第３０卷第９期　　　　　　　　　　　　　　　　　　加　工　利　用　　　　　　　　　　　　　·１·

LNG加气站的主要优势在于脱离天然气管输网限制，

建站更灵活，可以在任何需要的地方建站。

LNG加气

站建站的一次性投资相对CNG加气站节约３０％左

右，且日常运行和维护费用减少近５０％［４］。

2．1　LNG加气站分类

　　以LNG为气源建设的汽车加气站可分为LNG

加气站、L／CNG加气站和L‐CNG加气站３类，分类

依据是可加气车辆类型。

表１为LNG、L／CNG、LCNG

加气站基本情况比较表。

从表１可看出，L／

CNG和L‐CNG加气站主要是在LNG加气站设备基

础上增加了LNG至CNG的转换装置以及CNG存

储、售气装置。

表1　LNG、L‐CNG、L／CNG加气站基本情况比较表

加气站类型供气车辆类型主要设备名称

LNG加气站LNGVLNG储罐、气化器、潜液泵、LNG加气机

L‐CNG加气站LNGV、CNGVLNG储罐、气化器、潜液泵、LNG加气机、LNG高压气化器、LNG高

压泵、CNG储气瓶、CNG加气机

L／CNG加气站CNGVLNG储罐、LNG高压气化器、LNG高压泵、CNG储气瓶、CNG加气机

　　注：

LNGV表示LNG汽车；CNGV表示CNG汽车。

2．2　LNG加气站工艺流程及建站方式

　　LNG加气站工艺流程的选择与建站方式密切相

关，LNG加气站工艺主要包括卸车流程、储罐调压流

程和加气流程［５］。

卸车流程可分为２种：

①利用大扬

程潜液泵卸车；②利用槽车增压器卸车。

采用方式①

效率高、卸车时间短，前期主要依靠进口美国ACD公

司产品，投资费用高。

“十一五”期间，潜液泵国产化技

术日趋成熟。

若在整个输配系统中运输槽车宽余，或

对于橇装式LNG加气站，建议选择流程简单费用低

廉且结构紧凑的自增压卸车方式，不足的是其卸车时

间长、效率相对较低。

储罐调压流程与卸车流程相似，

根据是否使用潜液泵，可分为潜液泵调压和气化器调

压，或２种方式结合调压。

加气流程也有２种方式，潜

液泵和加气机联合加气方式（加气流程潜液泵和调压

流程潜液泵可共用），或利用回气后车载瓶和站内储罐

间压力差仅使用加气机加气（现一般不采用）。

各流程

详细技术介绍见本文参考文献［３］。

若LNG加气站

采用的工艺选型方案为采用增压器卸车、泵和气化器

联合实现储罐调压、加气机和泵联合实现加气，则对应

的LNG加气站工艺流程如图１所示。

　　LNG加气站建站方式可分为站房式和橇装式２

种。

站房式LNG加气站把站内设备平铺安装在地

面，LNG储罐容积大（一般在５０m３以上），可配置多

台加气机，能满足较多LNG汽车加气。

站房式LNG

加气站根据日加气规模一般可分为小型（５０００～

１００００m３／d）、中型（１２０００～２００００m３／d）、大型（大

于２００００m３／d）。

北京、乌鲁木齐、长沙、贵阳等地建

成了固定式LNG加气站并投入营运。

橇装式LNG

加气站将LNG储罐、LNG低温泵、LNG调压气化器

图1　LNG加气站潜液泵式调压工艺流程图

注：

液相管路用实线表示；气相管路用虚线表示

和LNG加气机等设备安装在橇块上，可分为地面式

和移动式橇装LNG加气站，储罐总容积一般不大于

５０m３，较站房式建设更灵活。

地面式橇装LNG加气

站将储存系统、管路系统和加气机系统安装在橇体内，

站控系统安装在橇体外的值班室内。

移动式橇装

LNG加气站将以上各系统集中安装在橇体内，可整站

移动。

根据加气规模，橇装式LNG加气站一般可分

为微型（小于５０００m３／d）、小型（８０００～１００００m３／

d）、中型（１００００～１５０００m３／d）。

2．3　橇装式LNG加气站的发展优势分析

　　供气能力为３×１０４m３／d的站房式LNG加气站

占地面积约为２０００m２／座，日加气车辆３００车次，投

资总金额约为１２００万元。

供气能力为１×１０４m３／d

的橇装LNG加气站占地面积约为８００m２／座，日加气

车辆３００车次，投资总金额为约４００万元。

单车加气

时间不超过５min。

由于橇装式采用整体装配，较站

房式减小了系统设计、设备安装中存在的危险性，从而

具有系统简单、安全可靠的特点，并且占地少、投资省、

·２·　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１０年９月

使用方便。

现在国外橇装式加气站发展已初具规模，

国内相关技术也日趋成熟。

张家港富瑞特种装备股份

有限公司研发的地面式橇装LNG加气站已在新疆广

汇投入使用。

据悉张家港圣汇气体化工装备有限公

司、山东绿能燃气实业有限责任公司都具有自主研发、

设计、生产橇装式LNG加气站的能力。

　　鉴于国内CNG汽车及加气站技术经过１０余年

的发展，已积累大量技术、人才及资本［６］，在一定时期

内CNG汽车将在天然气汽车中占据主导地位，LNG

汽车不会快速取代CNG汽车，即LNG汽车车辆数量

不会很大。

因此在城市LNG汽车发展初期，在现有

的CNG站或加油站中增加橇装式LNG加气站，一方

面可满足CNG汽车向LNG汽车过渡，另一方面建站

更容易实现。

由于LNG汽车较CNG汽车续驶里程

长，具有在城际间驶行条件。

所以为促进天然气汽车

的区域化发展，在城际高速路沿线布局建设LNG加

气站成为必然。

橇装式LNG加气站较站房式具有投

资省、占地小、使用方便等特点，所以在扩展天然气汽

车区域化发展的机遇下，橇装式LNG加气站具有明

显的发展优势，非常适合在城际间高速路段沿线布局

建设。

由此可知，橇装式LNG加气站较站房式LNG

加气站更适合我国当前LNG汽车的发展需要。

3　国内LNG汽车技术应用

　　LNG汽车主要由LNG汽车发动机和燃料系统构

成，其中燃料系统主要由LNG储气瓶总成、气化器和

燃料加注系统等组成。

LNG储气瓶总成包括储气瓶、

安装其上的液位装置及压力表等附件。

储气瓶附件包

括加注截止阀、排液截止阀、排液扼流阀、节气调节阀、

主安全阀、辅助安全阀、压力表、液位传感器和液位指

示表等。

汽化器包括水浴式汽化器和循环水管路及附

件，功能是将LNG加热转化为０．５～０．８MPa的气体

供给发动机。

燃料加注系统包括快速加注接口和气相

返回接口［７］，对应连接LNG加气机加液枪和回气枪。

　　经过近几年的技术研究开发，国内LNG发动机

和汽车的技术已基本成熟［８］，如广西玉柴机器集团有

限公司、上海柴油机股份有限公司、潍柴动力股份有限

公司等国内著名的发动机生产厂家，已成功开发生产

出一系列LNG发动机，能满足不同的需要，在公交

车、重型货车领域有相当广